- Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 1 Mục lục LỜI CAM ĐOAN. - 5 Danh mục hình bảng biểu. - 7 Danh mục hình ảnh. - Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt. - Dẫn nhiệt. - Đối lưu nhiệt. - Bức xạ nhiệt. - Hệ số truyền nhiệt trong ống xoắn lò xo. - Hệ số truyền nhiệt của thiêt bị sưởi ấm dịch truyền. - 26 Chương 2 - Một số vấn đề cơ bản về phương pháp tính toán động lực học lưu chất-CFD. - Phần mềm mô phỏng CFD-ANSYSFLUENT. - 32 Chương 3 - Qúa trình mô phỏng và thực nghiệm. - 40 Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 2 3.1. - Quá trình thực nghiệm. - Thiết bị đo. - Chiều dài đáp ứng nhiệt độ của thiết bị. - Trường hợp nhiệt độ đầu vào 5OC, tốc độ dịch truyền là 80 giọt/ phút với số vòng cuốn là 3,5,10. - Trường hợp nhiệt độ đầu vào 10OC, tốc độ dịch truyền là 80 giọt/ phút với số vòng cuốn là 3,5,10. - Trường hợp nhiệt độ đầu vào 5OC, tốc độ dịch truyền là 60 giọt/ phút với số vòng cuốn là 3,5,10. - Trường hợp nhiệt độ đầu vào 10OC, tốc độ dịch truyền là 60 giọt/ phút với số vòng cuốn là 3,5,10. - 72 Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. - Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. - Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên sách, tạp chí và các trang web theo danh mục tại liệu tham khảo của luận văn. - Tác giả luận văn Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 4 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Tiến Đông người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. - Tôi cũng xin cảm ơn các quý thầy cô giảng dạy trong chương trình cao học ―Cơ điện tử‖, đã truyền dạy những kiến thức mới mẻ hết sức quý báu và hữu ích giúp tôi trong quá trình thực hiện luận văn. - Cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn đến Ths.Trần Minh Ngọc ở Trung tâm Phát triển và Ứng dụng phần mềm công nghệ (DASI CENTER), trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các bạn lớp CDDTKH13 và các đồng nghiệp của tôi đã hỗ trợ tôi trong khi học tập và thực hiện luận văn này. - Tôi xin chân thành cảm ơn. - Học viên Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 5 Danh mục các ký hiệu, chữ cái viết tắt Ti (i=1,2…)là ký hiệu của nhiệt độ, qi(1,2…) là ký hiệu của mật độ dòng nhiệt x lớp không khí có độ dày "xq(W/m2) Mật độ dòng nhiệt k (W/m.K) là hệ số dẫn nhiệt k0=k(t=0. - ct: Nhiệt độ log sau hiệu chỉnh Ts , Tsur ,twlà nhiệt độ bề mặt rắn Tnhiệt độ chất khí, u(y) và T(y) là phân bố nhiệt và vận tốc theo trục y u vận tốc hữu hạn h (W/m2.K) là hệ số truyền nhiệt đối lưu E (W/m2) được gọi là hệ số phát xạ bề mặt là hăng số Blotmann G và Gabs bức xạ của môi trường α hệ số hấp thu bề mặt rh là hệ số truyền nhiệt bức xạ Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 6 2r là đó đường kính bên trong 2Rc Đường kính cuộn dây của ống xoắn ốc H là Bước xoắn ốc :là tỷ lệ cong kí hiệu 1: góc giữa hai vòng tròng liên tiếp khí chiếu lên một mặt phẳng đi qua đường tâm của ống dây lò xo. - De: hệ số dean Re hệ số Reynolds cf: hệ số masat dòng chảy ống xoắn tf: hệ sỗ ma sát dòng chảy trong ống thẳng Nu hệ số truyền nhiệt Pr : hệ số Prandtl Gz hệ số Graetz l : Chiều dài chảy rối. - ɛ: Hệ số tiêu tán. - S là modul của tỉ số ứng suất tensor trung bình pT hệ số giãn nở nhiệt Af : Diện tích mặt cắt ống, Af = 2r(m2) q: Vận tốc khối của chất lỏng (m3/h) U: hệ số truyền nhiệt liên hợp Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 7 Danh mục hình bảng biểu Danh mục hình ảnh Hình 1: Dẫn nhiệt. - 12 Hình 2: Đối lưu. - 12 Hình 3: Bức xạ. - 12 Hình 4: Dẫn truyền nhiệt với khuếch tán năng lượng do hoạt động phân tử. - 14 Hình 6: Phát triên vùng biên phân lớp trong đối lưu. - 15 Hình 7:Quá trình truyền nhiệt đối lưu. - 16 Hình 8: Bức xạ, (a) tại bề mặt, (b) bề mặt với môi trường xung quanh. - 26 Hình 11: Kích thước thiết bị mặt cắt đứng. - 27 Hình 12: Phát triên vùng biên phân lớp trong đối lưu. - 30 Hình 13: Tính toán mô phỏng CFD với thân máy bay. - 32 Hình 15: Chọn mặt cho mô hình mô phỏng. - 44 Hình 18: Kết quả quá trình check phần tử lưới. - 45 Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 8 Hình 21: Bảng thiết lập chung thông số mô phỏng. - 47 Hình 24: Tạo vật liệu cho bài toán mô phỏng. - 56 Hình 34: Check case, tính toán mô phỏng. - 57 Hình 35: Dịch truyền. - 60 Hình 38: Thiết bị. - 64 Hình 40: Phân bố nhiệt độ trong dich truyền khi mô phỏng với 3 vòng cuốn. - 65 Hình 41: Phân bố nhiệt độ trong dich truyền khi mô phỏng với 5 vòng cuốn. - 65 Hình 42: Biểu đồ phân bố nhiệt độ trong dịch truyền khi mô phỏng. - 66 Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 9 Lý do chọn đề tài Là một kỹ sư Cơ điện tử, tôi luôn luôn khao khát nghiên cứu, thiết kế và mong chế tạo được các trang thiết bị Y tế nhằm mục đích hỗ trợ công tác chăm sóc sức khỏe nhân dân. - Với niềm đam mê và khát khao cháy bỏng này tôi đang tham gia nghiên cứu đề tài cấp Bộ có tên ―Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sưởi ấm dịch truyền sử dụng trong y tế‖. - Thiết bị sưởi ấm dịch truyền giúp giảm tối đa các tai biến về nhiệt trong quá trình truyền dịch truyền cho bệnh nhân, nâng cao hiệu quả của dịch truyền. - Mô hình ống xoắn dạng lò xo được dùng nhiều hệ thống kỹ thuật với nhiều các ứng dụng quan trong trong các nhà máy điện, lò phản ứng hạt nhân, điện lạnh, xử lý điều hòa không khí, hệ thống thu hồi nhiệt cũng như trong các thiết bị trong y tế. - Xác định quy luật quá trình truyền nhiệt trong hệ thống kỹ thuật là đặc biệt quan trong vì nó ảnh hưởng hiệu quả và sự an toàn của hệ thống. - Để thiết kế và chế tạo thành công thiết bị này công đoạn quan trọng nhất phải kể đến là tính toán truyền nhiệt và thiết kế nguồn gia nhiệt chính, đảm bảo ổn định cho nguồn nhiệt này quá trình xem xét động lực học chất lỏng trong ống xoắn cũng được xem xét. - Phương pháp mô phỏng số ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nghiên cứu khoa học cơ bản và ứng dụng, với nghiên cứu động lực học cất lỏng và truyền nhiệt thì phương pháp tính toán số với trợ giúp củng máy tính- phương pháp CFD- là một phương pháp đã không còn mới lạ với thế giới, nhưng ở Việt Nam phương pháp này đã được áp dụng cho một số nghiên cứu và cho kết quả khả quan song hiện nay nó chưa thực sự được phổ biến. - Với lý do này và trong khuôn khổ thời gian, môi trường nghiên cứu, đào tạo cho phép tôi chọn đề tài luận văn Thạc sỹ có tên ―Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong thiết bị sưởi ấm dịch truyền dùng trong y tế bằng phương pháp thực nghiệm và mô phỏng‖ Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 10 Lịch sử nghiên cứu Từ những năm 1492 - Tại Rome, Đức Giáo Hoàng Innocent VIII bị một cơn đột quỵ, ông bị yếu và hôn mê. - Sinai ở thành phố New York, Richard Lewisohn được ghi nhận là đã sử dụng natri citrat như một chất chống đông máu, làm thay đổi quy trình truyền máu trước đây thành quy trình truyền máu cơ bản như hiện nay và hoạt động Ngân hàng máu cơ bản đã hình thành. - Song hành với kỹ thuật truyền máu là sự phát triển các thiết bị phục vụ cho việc lấy máu, truyền mau như: kim, dây, chai, bông, cồn, gạc, bộ cho, bộ lọc và truyền áp lực, Thiết bị truyền, Thiết bị kiểm soát tốc độ truyền, Thiết bị áp lực, Thiết