NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG NẠP ĐẾNCHẾ ĐỘ KHỞI ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT
RESEARCH ON THE EFFECT OF FILL RATIOTO THE START UP PERIOD OF HEAT PIPE
HOÀNG AN QUỐC
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
LÊ CHÍ HIỆP
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
HOÀNG DƯƠNG HÙNG
Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
TÓM TẮTRESEARCH ON THE EFFECT OF FILL RATIOTO THE START UP PERIOD OF HEAT PIPE
HOÀNG AN QUỐC
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
LÊ CHÍ HIỆP
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
HOÀNG DƯƠNG HÙNG
Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
Bài báo này trình bày các kết quả thí nghiệm về ảnh hưởng của tỉ số nạp đến thời gian khởi động và nhiệt độ làm việc của ống nhiệt loại trọng trường. Trên cơ sở tham khảo các kết quả đã công bố, các thí nghiệm đã được tiến hành với các tỉ số nạp lần lượt là 20%, 30%, 40% và 50%. Các kết quả thí nghiệm đã khẳng định nên chọn tỉ số nạp là 30%.
ABSTRACT
Experiments on the relationships between the fill ratio and the start-up time/stable working temperature of gravitational heat pipe have been done. Based on the published works, the fill ratios of 20%, 30%, 40% and 50% were selected to do the experiments. Experimental results confirm the best fill ratio should be 30%.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng định, ứng với một môi chất cụ thể, số lượng môi chất nạp vào ống nhiệt có ảnh hưởng rõ rệt đến chế độ làm việc và công suất của ống nhiệt. Tuỳ theo loại cấu tạo và ứng dụng của ống nhiệt mà tỉ số nạp có thể biến đổi trong khoảng từ 10% cho đến 50% [1]. Tuy nhiên, với các ống nhiệt trọng trường, hầu hết các nghiên cứu đều cho thấy tỉ số nạp nên tập trung xung quanh khoảng giữa của vùng biến đổi đã nêu ở trên [2].
Trong bài báo này, với mục đích xác định tỉ số nạp hợp lý của ống nhiệt mặt trời làm việc theo nguyên tắc trọng trường, các tác giả sẽ trình bày các kết quả thí nghiệm đã được thực hiện với các tỉ số nạp khác nhau là 20%, 30%, 40% và 50%.
II. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM
Thí nghiệm ảnh hưởng của lượng nạp đến chế độ làm việc của ống nhiệt được tiến hành trên 4 ống nhiệt được đánh số là HP1, HP2, HP3, HP4 tương ứng với các tỉ số nạp 20%, 30%, 40% và 50%. Các ống nhiệt được sử dụng trong quá trình thí nghiệm có các đặc điểm sau:
- Phần sôi có đường kính 10mm, dài 1800mm và phần ngưng tụ có đường kính 22 mm, dài 100 mm.
- Phần sôi được đặt trong ống thuỷ tinh có đường kính 100mm, dài 2000mm và được hút chân không, độ chân không trong ống nhiệt là 100Pa (áp suất tuyệt đối).
- Các ống nhiệt được đặt nghiêng một góc 300 so với mặt đất và có kích thước giống nhau.
- Chất làm việc là nước cất.
- Tấm hấp thụ được phủ sơn đen chọn lọc loại Thermaxlox 250 của Đức với hệ số hấp thụ
Do chưa có đủ phương tiện để bịt kín tốt đầu ống cho nên trong quá trình thí nghiệm chúng tôi phải liên tục hút chân không để duy trì mức chân không yêu cầu.
Để đo nhiệt độ nước chúng tôi dùng các cặp nhiệt kiểu K, mỗi ống nhiệt được gắn 05 cặp nhiệt và được đánh số thứ tự TC1, TC2, TC3, TC4, TC5 như trình bày trên hình 1a. Đường kính cặp nhiệt là với phần đầu của cặp nhiệt có chiều dài 5mm, chiều dài phần dây dẫn là 2000mm. Đầu cặp nhiệt được gắn lên bề mặt cần đo sau đó được giữ cố định bằng một lớp băng keo bạc chịu nhiệt, dây tín hiệu được kết nối vào bộ thu dữ liệu Multi Data Acquisition System 20 kênh của hãng KEITHLEY (Đức) để truyền dữ liệu đo được vào máy tính. Phần ngưng được giải nhiệt tự nhiên với không khí xung quanh phòng.
Sơ đồ thí nghiệm và cách bố trí dụng cụ đo được trình bày ở hình 1.
Hình 1: - (a) Sơ đồ bố trí thiệt bị đo; - (b) Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Để duy trì cường độ bức xạ đến các ống nhiệt được ổn định và đồng đều trong suốt thời gian làm thí nghiệm, chúng tôi đã dùng 16 đèn Halogen loại 64480 KL do hãng OSRAM (Đức) chế tạo như hình 2, cường độ bức xạ được sử dụng trong quá trình thí nghiệm là 900W/m2.
Hình 2: Tổng thể mô hình thí nghiệm
III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
Qua nhiều thí nghiệm với nhiều chế độ khác nhau, có thể thấy rõ sự ảnh hưởng của lượng môi chất nạp trong ống nhiệt đến thời gian khởi động của ống nhiệt và sự thay đổi nhiệt độ của phần ngưng tụ.
Kết quả thí nghiệm về biến thiên nhiệt độ ở chế độ khởi động của ống nhiệt với các lượng nạp khác nhau (từ 20% đến 50%) được trình bày trong các đồ thị từ hình 3 đến hình 6 [3].
Hình 3: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỉ số nạp bằng 20%
Hình 4: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỉ số nạp bằng 30%
Hình 5: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỉ số nạp bằng 40%
Hình 6: Nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỉ số nạp bằng 50%
Quan sát đồ thị ở hình 3, tương ứng với tỉ số nạp 20%, ta thấy trong khoảng 30 giây đầu nhiệt độ trung bình của 4 đầu đo ở phần ngưng của ống nhiệt HP1 tăng rất nhanh, sau đó bắt đầu ổn định ở mức nhiệt độ từ . Với tỉ số nạp 30%, đồ thị ở hình 4 cho thấy lúc đầu nhiệt độ trung bình của 4 đầu đo ở phần ngưng tụ của ống nhiệt tăng chậm hơn so với ống nhiệt HP1, ống nhiệt đạt chế độ ổn định sau thời gian khoảng 40 giây tương ứng với dải nhiệt độ từ .Khi tăng tỉ số nạp lên 40%, đồ thị ở hình 5 cho thấy nhiệt độ của ống nhiệt tăng chậm hơn và đạt chế độ ổn định chậm hơn so với ống nhiệt HP2, thời gian cần thiết để đạt đến chế độ ổn định là 100 giây tương ứng với mức nhiệt độ từ 88 đến 900C. Quan sát hình 6, tương ứng với tỉ số nạp 50%, ta thấy nhiệt độ của ống nhiệt cũng tăng chậm hơn, sau khoảng 120 giây thì nhiệt độ của phần ngưng đạt đến 900C, nhưng sau đó nó hoạt động không ổn định và nhiệt độ đạt được ở trong khoảng từ 850C đến 870C.
Hình 7 trình bày tổng hợp sự gia tăng nhiệt độ của phần ngưng của ống nhiệt ở chế độ khởi động ứng với các tỉ số nạp 20%, 30%, 40% và 50%. Quan sát các đường cong ta thấy, khi tỉ số nạp càng tăng thì thời gian khởi động càng lớn, các thời gian khởi động lần lượt tương ứng là 30 giây, 40 giây, 100 giây và 120 giây. Từ hình 7 ta thấy tỉ số nạp tối ưu của ống nhiệt nên là 30%, lúc này thời gian khởi động sẽ nhanh hơn và nhiệt độ làm việc ổn định của ống nhiệt cũng sẽ ở mức cao hơn.
Hình 7: Sự biến đổi nhiệt độ ở chế độ khởi động khi tỉ số nạp bằng 20%, 30%, 40% và 50%
Hình 8 và bảng 1 trình bày ảnh hưởng của tỉ số nạp đến thời gian khởi động và nhiệt độ làm việc ổn định của ống nhiệt.
Hình 8: Ảnh hưởng của tỉ số nạp (
Bảng 1: Ảnh hưởng của tỉ số nạp (
IV. KẾT LUẬN
- Các kết quả thí nghiệm khẳng định tỉ số nạp của ống nhiệt có ảnh hưởng rõ rệt đến nhiệt độ và chế độ làm việc của ống nhiệt.
- Để cho ống nhiệt hoạt động tốt, tức là thời gian khởi động nhanh và nhiệt độ tại các điểm trên bề mặt phần ngưng của ống nhiệt có sự ổn định ở dải nhiệt độ cao, thì nên chọn tỉ số nạp bằng 30% [3].
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Kathryn Nikkanen, Christian G. Lu, Masahiro Kawaji – Effects of Working Fluid, Fill Ratio and Orientation On Looped and Unlooped Pulsating Heat Pipes – American Society of Mechanical Engineers (ASME) / Summer Heat Transfer Conference (HT2005) Vol.2; 20050717-22; San Francisco, CA (USA)
2. Peterson G. P. – An Introduction to Heat Pipes: Modeling, Testing and Applications – John Wiley & Sons, 1994
3. Hoàng An Quốc – Nghiên cứu nâng cao hiệu quả cấp nhiệt bằng ống nhiệt mặt trời cho máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại Single Effect ở miền nam Việt Nam - Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, 2009.
