Tài liệu Mô hình toán học của ống nhiệt nhỏ và xác định công suất nhiệt lớn nhất

ĐỀ TÀI: Mô hình toán học của ống nhiệt nhỏ và xác định công suất nhiệt lớn nhất

CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN LƯ THUYẾT VÀ XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.1. MỤC ĐÍCH
Luận văn với mục đích nghiên cứu các đặc tính của ống nhiệt mao dẫn nhỏ. Èng nhiệt loại này thường được ứng dụng để giải nhiệt cho các thiết bị điện tử. Sau khi tính toán, thiết kế và chế tạo trên lư thuyết. Qua thí nghiệm chạy thử thiết bị số liệu đo đạc được so sánh với kết quả lư thuyết và đánh giá tính khả thi. Với ống nhiệt mao dẫn khi xác định được các giới hạn nh­: giới hạn về độ nhớt, giới hạnh âm thanh, giới hạn sôi, giới hạn lôi cuốn và giới hạn mao dẫn. Giới hạn mao dẫn là giới hạn nhỏ nhất trong các giới hạn của ống nhiệt khi ống nhiệt có phần ngưng tụ thấp hơn phần bay hơi v́ thế giới hạn này là cơ sở để tính toán công suất lớn nhất mà ống nhiệt có thể đạt được. Bên cạnh đó, việc xác định góc nghiêng ảnh hưởng đến công suất và phân bố nhiệt độ trên ống nhiệt là vô cùng quan trọng. Dưới đây là nôi dung chính của luận văn cần thực hiện:
Công việc chính của luận văn gồm các nội dụng sau:
- Xác định công suất lớn nhất khi ống nhiệt hoạt động.
- Sù thay đổi nhiệt độ trên toàn bộ ống nhiệt
- Ảnh hưởng của góc nghiêng tới công suất nhiệt của ống

3.2. TÍNH TOÁN LƯ THUYẾT
Tính toán lư thuyết ống nhiệt mao dấn với các thông số đầu vào nh­ kích thước, vật liệu làm ống và làm bấc, môi chất làm việc được cho nh­ sau:
3.2.1. Vật liệu chế tạo:
Èng: Đồng
Kích thước ống.
Như đă nói ở chương trước, để tối ưu hoá về công suất truyền tải nhiệt và thuận lợi cho việc thiết kế và chế tạo ống nhiệt để giải nhiệt cho ngành điện tử cũng nh­ sau khi chế tạo xong để thuận lợi cho việc lắp đặt là loại ống nhiệt mao dẫn nhỏ. Chọn vật liệu chế tạo, thông số và kính thước ống nhiệt nh­ sau:
- Chiều dài ống: L = 280 mm;
- Đường kính ngoài của ống: d[SUB]o[/SUB] = 4 mm;
- Đường kính trong của ống: d[SUB]in [/SUB] =3 mm;
- Chiều dài phần ngưng tự: L[SUB]c[/SUB] = 160 mm;
- Chiều dài đoạn nhiệt: L[SUB]a[/SUB] = 60 mm;
- Chiều dài phần bay hơi L[SUB]e[/SUB] = 60 mm.
Môi chất làm việc.
Nước
Xuất phát từ giới hạn khi vận hành ống nhiệt mao dẫn là giới hạn mao dẫn là tiêu chuẩn cơ bản để xác định công suất lớn nhất khi vận hành ống nhiệt.
V́ vậy từ công thức (2.11):
(DP[SUB]c[/SUB])[SUB]m[/SUB] ³ , Pa (3.1)
Với giả thiết ḍng một chiều và điểm ướt ở cuối phần ngưng tụ.
Từ (2.12)
Từ (2.30)
Từ (2.31) =
Từ (2.32) = ;
(Nếu ống nhiệt nằm ngang Y = 0)
Độ chênh áp suất mao dẫn từ (2.8 và 2.9)
với
Thay toàn bộ vào (3.1) ta có:

hay:
Vậy:
Q =
,W (3.2)
Với:
L[SUB]eff[/SUB]- chiều dài hiệu dụng của ống nhiệt được xác định:
L[SUB]eff[/SUB] = 0,5L[SUB]e[/SUB] + L[SUB]a[/SUB] + 0,5L[SUB]v[/SUB] , m (3.3)
d[SUB]v­­[/SUB]- đường kính không gian hơi được xác định:
d[SUB]v[/SUB] = d[SUB]in[/SUB]-2(d[SUB]w[/SUB] + d[SUB]s[/SUB]), m (3.4)
Trong đó:
d[SUB]w[/SUB]- chiều dày lớp bấc, m;
d[SUB]s[/SUB]- chiều dày khoảng trống, m.
A[SUB]v[/SUB]- diện tích không gian hơi được xác định:
A[SUB]v[/SUB] = , m[SUP]2[/SUP] (3.5)
A[SUB]w [/SUB]- diện tích ḍng lỏng được xác định:
A[SUB]w[/SUB] = , m[SUP]2[/SUP] (3.6)
K- độ thấm của bấc được xác định:
K = , m[SUP]2[/SUP] (3.7)
(độ xốp của bấc) (3.8)
K = , m[SUP]2 [/SUP] (3.9)
Để xác định chọn số nút một cách hiệu quả ta phải căn cứ vào mục đích sử dụng và nhiệt độ hoạt động của ống nhiệt. Ta tiến hành thí nghiệm với nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệt ở ba chế độ khác nhau là 30, 40 và 50[SUP]o[/SUP]C ở các góc nghiêng khác nhau. Ta tiến hành tính toán cho một chế độ với nhiệt độ môi chất làm việc 30[SUP]o[/SUP]C và góc nghiêng là 0[SUP]o[/SUP] . Các thông số vật lư của môi chất cho ở bảng 3.1

Chọn bấc:
Chọn vật liệu làm bấc là đồng sợi được thể hiện chi tiết ở h́nh 3.1, v́ ống nhiệt nhỏ, để thuận tiện cho việc cho bấc vào trong ống ta sử dông một lớp lưới và đường kính dây là:
d[SUB]w[/SUB] = 0,0045 inch = 1,143.10[SUP]-4 [/SUP]m (3.10)
Khoảng trống từ vách trong ống nhiệt tới bấc bằng đường kính dây đồng sợi là:
d[SUB]w[/SUB] = d[SUB]s[/SUB] = d[SUB]w[/SUB] = 1,143.10[SUP]-4 [/SUP]m (3.11)
Từ (3.8) ta có: = = 1- 9,42.10[SUP]-5[/SUP] N
Thay vào (3.7): K = (3.12)
Đường kính bay hơi:
d[SUB]v[/SUB] = d[SUB]in[/SUB]-2(d[SUB]w[/SUB] + d[SUB]s[/SUB]) = 3.10[SUP]-3[/SUP] - 2(2.1,143.10[SUP]-4[/SUP]) = 2,5428.10[SUP]-3 [/SUP]m (3.13)
Diện tích bay hơi (3.5):
A[SUB]v[/SUB] = = 5,078.10[SUP]-6 [/SUP]m[SUP]2 [/SUP](3.14)
Diện tích ḍng lỏng (3.6):
A[SUB]w[/SUB] = =1,99.10[SUP]-6 [/SUP]m[SUP]2 [/SUP](3.15)
Thay (3.9), (3.10), (3.11), (3.12), (3.13), (3.14) và (3.15) vào (3.2) ta có:

3.2.2. Công suất nhiệt thay đổi theo số nút của bấc
q = f(N) = (3.16)


[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]W
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
Từ phương tŕnh (3.16) ta xây dựng đồ thị thể hiện ở phụ lục 1.Từ đồ thị ta t́m được giá trị công suất lớn nhất Q=Q[SUB]max [/SUB]khi số nút N = 3732/m = 44/in