- HOÀNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ ỐNG NHIỆT LÀM MÁT MÁY BIẾN THẾ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ NHIỆT LẠNH HÀ NỘI -10/2011 Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh LuËn V¨n Cao Häc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. - 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ỐNG NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ỐNG NHIỆT. - Ống nhiệt lịch sử và sự phát triển. - Ứng dụng của ống nhiệt. - Một số ứng dụng khác của ống nhiệt. - Phân loại ống nhiệt. - Phân loại theo nhiệt độ của hơi bên trong ống nhiệt (theo nhiệt độ cần sử dụng. - Ưu điểm của ống nhiệt. - 15 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN ỐNG NHIỆT. - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống nhiệt trọng trường. - 17 Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh LuËn V¨n Cao Häc 2.1.2 Môi chất nạp và vật liệu làm ống nhiệt. - Tính công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường. - Ảnh hưởng của lượng nạp môi chất và góc nghiêng tới công suất nhiệt trong Qi của ống nhiệt. - Giới hạn công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trườn. - Chọn chiều dài phần sôi và phần ngưng của ống nhiệt trọng trường. - Kết cấu máy biến áp. - Các phương pháp làm mát máy biến áp. - Tính toán thiết kế làm mát máy biến áp bằng ống nhiệt. - 45 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM LÀM MÁT MÁY BIẾN THẾ BẰNG ỐNG NHIỆT. - Mô hình thí nghiệm làm mát máy biến thế bằng ống nhiệt. - 50 Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh LuËn V¨n Cao Häc 4.2. - Ống nhiệt. - GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Thứ nguyên A Hằng số kích thước S Diện tích tiết diện m2 C Nhiệt dung riêng J/kg.K d Đường kính m g Gia tốc trọng trường m/s2 F Diện tích m2 k Hệ số truyền nhiệt W/m2.K k Số mũ đoạn nhiệt L Chiều dài m (mm) q Mật độ dòng nhiệt W/m2 Q Dòng nhiệt W (kW) r Nhiệt ẩn hoá hơi J/kg R Hằng số chất khí J/kg.K t Nhiệt độ 0C α Hệ số toả nhiệt W/m2.K αN Hệ số toả nhiệt Nusselt W/m2.K αw Hệ số toả nhiệt từ nguồn lạnh W/m2.K đến bề mặt ngoài ống nhiệt αw Hệ số toả nhiệt từ nguồn nóng W/m2.K đến bề mặt ngoài ống nhiệt V Thể tích m3 ∆t Độ chênh nhiệt độ 0C ε Giới hạn sai số ξ Hệ số tính chất vật lý ζ Lượng nạp Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh LuËn V¨n Cao Häc θ Góc dính ướt 0 λ Hệ số dẫn nhiệt W/m.K µ Hệ số nhớt động lực N.s/m2 ν Độ nhớt động học m2/s ρ Khối lượng riêng kg/m3 σ Sức căng bề mặt N/m ϕ Hệ số đặc trưng cho môi chất nạp Φ Góc nghiêng 0C 2. - CÁC CHỈ SỐ DƯỚI Ký hiệu Ý nghĩa c Lôi cuốn e Ngoài h Hơi i Trong l Lỏng n Ngưng p Áp suất s Sôi tư Tối ưu min Nhỏ nhất max Lớn nhất Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh LuËn V¨n Cao Häc DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1: Môi chất nạp của ống nhiệt và nhiệt độ làm việc. - 19 Bảng 2-2: Tính phù hợp của ống nhiệt. - 21 Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh LuËn V¨n Cao Häc DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Dùng ống nhiệt làm mát linh kiện điện tử. - 5 Hình 1.4 Các loại tản nhiệt VGA - cạc đồ họa máy tính. - 6 Hình 1.5 Bộ thu năng lượng mặt trời. - 7 Hình 1.7 Các chi tiết của ống năng lượng. - 8 Hình 1.8 Ống nhiệt trên đường ống dẫn dầu alaska. - 9 Hình 1- 9 Cấu tạo ống nhiệt trọng trường. - 12 Hình 1- 10 Cấu tạo ống nhiệt mao dẫn. - 13 Hình 1- 11 Ống nhiệt ly tâm (dùng làm mát động cơ điện. - 14 Hình 2.1 Ống nhiệt trọng trường có bề mặt nhẵn ở bên trong. - 17 Hình 2-2 Các thành phần nhiệt trở của ống nhiệt. - 44 Hình 3-7: Ống nhiệt làm mát dầu. - 45 Hình 3-8: Máy biến áp 50kVA làm mát bằng ống nhiệt. - 46 Hình 3-9: Ống nhiệt dạng hộp. - 52 Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh LuËn V¨n Cao Häc Hình 4 - 4. - Hộp dầu máy và ống nhiệt (4 ống. - 54 Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh 1 LuËn V¨n Cao Häc LỜI NÓI ĐẦU Ống nhiệt là một phần tử truyền nhiệt kiểu mới mà ngày nay được nhiều nhà khoa học của các nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu. - Ống nhiệt được nghiên cứu về mặt lý thuyết cũng như về mặt ứng dụng của nó trong các ngành công nghiệp và đời sống. - Có nhiều loại ống nhiệt như: ống nhiệt trọng trường ( sử dụng trọng trường), ống nhiệt mao dẫn ( sử dụng mao dẫn), ống nhiệt ly tâm (sử dụng lực ly tâm)… Ống nhiệt trọng trường có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo nên được nghiên cứu và ứng dụng khá nhiều ở các nước và cả ở Việt Nam. - Việc nghiên cứu sử dụng ống nhiệt làm mát máy biến thế điện cũng được các nhà khoa học quan tâm . - Ở đề tài luận văn này em sử dụng ống nhiệt làm mát máy biến thế điện. - Đề tài của em là “Nghiên cứu sử dụng công nghệ ống nhiệt làm mát máy biến thế điện”. - Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh 2 LuËn V¨n Cao Häc CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ỐNG NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ỐNG NHIỆT 1.1. - LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ỐNG NHIỆT. - Vào năm 1944, Gaugler đã chế tạo ra một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới và là bước khởi đầu cho ống nhiệt hiện nay. - Nhưng chỉ đến khi Grover và đồng nghiệp của ông tại phòng thí nghiệm khoa học Los Alamos đã khám phá và đưa ra các khái niệm, nguyên lý hoạt động của ống nhiệt vào cuối năm 1963. - đây được coi là động lực cho việc phát triển công nghệ ống nhiệt sau này. - Grover cũng đặt ra cái tên "Ống dẫn nhiệt", các ống dẫn nhiệt đầu tiên mà Grover xây dựng sử dụng nước là chất lỏng nạp vào trong ống làm việc ở nhiệt độ vừa phải và natri cho ống nhiệt có nhiệt độ cao khoảng 1100 K. - Trong những năm tiếp theo lý thuyết và công nghệ về ống nhiệt đã được phát triển rất mạnh. - Ống nhiệt đầu tiên làm việc ở nhiệt độ thấp do Naskim phát triển vào năm 1966 tại phòng thí nghiệm Air Force Flight Dynamic, Wright-Patterson Air Force Base. - Người ta dùng ống nhiệt như là một dụng cụ để điều chỉnh nhiệt độ lần đầu tiên bởi hội vô tuyến Mỹ trong một bằng sáng chế ứng dụng năm 1964. - Sự phát triển về công nghệ và lý thuyết cơ bản cho loại ống nhiệt điều khiển nhiệt đã được phát triển một cách khá kỹ lưỡng bởi Bienert, Brennan tại Dynatherm Corp và Marcus . - Ý tưởng đầu tiên của việc dùng ống nhiệt với môi chất là nước ở trạng thái không trọng lực được đưa ra bởi Deverall và những cộng sự của ông tại phòng thí nghiệm khoa học Los Alamos [7]. - Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh 3 LuËn V¨n Cao Häc Sau đó một thời gian ống nhiệt được sử dụng nhiều trong ngành hàng không, vũ trụ. - Ứng dụng đầu tiên trong ngành điện tử được phát triển bởi hội vô tuyến Mỹ khi dùng ống nhiệt mao dẫn làm mát các transistor. - Sau đó, ống nhiệt được ứng dụng rộng rãi và hiệu quả trong việc làm mát những thiết bị điện tử và dây cáp điện ngầm dưới đất, và trong nhiều ngành công nghiệp khác. - Do sự phát triển nhanh chóng của ống nhiệt mà các nhà khoa học trên thế giới khoảng 3 năm 1 lần tổ chức riêng một hội nghị khoa học về ống nhiệt gọi là IHPC (Int. - Ở Việt Nam, việc nghiên cứu ống nhiệt về mặt lý thuyết cũng như triển khai ứng dụng còn rất hạn chế. - Mới chỉ có một vài công trình nghiên cứu ứng dụng và xây dựng mô hình thí nghiệm về ống nhiệt trọng trường và mao dẫn được triển khai Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh 4 LuËn V¨n Cao Häc tại Viện KH&CN Nhiệt Lạnh, ĐHBK Hà nội, ở Khoa Nhiệt Lạnh tại ĐHBK Đà Nẵng và ở Bộ môn Nhiệt ĐHBK TP HCM. - ỨNG DỤNG CỦA ỐNG NHIỆT Ống nhiệt đã và đang được nghiên cứu cho nhiều ứng dụng khác nhau của nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ứng dụng ở lĩnh vực nhiệt độ cao như việc sử dụng các ống nhiệt heli lỏng để hỗ trợ cho việc làm mát trong máy gia tốc hạt, để làm mát cho hệ thống “nước nặng” của lò phản ứng hạt nhân và ứng dụng trong kỹ thuật đo lường ở nhiệt độ cao (khoảng 20000C đến 30000C), đến những ứng dụng khác ở nhiệt độ vừa phải và nhiệt độ thấp. - Dưới đây là một số ứng dụng của ống nhiệt. - Làm mát linh kiện điện tử Hiện nay các ứng dụng lớn nhất của ống nhiệt về số lượng sử dụng là làm mát của các thành phần điện tử như bóng bán dẫn, các thiết bị bán dẫn, và các gói mạch tích hợp (hình 1.1, hình1.2 và hình 1.3). - Hình 1.1 Dùng ống nhiệt làm mát linh kiện điện tử Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh 5 LuËn V¨n Cao Häc Hình 1. - Điểm đặc biệt ở đây là những ống nhiệt bằng đồng chạy xuyên suốt phiến kim loại. - Ống nhiệt tiếp xúc trực tiếp với chip bộ nhớ, và dẫn nhiệt đến các fin tản nhiệt ở trên. - 3 Tản nhiệt CPU máy tính của hãng Noctua Hoàng Anh Tuấn ViÖn KH&CN NhiÖt L¹nh 6 LuËn V¨n Cao Häc Hình 1.4 Các loại tản nhiệt VGA - cạc đồ họa máy tính.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt