Nghiên cứu về trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các quá trình truyền sóng trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI

LƢỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG CÁC QUÁ

TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG MỘT SỐ HỖN

HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT

NGUYỄN THỊ THU HẰNG

THÁI NGUYÊN 2010

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI

LƢỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG CÁC QUÁ

TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG MỘT SỐ HỖN

HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT

Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Mã số: 60.52.04

Học Viên: NGUYỄN THỊ THU HẰNG

Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS. NGUYỄN VĂN TUẤN

NGƢỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN THỰC HIỆN

PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn Nguyễn Thị Thu Hằng

BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-1 -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có đƣợc trong luận văn là do bản thân tôi

thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn. Ngoài tài

liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn, các số liệu và các kết quả có đƣợc trong luận văn

là trung thực và chƣa có ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2010

Ngƣời thực hiện

Nguyễn Thị Thu Hằng

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-2 -

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục các kí hiệu sử dụng 6

Danh mục các hình vẽ 7

MỞ ĐẦU 11

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 14

1.1 Thực trạng của vấn đề 14

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 18

CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20

2.1. Hệ phƣơng trình thuỷ- nhiệt động lực học cho môi trƣờng hai pha

lỏng hơi

20

2.1.2. Xây dựng mô hình 20

2.1.3. Hệ phƣơng trình cơ sở 20

2.1.4. Điều kiện đầu và điều kiện biên 31

2.2. Phƣơng pháp giải số 33

CHƢƠNG III: MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ ẢNH

HƢỞNG CỦA ĐỘNG LỰC HỌC SÓNG LÊN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI

NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC PHA

36

3.1 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong một số hỗn

hợp chất lỏng chứa bọt hơi khi sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp

36

3.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha khi có sóng xung kích lan

truyền trong hỗn hợp

36

3.1.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô

chứa bọt hơi

36

 Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 37

 Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 38

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-3 -

 Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 40

3.1.1.2. Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp Freon-21

chứa bọt hơi

41

 Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 41

 Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 43

 Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 44

3.1.1.3. Nhận xét 47

3.1.2. Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha khi có sóng xung kích

lan truyền trong hỗn hợp

49

3.1.2.1. Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp dầu

thô chứa bọt hơi

49

 Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 49

 Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 51

 Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 53

3.1.2.2. Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp

Freon-21 chứa bọt hơi

54

 Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 54

 Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 55

 Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 57

3.1.2.3. Nhận xét 58

3.2 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lƣợng giữa các pha trong một số hỗn

hợp chất lỏng chứa bọt hơi khi có tƣơng tác giữa các sóng xung kích trong

một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi.

59

3.2.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha khi có tƣơng tác giữa các sóng

xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi.

61

3.2.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô

chứa bọt hơi

61

 Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 61

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-4 -

 Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 62

 Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 63

3.2.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp nitơ lỏng

chứa bọt hơi

64

 Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 64

 Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 66

 Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 67

3.2.1.3. Nhận xét 67

3.2.2 Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha khi có tƣơng tác giữa

các sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi.

69

3.2.2.1 Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp dầu

thô chứa bọt hơi

70

 Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 70

 Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 71

 Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 72

3.2.2.2 Quá trình trao đổi khối lƣợng giữa các pha trong hỗn hợp nitơ

lỏng chứa bọt hơi

73

 Sự phụ thuộc vào cƣờng độ ban đầu của sóng xung kích 73

 Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 75

 Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 76

3.2.2.3. Nhận xét 77

CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 78

4.1 KẾT LUẬN 78

4.1.1. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC

PHA KHI CÓ SÓNG XUNG KÍCH LAN TRUYỀN TRONG HỖN HỢP

78

4.1.2. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƢỢNG GIỮA CÁC

PHA KHI CÓ TƢƠNG TÁC GIỮA CÁC SÓNG TRONG MỘT SỐ HỖN

HỢP LỎNG- HƠI

78

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-5 -

4.2 KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 83

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-6 -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG

Chỉ số trên - Trạng thái cân bằng sau sóng tới và sau sóng phản xạ của hỗn hợp.

(i= 1, 2)

Chỉ số dƣới - Trạng thái ban đầu của hỗn hợp, chỉ pha lỏng, pha khí, khí hoà tan và

không tan. (i = 0,12,v,g)

B - Hằng số khí.

c, cp2, cv2 - Nhiệt dung riêng, nhiệt dungriêng khi áp suất và vận tốc không đổi

D

(1)

- Vận tốc của sóng

j - Cƣờng độ chuyển pha

l - Nhiệt độ hoá hơi của nƣớc

n - Số lƣợng bọt

p - áp suất của hỗn hợp

pe - Cƣờng độ của sóng xung kích ban đầu

q - Dòng nhiệt

R - Bán kính bọt

T - Nhiệt độ của hỗn hợp

t - Thời gian

v, v

(i)

- Vận tốc của hỗn hợp

w1 - Vận tốc hƣớng kính của chất lỏng chuyển động xung quanh bọt

w1 - Vận tốc màng bọt

Xi - Phần khối lƣợng của pha i

 - Phần thể tích của pha trong hỗn hợp

 - Hệ số sức căng bề mặt

 - Toạ độ Lagrange

1, 2 - Hệ số điều chỉnh của hỗn hợp

1 - Hệ số nhớt động lực của chất lỏng

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CTM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-7 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3. 1: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi



pmax = 2

Hình 3.2: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi



pmax = 2.5.

Hình 3.3: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi R0 = 0.001m

Hình 3.4: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi R0=0.0012m.

Hình 3.5: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi

 20

= 5%

Hình 3.6: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi

 20

= 7%.

Hình 3. 7: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của freon21 khi



pmax = 2

Hình 3.8: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của Freon 21khi



pmax = 2 .5

Hình 3.9: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của Freon21 khi R0 = 0.001m.

Hình 3.10: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của Freon21 khi R0 = 0.0012m.

Hình 3.11: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của freon21 khi

 20

= 5%.

Hình 3.12: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi xung

áp suất lan truyền trong hỗn hợp của Freon 21khi

 20

= 7%.

Hình 3.13: Sự giảm nhiệt độ dọc theo ống xung kích khi xung áp suất lan truyền

trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nƣớc, dầu thô, Freon 21 và Nitơ lỏng ứng với các

đƣờng cong 1-4.