TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM CỦA
KHƠNG KHÍ QUA THIẾT BỊ BAY HƠI KÊNH MINI
DÙNG MÔI CHẤT LẠNH CO2

SVTH: LÊ TRUNG HẬU

MSSV: 15147086

NGUYỄN NGỌC KHÔI

MSSV: 15147102

HUỲNH MINH THUẬN

MSSV: 15147129

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật nhiệt

Tên đề tài

NGHIÊN CỨU TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM CỦA
KHƠNG KHÍ QUA THIẾT BỊ BAY HƠI KÊNH MINI
DÙNG MÔI CHẤT LẠNH CO2

SVTH: LÊ TRUNG HẬU

MSSV: 15147086

NGUYỄN NGỌC KHÔI

MSSV: 15147102

HUỲNH MINH THUẬN

MSSV: 15147129

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc


TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ..… năm ……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIEÄP
Họ tên sinh viên:

1. Lê Trung Hậu

MSSV: 15147086

2. Nguyễn Ngọc Khôi

MSSV: 15147102

3. Huỳnh Minh Thuận

MSSV: 15147129

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt
Khóa: 2015 – 2019

Lớp: 15147

1. Tên đề tài
Nghiên cứu trường nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí qua thiết bị bay hơi kênh mini
dùng môi chất lạnh CO2
2. Nhiệm vụ đề tài
------------------------------------------ ----------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------

3. Sản phẩm của đề tài

------------------------------------------ ---------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------

4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Lê Trung Hậu

MSSV: 15147086

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Khôi

MSSV: 15147102

Họ và tên sinh viên: Huỳnh Minh Thuận

MSSV: 15147129


Tên đề tài: Nghiên cứu trường nhiệt độ và độ ẩm của không khí qua thiết bị bay hơi kênh mini dùng
mơi chất lạnh CO2
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật nhiệt
Họ và tên GV hướng dẫn: PGS. TS Đặng Thành Trung
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................


...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

3. Đánh giá:

1.

2.

Điểm
tối đa

Mục đánh giá

TT

Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được


30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.


15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

4. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2019

Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Lê Trung Hậu

MSSV: 15147086 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Khôi

MSSV: 15147102 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: Huỳnh Minh Thuận

MSSV: 15147129 Hội đồng:…………


Tên đề tài: Nghiên cứu trường nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí qua thiết bị bay hơi kênh mini dùng
môi chất lạnh CO2
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật nhiệt
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ..................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................


5. Câu hỏi:
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................


..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:

1.

2.

Điểm
tối đa

Mục đánh giá

TT


Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá


10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm


100

7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2019

Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn Cơng Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Nghiên cứu trường nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí qua thiết bị bay hơi kênh mini
dùng môi chất lạnh CO2

Họ và tên Sinh viên: Lê Trung Hậu

MSSV: 15147086

Huỳnh Minh Thuận

MSSV: 15147129


Nguyễn Ngọc Khôi

MSSV: 15147102

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện
và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo
yêu cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng: __________________________________

_______________

Giảng viên hướng dẫn: _______________________________

_______________

Giảng viên phản biện: ________________________________

_______________

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2019


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. iii

DANH MỤC BẢNG.............................................................................................. v
CÁC KÍ HIỆU CHỦ YẾU ..................................................................................vi
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................2
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................2

1.2.

Mục đích chọn đề tài..............................................................................3

1.3.

Tình hình nghiên cứu ngồi nước ........................................................3

1.4.

Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................9

1.5.

Phương pháp thực hiện đề tài ............................................................. 11

1.6.

Giới hạn đề tài ......................................................................................11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................12
2.1.


Cơ sở truyền nhiệt................................................................................12

2.1.1. Dẫn nhiệt .........................................................................................12
2.1.2. Trao đổi nhiệt đối lưu ....................................................................12
2.1.3. Trao đổi nhiệt bức xạ .....................................................................13
2.2.

Cơ sở điều hịa khơng khí ....................................................................13

2.2.1. Nhiệt ẩn ...........................................................................................14
2.2.2. Nhiệt hiện ........................................................................................14
2.3.

Các tính chất của mơi chất R744 (CO2) .............................................14

2.3.1. Tính chất của CO2 ..........................................................................14
2.3.2. Ưu nhược điểm của môi chất CO2 ................................................15
2.4.

Cơ sở thực nghiệm ...............................................................................16

2.5.

Các cơng thức tính tốn liên quan......................................................16

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM ...........................19
3.1.

Sơ đồ nguyên lý ....................................................................................19


3.2.

Các thiết bị chính của hệ thống ..........................................................20

3.2.1. Máy nén gas CO2 ............................................................................20
3.2.2. Thiết bị làm mát gas CO2 ống đồng cánh nhôm ..........................20
3.2.3. Van tiết lưu tay ...............................................................................21
3.2.4. Thiết bị bay hơi ống nhôm kênh mini ..........................................21
3.3.

Các thiết bị đo ......................................................................................22

3.3.1. Đồng hồ đo áp suất .........................................................................22
3.3.2. Thiết bị đo áp suất kỹ thuật số ......................................................23
i


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

3.3.3. Bộ đo nhiệt độ micro ......................................................................24
3.3.4. Thiết bị đo độ ẩm ............................................................................25
3.3.5. Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm để bàn ...........................................25
3.3.6. Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm treo tường .....................................26
3.3.7. Thiết bị đo vận tốc gió ....................................................................26
3.4.

Quy trình thực nghiệm ........................................................................27


CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................28
4.1.

Trường nhiệt độ ...................................................................................28

4.1.1.

Hệ thống vận hành ở chế độ van tiết lưu 1.....................................28

4.1.2.

Hệ thống vận hành ở chế độ van tiết lưu 2.....................................41

4.1.3.

So sánh giữa hai trường hợp khi dùng van tiết lưu 1 và van tiết lưu
2 ..........................................................................................................48

4.2.

Trường độ ẩm.......................................................................................50

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................58
5.1.

Kết luận .................................................................................................58

5.2.


Kiến nghị ............................................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................60
PHỤ LỤC.............................................................................................................64

ii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Đồ thị lgp-h của mơi chất R744 .................................................................... 15
Hình 2.2: Đồ thị T-s mơi chất R744 .............................................................................. 15
Hình 3.1: Sơ đồ ngun lí q trình thực nghiệm ......................................................... 19
Hình 3.2: Máy nén gas CO2 ........................................................................................... 20
Hình 3.3: Thiết bị làm mát ống đồng cánh nhơm .......................................................... 21
Hình 3.4: Van tiết lưu tay .............................................................................................. 21
Hình 3.5: Thiết bị bay hơi ống nhơm kênh mini ........................................................... 22
Hình 3.6: Các thơng số kênh mini ................................................................................. 22
Hình 3.7: Đồng hồ đo áp suất ........................................................................................ 23
Hình 3.8: Đầu cảm biến tín hiệu áp suất kỹ thuật số ..................................................... 23
Hình 3.9: Thiết bị đo áp suấts kỹ thuật số ..................................................................... 24
Hình 3.10: Bộ đo nhiệt độ micro ................................................................................... 24
Hình 3.11: Máy đo độ ẩm .............................................................................................. 25
Hình 3.12: Thiết bị đo nhiệt độ - độ ẩm để bàn............................................................. 25
Hình 3.13: Thiết bị đo nhiệt độ - độ ẩm treo tường ...................................................... 26
Hình 3.14: Thiết bị đo vận tốc gió ................................................................................. 26
Hình 4.1: Ảnh hưởng của áp suất Pk và Po và nhiệt độ môi chất vào dàn lạnh ............. 29

Hình 4.2: Đồ thị lgp – h của quá trình thực nghiệm khi Pk = 75 bar ............................. 32
Hình 4.3: Sự ảnh hưởng của áp suất Pk và Po đến chỉ số COP ...................................... 35
Hình 4.4: Sơ đồ trao đổi nhiệt lưu động của không khí và CO2.................................... 37
Hình 4.5: Sự ảnh hưởng của áp suất Pk và Po đến sự thay đổi của hệ số tỏa nhiệt đối lưu
của CO2 .......................................................................................................................... 41
Hình 4.6: Ảnh hưởng của áp suất Pk và Po và nhiệt độ mơi chất vào dàn lạnh (2) ....... 42
Hình 4.7: Sự ảnh hưởng của áp suất Pk và Po đến chỉ số COP (2) ................................ 46
Hình 4.8: Sự ảnh hưởng của áp suất Pk và Po dến sự thay đổi của hệ số tỏa nhiệt đối lưu
của CO2 (2) .................................................................................................................... 48
Hình 4.9: Chỉ số COP khi hệ thống vận hành ở chế độ VTL 1 so với khi ở chế độ VTL
2 ..................................................................................................................................... 49
Hình 4.10: αCO2 khi hệ thống vận hành ở chế độ VTL 1 so với khi ở chế độ VTL 2 ... 49
Hình 4.11: Sự thay đổi ∆t và nhiệt hiện phía dàn lạnh Reetech .................................... 54
Hình 4.12: Sự thay đổi ∆t và nhiệt hiện phía thiết bị bay hơi kênh mini khi dùng VTL 1.
....................................................................................................................................... 55
Hình 4.13: Sự thay đổi ∆t và nhiệt hiện phía thiết bị bay hơi kênh mini khi dùng VTL 2
....................................................................................................................................... 56
iii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

Hình 4.14: So sánh năng suất lạnh tổng phía khơng khí từ ba nguồn dữ liệu ............... 56
Hình 4.15: So sánh lượng nhiệt ẩn của ba nguồn dữ liệu .............................................. 57
Hình 4.16: So sánh chỉ số COP của ba nguồn dữ liệu................................................... 57

iv



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1: Bảng thông số thực nghiệm .......................................................................... 28
Bảng 4.2: Sự thay đổi của áp suât Po sau tiết lưu sau khi đi qua dàn lạnh và đến đầu hút
méy nén.......................................................................................................................... 30
Bảng 4.3: Điểm nút quá trình Pk = 75 bar ..................................................................... 31
Bảng 4.4: Thông số các điểm nút .................................................................................. 32
Bảng 4.5: Thông số nhiệt động các điểm nút ................................................................ 33
Bảng 4.6: Bảng giá trị năng suất lạnh và COP của các trường hợp .............................. 34
Bảng 4.7: Các kết quả mật độ dịng nhiệt thu được sau tính tốn ................................. 37
Bảng 4.8: Thơng số nhiệt độ của khơng khí và môi chất CO2 khi Pk = 75 bar ............. 38
Bảng 4.9: Các giá trị về độ chênh nhiệt độ ở các trạng thái còn lại .............................. 39
Bảng 4.10: Các giá trị 𝛼𝐶𝑂2 thu được sau tính tốn thu được ở các trạng thái Pk ........ 40
Bảng 4.11: Bảng thông số thực nghiệm (2) ................................................................... 41
Bảng 4.12: Sự thay đổi của áp suât P0 sau tiết lưu sau khi đi qua dàn lạnh và đến đầu
hút méy nén (2) .............................................................................................................. 42
Bảng 4.13: Thông số các điểm nút (2) .......................................................................... 43
Bảng 4.14: Thơng số nhiệt động các điểm nút chính (2) .............................................. 44
Bảng 4.15: Bảng giá trị năng suất lạnh và COP của các trường hợp (2) ...................... 45
Bảng 4.16: Các kết quả mật độ dịng nhiệt thu được sau tính tốn (2) ......................... 46
Bảng 4.17: Các giá trị về độ chênh nhiệt độ ở các trạng thái khi ở chế độ VTL 2 ....... 47
Bảng 4.18: Các giá trị αCO2 thu được sau tính tốn thu được ở các trạng thái Pk (2) ... 47
Bảng 4.19: Thông số thực nghiệm về nhiệt độ khơng khí trước và sau dàn lạnh Reetech
RT9 – BD....................................................................................................................... 50
Bảng 4.20: Thông số thực nghiệm về nhiệt độ của khơng khí đi qua thiết bị bay hơi kênh
mini dùng van tiết lưu 1 ................................................................................................. 51

Bảng 4.21: Thông số thực nghiệm về nhiệt độ của khơng khí đi qua thiết bị bay hơi kênh
mini dùng van tiết lưu 2 ................................................................................................. 51
Bảng 4.22: Các giá trị nhiệt ẩn, nhiệt hiện và nhiệt tổng sau tính tốn phía dàn lạnh
Reetech .......................................................................................................................... 53
Bảng 4.23: Các giá trị nhiệt ẩn, nhiệt hiện và nhiệt tổng sau tính tốn phía thiết bị bay
hơi kênh mini khi dùng van tiết lưu 1 ........................................................................... 53
Bảng 4.24: Các giá trị nhiệt ẩn, nhiệt hiện và nhiệt tổng sau tính tốn phía thiết bị bay
hơi kênh mini khi dùng van tiết lưu 2 ........................................................................... 54

v


GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CÁC KÍ HIỆU CHỦ YẾU
Chữ Latinh
a: Hệ số khuếch tán nhiệt
A: Hệ số hấp thụ
B: Chiều rộng, m
c: Nhiệt dung riêng khối lượng [J/kg.K]
cp: Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp [J/kg.K]
C: Hệ số bức xạ
dng: Đường kính ngồi của ống, [m]
dtr : Đường kính trong của ống, [m]
D: Hệ số xuyên qua
E: Khả năng bức xạ bán cầu
E: Khả năng bức xạ đơn sắt
F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, [m2]

f: Diện tích tiết diện ngang, [m2]
k: Hệ số truyền nhiệt
lc: Chiều dài của cánh, [m]
G: Lưu lượng khối lượng, [kg/s] (hoặc khối lượng, [kg])
p: Áp suất, [bar]
q: Mật độ dòng nhiệt, [W/m2]
Q: Dòng truyền nhiệt, [W]
Ql: Nhiệt ẩn, [kW]
Qs: Nhiệt hiện, [kW]
r: Nhiệt ẩn hóa hơi, [kJ/kg]
t: Nhiệt độ bách phân [oC]
vi


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

T: Nhiệt độ Kelvin [K]
v: Thể tích riêng [m3]
V: Lưu lượng thể tích [m3/s]
Chữ Hy Lạp
α: Cường độ tỏa nhiệt đối lưu
β: Hệ số làm lạnh, hệ số giãn nở nhiệt
: độ nhớt động học của khơng khí, [m2/s]
δ: Độ dày cánh, [m]
ε: Độ đen
η: Hiệu suất, [%]
∆𝑡: Chênh lệch nhiệt độ, [oC]
𝜌: Khối lượng riêng, [kg/m3]

𝜇: Độ nhớt động lực học, [kg/ms]
𝜔: tốc độ dòng, [m/s]
𝜆: Hệ số dẫn nhiệt, [W/m2.K]
Quy ước ký hiệu quốc tế
GWP: Chỉ số làm trái đất nóng lên tồn cầu.
HFC: Được xem là mơi chất lạnh thế hệ thứ 3. Với các môi chất lạnh gốc điển
hình như HFC134A (R134a), HFC410A (R410A).
COP: (Coeffcient Of Performance) Hệ số hiệu quả năng lượng
Chữ viết tắt
VTL: van tiết lưu

vii


GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Trong q trình hồn thành nghiên cứu, nhóm chúng em đã nhận được rất nhiều
sự hỗ trợ, giúp đỡ từ q thầy cơ. Nhóm chúng em xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc
nhất đến q thầy cơ đã tận tình hướng dẫn về mặt kiến thức cũng như tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho chúng em trong suốt q trình thực hiện đề tài. Bên cạnh đó, chúng em xin
được cảm ơn các anh chị sinh viên khóa trước và các bạn sinh viên cùng khóa đã hỗ trợ
và góp ý trong suốt q trình nghiên cứu.
Chúng em xin được gửi lời cảm ơn đến thầy PGS. TS Đặng Thành Trung và thầy
NCS. Đoàn Minh Hùng và đã trực tiếp hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm
nghiên cứu. Trong q trình làm nghiên cứu nhóm chúng em đã tiếp thu thêm được rất
nhiều kiến thức và kỹ năng bổ ích. Nhờ nhận được sự quan tâm, dạy dỗ của q thầy
cơ, nay nhóm chúng em đã hồn thành tốt đề tài đồ án tốt nghiệp này

Cịn là sinh viên tham gia nghiên cứu sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót cũng
như kinh nghiệm cịn hạn chế. Vì vậy, nhóm chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo,
đóng góp ý kiến từ các thầy cơ để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức
của mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1


GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Năng lượng là một trong những yếu tố thiết yếu cho sự tồn tại và phát triển của xã
hội ngày nay cũng như duy trì mọi sự sống trên trái đất. Trong nhiều thập kỷ qua việc
tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng lên cùng với sự phát triển kinh tế trong đó nhiên
liệu hóa thạch như dầu thơ, than đá và khí tự nhiên chiếm phần lớn năng lượng tiêu thụ
vì vậy những nguồn năng lượng này sẽ bị cạn kiệt sớm hay muộn trong tương lai do đó
vấn đề tiết kiệm và sử dụng hiểu quả năng lượng có ý nghĩa vô cùng quan trọng và cần
thiết.
Trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước như ngày nay, tiết kiệm
năng lượng và bảo vệ môi trường là những vấn đề cấp thiết của xã hội. Tiết kiệm năng
lượng giúp cắt giảm một lượng nhiên liệu đồng thời giảm đi một lượng chất thải có tác
động xấu đến mơi trường. Trong đó, ngành cơng nghiệp nhiệt lạnh có tiềm năng tiết
kiệm năng lượng cao nhất gồm hệ thống lạnh công nghiệp và lạnh dân dụng.
Thiết bị trao đổi nhiệt cũng được xem là thành phần chính trong hệ thống lạnh,
điều hịa khơng khí của các tịa nhà, khu chung cư, trường học, trung tâm thương mại,
cũng như trong các nhà máy, xí nghiệp phục vụ cho nhu cầu đông lạnh, trữ đông hải

sản,… Với những hệ thống lạnh như hiện nay, hầu hết môi chất lạnh sử dụng chủ yếu là
CFC, HCFC hay HFC có sự tác động khơng nhỏ đến tầng Ozon gây ra hiệu ứng nhà
kính, biến đổi khí hậu tồn cầu. Thêm vào đó thiết bị trao đổi nhiệt hiện này thường
được chế tạo chủ yếu là loại ống đồng cánh nhơm, thơng số kích thước tùy thuộc vào
công suất dẫn đến hiệu suất không cao và kết cấu khá cồng kềnh, từ đó những yêu cầu
về kích thước, thẩm mỹ, năng suất, giá thành được đặt ra.
Nắm bắt được những xu hướng và khuyết điểm đó các nhà khoa học đã khơng
ngừng nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất cũng như chất lượng của thiết
bị trao đổi nhiệt. Trong số đó có một hướng nghiên cứu mới là sử dụng thiết bị làm mát
ống mini và sử dụng CO2 làm môi chất lạnh thay thế cho các môi chất lạnh hiện nay.
Việc nghiên cứu và sử dụng thiết bị làm mát ống mini đã thu nhỏ được kích thước thiết
bị mà vẫn có hiệu quả tốt, mật độ truyền nhiệt cao, chi phí chế tạo, lắp đặt hợp lí. Đồng
thời, khi CO2 được sử dụng phổ biến trong hệ thống lạnh thay có các mơi chất lạnh hiện
2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

nay thì lượng Flourocarbon sẽ giảm và lượng CO2 bên ngồi mơi trường cũng sẽ giảm
đi.
Nhằm góp phần cho những giải pháp này, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài
“Nghiên cứu trường nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí qua thiết bị bay hơi kênh mini
dùng môi chất lạnh CO2”.
1.2. Mục đích chọn đề tài
Tìm hiểu và nghiên cứu về mơi chất lạnh CO2 và bộ trao đổi nhiệt kích thước mini,
cùng sự thay đổi các đặc tính vật lí của các trường vật chất (khơng khí) đi qua thiết bị
bay hơi kênh mini.
1.3. Tình hình nghiên cứu ngồi nước

Rao và các cộng sự [1] đã tiến hành nghiên cứu về đặc tính dịng chảy và hệ số
truyền nhiệt của mơi chất CO2 trong các kênh khác nhau. Mục đích chính của bài viết
này là cung cấp một tổng quan về cơng bố các nghiên cứu có liên quan đến dịng chảy
và đặc tính truyền nhiệt của CO2. Dựa trên các cơng trình thực tế các yếu tố kích thước
ống, lưu lượng môi chất, nhiệt độ và áp suất đầu vào và đầu ra của CO2 sẽ ảnh hưởng
đến hệ số truyền nhiệt của CO2. Khi áp suất đầu vào tăng lên, mật dộ và độ nhớt tăng
lên làm cho nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn và ngược lại.
Jadhav và các cộng sự [2] tiến hành nghiên cứu các đặc tính dịng chảy của các
ống mao đối lưu cho chất làm lạnh R744. Lấy kết quả của mười sáu mơ hình có hệ số
ma sát khác nhau so sánh với các kết quả sẵn có. Ta lập được biểu đồ dự đốn tốc độ
dịng chảy của mơi chất lạnh R744. Kết quả này được so sánh với kết quả của Wang và
cộng sự dựa trên sai số trung bình, được tính cho các trạng thái khác nhau. Người ta
nhận thấy sai số bình quân trung bình nằm trong khoảng giới hạn chấp nhận được, phù
hợp nhất cho dự báo tốc độ khối lượng của ống mao với các điều kiện hoạt động đã chọn
cho môi chất R744. Mô hình hiện tại có thể được sử dụng để thiết kế các ống mao làm
việc với chất làm lạnh CO2.
Austin và Sumathy [3] đã tiến hành nghiên cứu về hiệu năng và lợi ích của việc sử
dụng bơm nhiệt có áp suất làm việc cao hơn áp suất làm việc của CO2 dẫn đến nhiệt độ
tới hạn của CO2 nhỏ hơn nhiệt độ tới hạn của bơm nhiệt, hệ thống khơng cịn bị giới hạn
phạm vi nhiệt độ hoạt động, gọi là bơm nhiệt liên tục hoặc là bơm nhiệt không giới hạn,
3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

chu trình bơm nhiệt liên tục sử dụng carbon dioxide bắt đầu vào đầu những năm 1990.
Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, cũng như phát triển hệ thống thương mại, đã tăng
cường hiệu suất tới hạn hệ thống tới mức gần bằng các hệ thống bơm nhiệt thông thường.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các máy bơm nhiệt CO2 có thể vận hành tốt đối với các
ứng dụng làm nóng nước và khơng khí.
Gullo và cộng sự [4] đã tiến hành nghiên cứu hiệu suất môi chất R744 bằng cách
tiến hành thực nghiệm về sử dụng môi chất R744 cho các hệ thống lạnh tại các cửa hàng
bán lẻ thực phẩm với quy mơ trung bình ở nhiều vùng có khí hậu khác nhau ở châu Âu.
So sánh giữa mơi chất R404A được sử dụng rộng rãi hiện nay với mơi chất R774 đang
trong q trình nghiên cứu thì các kết quả cho thấy so với hệ thống sử dụng mơi chất
R404A thì hệ thống lạnh sử dụng mơi chất lạnh R744 trên cùng một công suất sẽ tiết
kiệm năng lượng hơn từ 3% đến 37,1% trên khắp châu Âu. Cũng trong cuộc điều tra
này cho thấy rằng việc kết nối song song máy phun với đầu phun hơi và đầu phun chất
lỏng sẽ cho kết quả tối ưu nhất ở bất kỳ chế độ vận hành nào là công nghệ hiệu quả cao
nhất và thân thiện với khí hậu đối với ngành bán lẻ thực phẩm châu Âu.
Bansal [5] đã tiến hành nghiên cứu về các nguyên tắc cơ bản và ứng dụng môi chất
lạnh CO2 trong các hệ thống làm lạnh sâu, cùng với một số thảo luận về tính chất an
tồn của nó, phân tích nhiệt động lực học, những thách thức, nhu cầu về cơ bản đối với
nghiên cứu và thiết kế các hệ thống mới theo những ưu thế hiện có của nó trong ngành
cơng nghiệp điện lạnh. Đặc biệt trong ngành công nghiệp thực phẩm vì tính chất an tồn
của nó là thân thiện với mơi trường và cạnh tranh về chi phí. Hệ thống tăng cường tới
hạn trong điều kiện khí hậu lạnh hơn và những tiềm năng của CO2 hệ thống lạnh phân
tầng với một hydrocarbon (hoặc một HFC) điều kiện khí hậu ấm hơn, dường như là sự
lựa chọn phổ biến. Gần đây các nghiên cứu trên hệ thống phân tầng cho thấy rằng những
hệ thống sử dụng CO2 làm môi chất, cho thấy CO2 là mơi chất lạnh có hiệu suất tốt hơn
60% so với hệ thống lạnh một cấp thông thường sử dụng R404A tại nhiệt độ thấp.
Santosa và các cộng sự [6] đã tiến hành khảo sát các hệ số truyền nhiệt và môi chất
làm lạnh thông thường trong các ống xoắn bằng cách sử dụng mơ hình động lực học tính
tốn (Computational Fluid Dynamics - CFD). Kết quả từ mơ hình đã được so sánh với
các phép đo thực nghiệm cho thấy một khe ngang trên vây giữa hàng đầu và hàng thứ
hai của ống dẫn có thể làm tăng tỷ lệ nhiệt thải của thiết bị ngưng tụ từ 6% đến 8%. Điều
4



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

này có thể dẫn đến diện tích truyền nhiệt, diện tích trao đổi nhiệt nhỏ dẫn đến một lượng
nhiệt thải nhất định hoặc là thấp hơn với phía áp suất cao và hiệu quả cao hơn cho hệ
thống làm lạnh. Kết quả của quá trình truyền nhiệt là nguồn tài liệu quý giá cho các nhà
nghiên cứu và sản xuất CO2 hoặc các dàn trao đổi nhiệt.
Chien [7] và các đồng nghiệp đã tiến hành thực nghiệm nghiên cứu hệ số trao đổi
nhiệt bay hơi dòng 2 pha của 3 chất làm lạnh R32 (difluoromethane), CO2 (carbon
dioxide) và R290 (propane) trong kênh mini có đường kính trong là 1,5 mm và chiều
dài của kênh trong khoảng từ 500 mm đến 2000 mm. Các dữ liệu thực nghiệm được thu
thập trong điều kiện mật độ dòng khối từ 150 đến 500 kg/m2, mật độ dòng nhiệt từ 5 đến
20 kW/ m2, nhiệt độ bão hịa là 100C và độ khơ từ 0,1. Kết quả cho thấy hệ số trao đổi
nhiệt của R290, CO2 và R32 tăng khi mật độ dòng nhiệt tăng. Điều đó có nghĩa là sự sơi
bọt là cơ chế truyền nhiệt chiếm ưu thế. Hơn nữa, lưu lượng khối lượng có ảnh hưởng
lớn đến hệ số trao đổi nhiệt của CO2.
Yang cùng các cộng sự [8] đã nghiên cứu thiết bị làm mát ống xoắn trong hệ thống
bơm nước nóng sử dụng mối chất CO2 bằng cách tiến hành đo thí nghiệm và phân tích
lý thuyết hoạt động của hai bộ làm mát khơng khí dạng ống xoắn áp dụng trong một
máy bơm nhiệt sử dụng môi chất CO2. Sử dụng môi chất CO2 để gia nhiệt cho nước. Bài
báo cáo trên đã đưa ra những kết luận chính: Bộ làm mát ống xoắn sử dụng nhiều ống
trong hơn sẽ cải thiện nhiệt độ đầu ra của nước hơn và khi tăng áp suất của CO2 vào
thiết bị thì nhiệt độ nước sẽ tăng lên. Áp suất CO2 sẽ giảm khi tăng số lượng ống bên
trong thiết bị làm mát khí. Nhiệt độ nước ra của bộ làm mát khí có thể tăng lên bằng
cách tăng tốc độ làm lạnh, nhiệt độ đầu vào của nước và làm giảm tốc độ dòng nước làm
mát.
Jin và các cộng sự [9] tiến hành nghiện cứu phát triển mơ hình thiết bị hay hơi sử
dụng mơi chất CO2 trong hệ thống điều hịa khơng khí. Báo cáo này trình bày mơ hình

phân tích của máy tính để dự đốn hiệu suất thiết bị bay hơi sử dụng môi chất CO2 trong
một hệ thống điều hịa khơng khí di động. Mơ hình phát triển dựa trên cơ sở của phương
trình bảo tồn năng lượng và khối lượng, truyền nhiệt của môi chất lạnh, đặc tính giảm
áp suất, hơn nữa tổn thất áp suất đầu ra và vào của kênh micro cũng được xem xét,…Từ
đó mơ hình có thể dự đốn chính xác hiệu suất của thiết bị bay hơi.

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

Fadil Ayad cùng các cộng sự [10] của mình đã nghiên cứu và thiết kê hệ thống dàn
bay hơi cho môi chất CO2 dùng cho hệ thống điều hồn khơng khí của ô tô. Trong bài
báo này, nhóm đã nghiên cứu về sự bay hơi CO2 trong cả hai ống thông thường cũng
như trong các kênh mini được trình bày. Một cơ sở dữ liệu thực nghiệm về truyền nhiệt
sôi CO2 trong kênh mini đã được thực hiện và một mơ hình dự đốn về hệ số truyền
nhiệt của hơi hóa CO2 trong kênh mini đã được phát triển. Mơ hình này được xác nhận
bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu thử nghiệm được xây dựng cho dòng chảy ngang và
bao gồm các điều kiện hoạt động của thiết bị bay hơi CO2 điều hịa khơng khí ơ tơ.
Lee Jae Seung và nhóm cộng sự [11] đã nghiên cứu về hiệu suất của hệ thống điều
hịa khơng khí CO2 sử dụng thiết bị phun (ejector) đóng vai trị như một thiết bị tiết lưu
cho hệ thống. Hệ thống điều hịa khơng khí CO2 tạo ra một chu kỳ chuyển tiếp cho thấy
hiệu suất giảm nhẹ so với hệ thống thông thường. Để khắc phục nhược điểm này, một
chu trình áp dụng một máy phun được đề xuất. Những chỉ số COP của một hệ thống
điều hịa khơng khí sử dụng đầu phun và hệ thống thơng thường đã được tính tốn và so
sánh dựa trên áp suất và nhiệt độ của các thí nghiệm. Khả năng làm mát và COP trong
hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng bộ phun cao hơn so với công suất trong hệ thống
thông thường với tỷ lệ kèm theo lớn hơn 0,76.

Zhang cùng nhóm cộng sự [12] đã tiến hành một số nghiên cứu vể một loại vịng
xi-phơng nhiệt (thermosyphon) CO2 trong một hệ thống điều hịa khơng khí tích hợp để
làm mát các trung tâm dữ liệu. Một mơ hình tham số phân tán của vịng xi-phơng nhiệt
CO2 trong một hệ thống điều hịa khơng khí tích hợp để làm mát miễn phí được xây
dựng và xác nhận. Hiệu suất được so sánh với các môi chất truyền thống và ảnh hưởng
của một số thơng số hình học quan trọng được đánh giá. Kết quả cho thấy tỷ lệ lấp đầy
tối ưu cho CO2, R22 và R134a lần lượt là 120%, 100% và 90%.
Zhang và các cộng sự [13] đã tiến hành thiết kê mơ hình động lực học lưu chất của
máy làm mát CO2 dạng ống có cánh cho hệ thống lạnh. Bộ làm mát khí CO2 dạng ống
có vai trị quan trọng đối với sự hoàn hảo của hệ thống và do đó cần phải được nghiên
cứu kỹ lưỡng. Để đạt được điều này, các điều kiện vận hành khác nhau được dự đốn
và phân tích bằng phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng tính tốn động lực học
(Computational Fluid Dynamics, viết tắt là CFD). Đáng chú ý là mơ hình CFD có thể
thu được chính xác các hệ số truyền nhiệt cục bộ của khơng khí và mơi chất lạnh.
6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

Cheng [14] cùng nhóm cộng tác viên đã tiến hành nghiên cứu và phân tích việc
làm mát CO2 trên tới hạn trong kênh macro và kênh micro. Một phân tích tồn diện về
truyền nhiệt và giảm áp suất dữ liệu thực nghiệm và mối tương quan để làm mát CO2
siêu tới hạn trong các kênh macro và micro được trình bày trong bài báo này. Đầu tiên
tính chất vật lý và lưu động của CO2 ở điều kiện siêu tới hạn sẽ được thảo luận và ảnh
hưởng của chúng đối với sự truyền nhiệt và giảm áp suất. Tiếp theo, một đánh giá của
các nghiên cứu thực nghiệm về truyền nhiệt và giảm áp suất làm mát CO2 siêu tới hạn
được đưa ra và so sánh chi tiết và phân tích liên quan đến truyền nhiệt và kết hợp giảm
áp suất để làm mát CO2 siêu tới hạn nếu có thể.Theo phân tích, nhóm nghiên cứu khuyến

nghị nên nỗ lực hơn nữa để phát triển các phương pháp truyền nhiệt tốt để làm mát CO2
siêu tới hạn dựa trên cơ sở dữ liệu chính xác trong tương lai.
Wang cùng các cộng sự [15] đã tiến hành những cuộc thí nghiệm nhằm phân tích
ảnh hưởng của chất bơi trơn đến hiệu suất truyền nhiệt đối với chất làm lạnh thông
thường và chất làm lạnh tự nhiên R-744. Các thông số khác nhau ảnh hưởng đến hệ số
truyền nhiệt chịu chất bôi trơn, như nồng độ dầu, thông lượng nhiệt, thông lượng khối
lượng, lượng hơi, cấu hình hình học, nhiệt độ bão hịa, nhiệt động lực và tính chất chuyển
động đều được nghiên cứu trong thí nghiệm của nhóm. Nhóm nghiên cứu cố gắng tóm
tắt xu hướng chung của chất bơi trơn trên hệ số truyền nhiệt và cũng để xây dựng sự
khác biệt của một số nghiên cứu không nhất quán. Chất bôi trơn có thể tăng hoặc giảm
hiệu suất truyền nhiệt tùy thuộc vào nồng độ dầu, sức căng bề mặt, hình học bề mặt.
Mastrowski và các cộng sự [16] đã cùng nghiên cứu thực nghiệm về vấn đề truyền
nhiệt trong các thiết bị tiết lưu trong hệ thống lạnh CO2. Hai thiết bị tiết lưu được thiết
kế cho các hệ thống làm lạnh CO2 là ống mao dẫn và đầu phun cố định đã được thử
nghiệm trong phịng thí nghiệm SINTEF/NTNU ở Trondheim, Na Uy để xác định ảnh
hưởng của điều kiện môi trường đến hiệu suất của chúng. Điểm mới của nghiên cứu này
là kiểm tra ảnh hưởng của sự truyền nhiệt giữa thành thiết bị tiết lưu và môi trường xung
quanh đối với R744 bên trong. Để đạt được mục tiêu này, cả hai thiết bị tiết lưu nói trên
đã được thử nghiệm với các bức tường cách nhiệt và không cách nhiệt. Để đo nhiệt độ
thành bên trong bằng cách sử dụng cặp nhiệt điện, một kiểu mẫu đầu phun R744 với các
kênh khoan đã được chuẩn bị.

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

Yang và nhóm cộng sự [17] đã thiết kế một bộ điều khiển đa biến tối ưu dùng cho

chu trình làm lạnh bằng CO2 trên tới hạn với đầu phun ejector có thể điều chỉnh được.
Do đó, một loại đầu phun mà chúng có thể điều chỉnh được sẽ rất hữu ích. Trong bài
báo này, một bộ điều khiển đa biến tối ưu dựa trên mơ hình động được đề xuất để cải
thiện chu trình làm lạnh CO2 trên tới hạn với một đầu phun có thể điều chỉnh. Bộ điều
khiển cuối cùng được áp dụng trên bộ máy thí nghiệm và độ hoàn hảo được xác minh.
Hơn nữa, bằng bộ cảm biến, áp suất làm mát khí tối ưu cho cơng suất làm lạnh không
đổi thực sự gần như đạt được trên thiết bị thí nghiệm với thời gian duy trì khoảng 700
giây.
Llopis cùng nhóm cộng sự [18] của ơng đã nghiên cứu phương pháp quá lạnh cho
chu trình làm lạnh sử dụng mơi chất CO2. Việc làm qua lạnh khí CO2 đã tạo ra một
phương pháp để nâng cấp hiệu suất của các nhà máy làm lạnh CO2 trong những năm
gần đây, với sự cải thiện tổng thể lên tới 12% với các bộ trao đổi nhiệt bên trong, 22%
với các bộ tiết kiệm, 25,6% với các hệ thống nhiệt điện và 30,3% với các phương pháp
làm mát chuyên dụng. Nghiên này đánh giá toàn diện các nghiên cứu gần đây coi việc
quá lạnh là một cách để nâng cấp hiệu suất của chu trình làm lạnh CO2. Việc xem xét
được giới hạn trong các chu trình làm lạnh CO2 với bình chứa cho mục đích thương mại
và khơng xem xét điều hịa khơng khí. Việc này được thực hiện như sau: Thứ nhất, các
khía cạnh nhiệt động của quá trình làm quá lạnh trong chu trình làm lạnh CO2 được mô
tả và thảo luận; thứ hai, các kết quả và kết luận chính của các cuộc điều tra gần đây được
phân tích bên trong hai nhóm lớn: phương thức quá lạnh bên trong và phương thức quá
lạnh bên ngoài.
Bellos và Tzivanidis [19] đã tiến hành một nghiên cứu so sánh các hệ thống làm
lạnh CO2. Mục tiêu của công việc này là so sánh các hệ thống làm lạnh CO2 lý thuyết
khác nhau và xác định các cấu hình tốt nhất. Một hệ thống điển hình (thiết bị bay hơi,
máy nén, bộ làm mát gas, van tiết lưu) là hệ thống tham chiếu và nó được so sánh với
một hệ thống có bộ trao đổi nhiệt bên trong, hệ thống nén song song, hệ thống nén 2 cấp
và hệ thống với bộ quá lạnh cơ sau bộ thu gas. Cụ thể hơn, nhiệt độ làm lạnh được kiểm
tra từ -35oC đến 5oC, trong khi nhiệt độ ngưng tụ (hoặc nhiệt độ đầu ra của bộ làm mát
gas) từ 35oC đến 50oC. Theo kết quả, tất cả các hệ thống đã được kiểm tra trong tất cả
trường hợp đều làm việc hiệu quả hơn hệ thống tham chiếu. Hệ thống với bộ quá lạnh

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

cơ học và hệ thống nén hai cấp được thấy là sự lựa chọn hiệu quả nhất với hệ số nâng
cao hiệu suất trung bình lần lượt là 75,8% và 49,8%.
Liu cùng các cộng sự [20] đã tiến hành phân tích nhiệt động lực học của chu trình
làm lạnh CO2 trên tới hạn tích hợp với bộ quá lạnh điện nhiệt và đầu phun ejector. Bộ
quá lạnh điện nhiệt được lắp đặt sau bộ làm mát gas trong chu trình làm lạnh CO2 lý
thuyết với một ejector. Việc so sánh được thực hiện với chu trình làm lạnh CO2 lý thuyết
thơng thường (BASE), chu trình CO2 với bộ quá lạnh nhiệt điện (TES) và chu trình CO2
với ejector (EJE). Hệ số hiệu suất làm mát tối đa (COPc) thu được cho chu trình TES +
EJE mới với tối ưu hóa đồng thời nhiệt độ làm mát và áp suất đẩy. Chu trình mới có
COPc cao hơn và áp suất đẩy thấp hơn so với ba chu trình cịn lại. So với chu trình thơng
thường (BASE), COPc tối đa của chu trình TES + EJE tăng 39,34% và áp suất đẩy tối
ưu tương ứng giảm 8,01% trong điều kiện hoạt động nhất định với nhiệt độ bay hơi 5°C
và nhiệt độ đầu ra của khí làm mát khí là 40°C.
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước
ThS. Nguyễn Trọng Hiếu cùng các cộng sự [21] đã tiến hành thí nghiệm về một
hệ thống điều hịa khơng khí CO2 với các bộ trao đổi nhiệt bằng đồng. Trong nghiên cứu
này, máy nén và bộ làm mát đã được thử nghiệm với phương pháp thủy lực để xác định
nhiệt độ bị biến dạng và bị phá hỏng. Kết quả cho thấy máy nén thông thường không
phù hợp để sử dụng áp suất cao, do COP của chu kỳ rất thấp (chỉ 0,5). Với máy nén
CO2, chu kỳ có thể đạt được COP của 3,07 ở nhiệt độ bay hơi 10°C. Tương đương với
COP của hệ thống điều hịa khơng khí thương mại trên thị trường hiện nay.
PGS.TS Đặng Thành Trung và nhóm cộng sự [22] đã tiến hình thực nghiệm về hệ
thống điều hịa khơng khí CO2 với thiết bị bay hơi kênh mini sử dụng quá trình quá lạnh.

Kết quả cho thấy hiệu suất của hệ thống khi có q trình q lạnh sẽ cao hơn so với hệ
thống khơng có q trình q lạnh. Với quá trình quá lạnh, COP của hệ thống thu được
là 4,97 khi hệ thống ở áp suất 77 bar và nhiệt độ bay hơi là 15ºC. Cịn khi khơng có q
trình q lạnh, thì COP cho trường hợp này chỉ thu được là gần 1,59 (thấp hơn cả hệ
thống điều hịa khơng khí thơng thường). Từ đó, nhóm để xuất rằng hệ thống điều hịa
khơng khí CO2 nên được vận hành với áp suất dao động từ 74-77 bar và nhiệt độ bay
hơi dao động từ 10-15ºC ở chế độ siêu tới hạn, điều này sẽ cho hiệu quả và độ an toàn
cao hơn.
9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS. TS ĐẶNG THÀNH TRUNG

ThS. Nguyễn Trọng Hiếu cùng các thành viên nhóm cộng sự [23] đã nghiên cứu
về môi chất CO2 được sử dụng trong thiết bị bay hơi kênh micro và đặc tính truyền nhiệt
của thiết bị bay hơi này được xác định bằng phương pháp mô phỏng số. Một số kết quả
về trường nhiệt độ, trường vận tốc và áp suất đã được thể hiện. Nhiệt độ đầu ra của CO2
trong trường hợp 1,6 g/s cao hơn giá trị thu được trong trường hợp 3,2g/s. Bên cạnh đó,
tổn thất áp suất qua thiết bị bay hơi kênh micro là không đáng kể, từ 38,164 bar xuống
38 bar. Các kết quả này đồng thuận với các nghiên cứu liên quan.
Hồ Đặng Trí cùng đồng nghiệp [24] thực hiện một cuộc so sánh thử nghiệm giữa
một máy làm mát kênh micro và hai bộ làm mát thông thường sử dụng môi chất CO2.
Hai bộ làm máy này được thiết kế với cùng một công suất nhiệt, tuy nhiên, thể tích của
bộ làm mát của kênh micro nhỏ hơn bộ làm mát thông thường. Các kết quả chỉ ra rằng
hiệu suất truyền nhiệt của bộ làm mát kênh micro cao hơn so với bộ làm mát thơng
thường. Tuy nhiên, đã có một kết quả là bộ làm mát kênh mirco chỉ được sử dụng ở áp
suất lạnh dưới 75 bar. Bởi vì khi áp suất hơn 100 bar, bộ làm mát kênh micro bị vỡ.
Ngoài ra, chu kỳ được thực hiện ở nhiệt độ bay hơi 9ºC, chỉ số COP tính tốn được là

6,6. COP của nghiên cứu hiện tại cao hơn so với các nghiên cứu khác.
PGS.TS. Đặng Thành Trung cùng các cộng sự [25] đã so sánh tốc độ trao đổi nhiệt
giữa một bộ trao đổi nhiệt thông thường và một bao đổi nhiệt kênh mini. Kích thước bộ
trao đổi nhiệt kênh micro bằng 64% so với kích thước trao đổi nhiệt thơng thường từ
nhà sản xuất. Kết quả cho thấy, tốc độ truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt kênh mini là
145W cao hơn, gần bằng với bộ tản nhiệt scooter. Ngoải ra, trong q trình thí nghiệm
đã cho thấy việc sử dụng nước làm môi chất đã cho hiệu suất truyền nhiệt cao hơn so
với việc sử dụng dung dịch etylen. Các kết quả khá giống so với các nghiên cứu liên
quan.
Từ tổng quan các bài nghiên cứu trong và ngoài nước có thể thấy rằng việc nghiên
cứu mơi chất lạnh CO2 hiện đang rất phổ biến và trở thành vấn đề cần thiết trong nghiên
cứu hiện nay. Bên cạnh đó việc đẩy mạnh nghiên cứu môi chất lạnh CO2 cũng cho thấy
tiềm năng khá lớn và những lợi ích đáng kể.

10