Tối thiểu hóa sự phát sinh entropy của collector không khí có tấm hướng dòng

Hội nghị Khoa học trẻ lần 3 năm 2021 (YSC2021) – IUH

Ngày 05-06/8/2021 ISBN: 978-604-920-123-3

© 2021 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 25

ID: YSC3F.203

TỐI THIỂU HÓA SỰ PHÁT SINH ENTROPY CỦA COLLECTOR KHÔNG KHÍ

CÓ TẤM HƯỚNG DÒNG

PHẠM BÁ THẢO 1

, ĐƯỜNG CÔNG TRUYỀN 1

, NGUYỄN MINH PHÚ 1*

1 Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

*

[email protected]

Tóm tắt. Trong bài báo này, một collector không khí có cánh hướng dòng đặt ở tấm đáy được phân tích

phát sinh entropy. Phát sinh entropy là một đánh giá về khía cạnh định luật nhiệt động thứ hai nhằm giảm

tính không thuận nghịch trong một hệ thống năng lượng. Các thông số hình học của collector được cố định,

trong khi số Reynolds (Re) thay đổi để tìm cực tiểu phát sinh entropy. Phân tích động lực học lưu chất tính

toán (CFD) được sử dụng để chỉ ra các phát sinh entropy cục bộ trong ống collector không khí. Kết quả chỉ

ra rằng khi tăng số Re làm giảm phát sinh entropy do truyền nhiệt và tăng phát sinh entropy do ma sát. Do

đó tổng phát sinh đạt cực tiểu tại Re = 15000. Từ số Re này, người thiết kế và vận hành collector kh1.ông

khí tính lưu lượng gió thích hợp để đạt cựu tiểu phát sinh entropy. Phát sinh entropy do truyền nhiệt chủ

yếu là do biến thiên lớn của nhiệt độ sát bề mặt hấp thụ. Phát sinh entropy do ma sát chủ yếu là do biến

thiên lớn của thành phần vận tốc ngang quanh đỉnh của tấm hướng. Số phát sinh entropy của collector được

khảo sát đạt được trong khoảng 1.5 đến 2.2.

Từ khóa. Collector không khí, Động lực học lưu chất tính toán (CFD), Phát sinh entropy, Số Bejan.

ENTROPY GENERATION MINIMIZATION OF AN AIR COLLECTOR

WITH GUIDE BAFFLES

Abstract. In this paper, an air collector with guide baffles located on the back plate is analyzed for entropy

generation. Entropy generation is an evaluation of the second law thermodynamics standpoint of reducing

irreversibility in an energy system. The collector geometry parameters are fixed, while the Reynolds

number (Re) changes to find the minimum entropy generation. Computational fluid dynamics (CFD)

analysis was used to show the local entropy generation in the air collector duct. The results showed that

increasing the Re reduces the entropy generation due to heat transfer and increases the entropy generation

due to friction. Therefore, the total generation reaches the minimum at Re = 15000. The entropy generation

due to heat transfer is mainly due to the large variation of the temperature close to the absorption surface.

The entropy generation due to friction is mainly due to the large variation in the horizontal velocity

component around the top of the guide baffle. The entropy generation number of the collector is determined

to be between 1.5 and 2.2.

Keywords. Air Collector, Computational fluid dynamics (CFD), Entropy generation, Bejan Number.

1 GIỚI THIỆU

Collector không khí (Solar Air Heater – SAH) được biết đến là thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời đơn

giản nhất. Nó được cấu tạo bởi các vật liệu địa phương và không cần quá trình gia công quá phức tạp. SAH

thường dùng trong các hệ thống sấy nông sản, sưởi ấm, hoặc các quá trình công nghiệp ở các nước có lượng

bức xạ lớn như Việt Nam. Các bộ phát xoáy (Vortex generator - VG) thường được đưa vào ống SAH để

tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức. Các VG có thể chia thành hai loại đó là các gân nhám trên bề

mặt hấp thụ và các tấm hướng dòng. Các gân nhám hình dạng khác nhau đã được chú ý lớn bởi các nhà

nghiên cứu vì chúng khử lớp biên tầng nhớt và tạo sự hòa trộn của các dòng sơ cấp và thứ cấp. Các hình

học nhám như tam giác, vuông, nêm, tròn, hoặc cầu có thể tìm thấy trong các công trình đã công bố [1].

Nhám sát bề mặt hấp thụ được nghiên cứu rất nhiều và đã chứng tỏ khả năng của nó trong nâng cao hiệu

quả nhiệt thủy lực ống collector không khí. Tuy nhiên các nhám này bộc lộ hai nhược điểm đó là nhiệt độ

ở xa bề mặt hấp thụ vẫn khá thấp so với lưu chất gần bề mặt hấp thụ (tức là chỉ xáo trộn không khí gần bề