bị sưởi ấm dịch truyền. - Mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn Trên cở sở luận văn là đề tài nhánh của đề tài cấp Bộ có tên: ―Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sưởi ấm dịch truyền sử dụng trong y tế‖ Luận văn có mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu như sau: Mục tiêu nghiên cứu. - Nghiên cứu lý thuyết quá trình truyền nhiệt trong thiết bị sưởi ấm và sử dụng phần mềm mô phỏng số để tính toán và đánh giá hiện tượng này trong các điều kiện hoạt động cụ thể của thiết bị sưởi ấm. - Đưa ra và so sánh các kết quả định tính, định lượng từ thực tế và phần mềm mô phỏng giúp đánh giá đáp ứng cẩu thiết bị Đối tượng nghiên cứu. - Bộ thiết bị sưởi ấm dịch truyền dùng trong y tế, là sản phẩm của đê tài cấp Bộ có tên ―Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sưởi ấm dịch truyền sử dụng trong y tế‖ Phạm vi nghiên cứu. - Nghiên cứu và thực nhiệm, khảo sát nhiệt độ đầu ra của dịch truyền với chiều dài dây truyền dịch L(3 vòng, 5 vòng , 10 vòng) với tốc độ dịch truyền 60 giọt, 80 giọt. - Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 11 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp của tác giả - Phân tích cơ sở truyền nhiệt trong các vật liệu và môi trường khác nhau từ đó xác định phương trình truyền nhiệt phù hợp với thiết bị để ứng dụng tính toán lựa chọn thông số kỹ thuật, cấu trúc hệ thống bảo ôn. - Xác định phương pháp, phần mềm phù hợp để mô phỏng hệ thống bảo ôn trong quá trình truyền nhiệt, giữ nhiệt và hoàn thiện thiết kế chế tạo hệ thống bảo ôn. - Xây dựng hệ số truyền nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt dạng lò xo - Đưa ra điều kiện hoạt động tốt nhất cho thiết bị. - Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được áp dụng là kết hợp giữa các nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và đánh giá phân tích quá trình truyền nhiệt thông qua các kết quả định lượng và định tính thu được từ phần mềm mô phỏng số. - Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 12 Chương 1- Cơ sở lý thuyết 1.1. - Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt Một cách đơn giản, chung nhất, định nghĩa cho câu trả lời : Truyền nhiệt là gì? ―Truyền nhiệt là sự truyền năng lượng nhiệt từ vị trí này tới vị trí khác do có sự chênh lệch về nhiệt độ‖[7]. - Ở đâu có sự chênh lệch về nhiệt độ thì truyền nhiệt xảy ra khi không hoặc có vật dẫn. - Trên hình 1,2,3 mô tả ba quá trình của truyền nhiệt với Ti (i=1,2…)là ký hiệu của nhiệt độ, qi(1,2…) là ký hiệu của mật độ dòng nhiệt. - Quá trình truyền nhiệt khi có sự chênh lệnh nhiệt độ trong môi trường rắn hoặc lỏng,khí, thì quá trình truyền nhiệt này được gọi là dẫn nhiệt. - Quá trình truyền nhiệt giữa chất lỏng khí chuyển động trên bề mặt rắn khi có sự chên lệch nhiệt độ gọi là đối lưu. - Tất cả vật rắn ở một nhiệt độ nhất định đề phát ra năng lượng dưới dạng sóng điện từ, quá trình các vật rắn truyền nhiệt dưới dạng sóng cho nhau không qua vật dẫn được gọi là bức xạ nhiệt[7]. - Dẫn nhiệt trong chất rắn hoặc lỏng Đối lưu xảy ra giữa một chất lỏng hoặc khí chuyển động qua bề mặt rắn. - Bức xạ nhiệt, trao đổi nhiệt giữa hai bề mặt rắn không qua vật dẫn Hình 1: Dẫn nhiệt Hình 2: Đối lưu Hình 3: Bức xạ 1.1.1. - Dẫn nhiệt Dẫn nhiệt là sự truyền năng lượng nhiệt từ các hạt nguyên tử hay phân tử có năng lượng cao sang hạt phân tử hay nguyên tử có năng lượng thấp hơn, do sự tương tác giữa các hạt[7]. - Luận văn thạc sĩ Vũ Đình Dũng Page 13 Xét một mô hình dẫn nhiệt trong hình 4 với hai bề mặt có nhiệt độ T1 và T2
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt