M CL C Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận c a cán hướng dẫn Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii C m t iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách hình ix Danh sách b ng xii Chương Tổng quan 1.1 Tổng quan tình hình nghiên c u thuộc lĩnh vực c a đề tài nước 1.2 Tính cấp thiết c a đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài, đối tượng nghiên c u 1.4 Nhiệm vụ nghiên c u giới h n c a đề tài 1.5 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên c u 1.6 Kế ho ch thực Chương 10 Vật liệu biến đổi pha kết cấu c a mái xe ô tô 10 2.1 Giới thiệu chung vật liệu biến đổi pha (PCM) 10 2.2 Cơ sở lý thuyết chọn PCM đ lưu nhiệt 12 2.3 Phương trình truyền nhiệt c a PCM 19 2.4 Kết cấu lớp mái xe ô tô 20 Chương ……………………………………………………………………….… 25 Phương pháp thiết bị thí nghiệm 25 vi 3.1 Trang thiết bị thí nghiệm 25 3.2 Chuẩn bị mô hình mô thí nghiệm 27 3.3 Phần mềm mô 29 3.4 Phương pháp thí nghiệm 29 3.5 Mô hình toán học 31 3.6 Xác định lượng Paraffin cần sử dụng 36 Chương 38 Mô thí nghiệm trình lưu giữ nhiệt c a kết cấu mái xe 38 4.1 Giới thiệu 38 4.2 Mô trình lưu giữ nhiệt ng với kết cấu khác c a mái xe 39 4.3 Kết qu thực nghiệm 46 4.4 So sánh kết qu mô thực nghiệm 50 Chương 56 Kết luận hướng phát tri n 56 5.1 Kết luận 56 5.2 Hướng phát tri n 56 Tài liệu tham kh o 57 vii DANH M C CHỮ VIẾT TẮT PCM : Phase Change Material ADAM: Advantech ADAM PDE: Partial Differential Equations CAD: Computer Aided Design viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: PCM - ng dụng y tế Hình 1.2: PCM - ng dụng sưởi ấm Hình 1.3: PCM - ng dụng làm mát Hình 1.4: PCM - ng dụng làm mát áo Hình 2.1: Chu trình làm việc c a PCM 11 Hình 2.2: Sơ đồ phân lo i PCM 12 Hình 2.3: Hình nh sáp Parafin C22H46 17 Hình 2.4: Đóng gói PCM Polymer 18 Hình 2.5: Đóng gói PCM vỏ bọc thép 18 Hình 2.6: Đóng gói PCM ống kim lo i 18 Hình 2.7: Dán kính (phim) cách nhiệt miếng dính ph n quang 20 Hình 2.8: Hình nh kết cấu c a mái xe thông thường 22 Hình 2.9: Kết cấu c a mái xe thông thường 23 Hình 2.10: Hình nh kết cấu c a mái xe 23 Hình 2.11: Cấu trúc hình vuông 24 Hình 2.12: Cấu trúc hình tròn 24 Hình 2.13: Kết cấu c a mái xe 24 Hình 3.1: Cặp nhiệt điện 26 Hình 3.2: Đèn halogen 26 Hình 3.3: Bộ chuy n đổi tín hiệu 26 Hình 3.4: Sơ đồ thiết lập thí nghiệm 26 Hình 3.5: Minh họa mô hình bình thường 27 Hình 3.6: Minh họa mô hình th 27 Hình 3.7: Minh họa mô hình th hai 28 Hình 3.8: Mô hình thí nghiệm có/ PCM 28 Hình 3.9: Hệ thống thí nghiệm với mô hình bình thường 30 ix Hình 3.10: Hệ thống thí nghiệm với mô hình có lớp PCM 31 Hình 4.1: Mật độ thông lượng nhiệt c a mô hình mô 40 Hình 4.2: Mô hình chia lưới mái xe thông thường 41 Hình 4.3: Mô hình chia lưới kết cấu 41 Hình 4.4: Mô hình chia lưới kết cấu 42 Hình 4.5: Phân bố nhiệt độ lớp mái xe thông thường 43 Hình 4.6: Phân bố nhiệt lượng lớp mái xe thông thường 43 Hình 4.7: Phân bố nhiệt độ c a lớp mái xe kết cấu 44 Hình 4.8: Phân bố nhiệt lượng c a lớp mái xe kết cấu 44 Hình 4.9: Phân bố nhiệt độ c a lớp mái xe kết cấu 45 Hình 4.10: Phân bố nhiệt lượng c a lớp mái xe kết cấu 45 Hình 4.11: Mô hình thí nghiệm kết cấu mái xe có / PCM 47 Hình 4.12: Giao diện đo nhiệt độ ………………………………………………….47 Hình 4.13: Bi u đồ đáp ng nhiệt độ c a mô hình có / PCM (không có gió bên ngoài)……………………………………………………… ….48 Hình 4.14: Đáp ng nhiệt độ c a mô hình có / PCM ( có gió bên ngoài)………………………… ………………………….……….… 50 x DANH SÁCH CÁC B NG HÌNH TRANG B ng 1.1 Kế ho ch thực luận văn ……………………………………… …….9 B ng 2.1 Số liệu số vật liệu chuy n pha 15 B ng 2.2 Đặc tính lý nhiệt c a Parafin C22H46 ……17 B ng 2.3 Hấp thụ c a màu sơn ………………………………………… ……21 B ng 4.1 Thông số vật liệu dùng mô hình 39 B ng 4.2 Tổng hợp nhiệt độ …………………………………… ……………46 B ng 4.3: Trích kho ng thời gian thí nghiệm…………………………… ……49 B ng 4.4: So sánh kết qu thí nghiệm ……………………………… …………….52 B ng 4.5: nh hưởng c a nhiệt độ môi trường xung quanh ………………… … 53 B ng 4.6: nh hưởng cu tốc độ gió ……………………………… …………….54 B ng 4.7: nh hưởng cu nhiệt độ nóng ch y ………………… ……………… 54 B ng 4.8: nh hưởng nhiệt ẩn c a PCM …………………… ……………… 55 xi Ch ng T NG QUAN 1.1 T ng quan tình hình nghiên cứu thu c lĩnh vực c a đ tài n c 1.1.1 Tình hình nghiên c u nước Năng lượng nguồn sống c a tất c ho t động c a người trái đất Nhưng gia tăng liên tục m c độ phát th i khí nhà kính h n chế nguồn tài nguyên nhiên liệu liên quan đến vấn đề tăng giá nhiên liệu động lực đ sử dụng hiệu qu nguồn lượng tái t o Trên giới đư có nhiều báo công bố kết qu việc sử dụng vật liệu biến đổi pha (vật liệu chuy n pha) t o kết cấu ưu việt đ lưu trữ lượng mặt trời cho mục đích sưởi ấm làm mát không gian sống nhằm tiết kiệm nhiên liệu b o vệ môi trường Vật liệu biến đổi pha (Phase Change Material) đư nghiên c u gần 40 năm đư ch ng minh gi i pháp hữu ích số lĩnh vực nghiên c u, ng dụng lưu trữ lượng nhiệt với thành công lớn như: thiết bị điện l nh, pin mặt trời, hệ thống sàn b c x , sưởi ấm làm mát công trình xây dựng [1 Vật liệu biến đổi pha phong phú đa d ng Đ phù hợp với ng dụng định, vật liệu biến đổi pha lựa chọn sở nhiệt độ nóng ch y (chuy n pha) c a vật liệu, dung lượng ẩn nhiệt chuy n pha c a vật liệu điều kiện làm việc, điều kiện thời tiết c a khu vực Khi nhiệt độ môi trường tăng lên vật liệu hấp thụ nhiệt lưu trữ nhiệt thời gian định mà nhiệt độ bên gi m xuống l i phát nhiệt đ trở tr ng thái ban đầu [2 Những vật liệu tan ch y nhiệt độ 15°C sử dụng cho việc lưu trữ l nh ng dụng điều hòa không khí, vật liệu tan ch y 90°C sử dụng đ hấp thụ l nh Vật liệu biến đổi pha ng dụng nhiều lĩnh vực đ b o qu n thực phẩm, đồ uống, s n phẩm sữa… ng dụng ngành y tế đ vận chuy n máu, vacxin phương pháp điều trị nóng l nh [3 … Hình 1.1: PCM - ng dụng y tế Tất c vật liệu tan ch y nhiệt độ từ 15°C đến 90°C áp dụng ng dụng sưởi ấm làm mát lượng mặt trời Các nhà nghiên c u t i Ningpo, Đ i học Nottingham Trung Quốc, đư chế t o vật liệu biến đổi pha điều ch nh nhiệt có th cắt gi m chi phí cho trình sưởi ấm làm mát cho tòa nhà điều kiện thời tiết khắc nghiệt Hình 1.2: PCM - ng dụng sưởi ấm Hình 1.3: PCM - ng dụng làm mát Lo i vật liệu có kh lưu giữ nhiều lượng mà l i ph n ng với nhiệt nhanh vật liệu thông thường s n xuất với giá thành thấp Cấu trúc b n c a vật liệu điều ch nh m c nhiệt độ cụ th trước vật liệu sử dụng Nhóm nghiên c u đ ng đầu GS Jo Darkwa, Giám đốc Trung tâm công nghệ lượng bền vững nghiên c u chế t o vật liệu dùng cho ng dụng sưởi ấm làm mát Hình 1.4: PCM - ng dụng làm mát áo Nhiều nhà khoa học tổ ch c quốc tế đầu tư vào nghiên c u, phát tri n ng dụng PCM lưu trữ lượng Đặc biệt kết qu c a công trình Phase Change Materials Based On Polyethylene, Paraffin Wax and Wood Flour c a Mfiso Emmanuel Mngomezulu (B.Sc Hons.) t i Univerrity of the Free State (WAQWA CAMPUS) đư t o đà cho ng dụng c a PCM xây dựng, lưu trữ lượng Các kết qu c a nhóm tác gi khẳng định tính ưu việt c a PCM mà giới hướng tới xu phát tri n lượng bền vững đ gi m thi u hiệu ng nhà kính gi m thi u việc sử dụng nhiên liệu truyền thống dần bị c n kiệt Trên giới vật liệu biến đổi pha đư nghiên c u, phát tri n ng dụng nhiều lĩnh vực c a xã hội nhằm nâng cao chất lượng sống hướng tới phát tri n bền vững lượng xanh s ch 1.1.2 Tình hình nghiên c u nước Việt Nam, vật liệu biến đổi pha đư sớm Bộ khoa học công nghệ giới thiệu qua Hội th o “ lượng môi trường ” với chuyên gia, kỹ thuật viên nhà qu n lý đư tham dự Bộ khoa học công nghệ đơn vị đầu việc nghiên c u, ng dụng vật liệu đư nghiên c u, so sánh kh lưu trữ lượng nhiệt đ làm mát sưởi ấm xây dựng, y tế, nông nghiệp, th y s n… - Sau năm nghiên c u, thử nghiệm t i Hà Nội tri n khai thử nghiệm t i số địa phương khan nước ven bi n c a t nh Bến Tre Thừa Thiên Huế, đến tháng năm 2007 nhóm tác gi t i Viện Hoá học đư ng dụng thành công vật liệu chuy n pha trữ nhiệt vào công nghệ chưng cất nước từ nước bi n lượng mặt trời, đ t 6-8 lít/m2/ngày, hiệu qu gấp đôi so với công nghệ truyền thống Công nghệ chưng cất nước từ nước bi n lượng mặt trời công nghệ tích trữ nhiệt vật liệu chuy n pha đ ng riêng lẻ không Nhưng vấn đề kết hợp công nghệ với ý tưởng hoàn toàn Sự kết hợp cho phép tận thu nhiệt lượng dư thừa trời nắng to đ sau tái sử dụng (phóng nhiệt) vật liệu chuy n pha trữ nhiệt đ m nhiệm Nhờ vậy, khác với Hình 4.9, hình 4.10: Kết qu nhiệt độ nhiệt lượng c a lớp PCM kết cấu Hình 4.9: Phân bố nhiệt độ c a lớp mái xe kết cấu Hình 4.10: Phân bố nhiệt lượng c a lớp mái xe kết cấu 45 Thông qua trình mô kết qu nhiệt độ tổng quát b ng 4.2 Màu sắc PCM T1max( 0C) T2max( 0C) Xám Không 111,77 80,30 Xám Có 108,36 65,25 Xám Có 109,68 67,69 Như qua kết qu mô chọn mô hình số đ tiến hành thí nghiệm 4.3 K t qu thí nghi m Mục tiêu c a thí nghiệm đo nhiệt độ t i m mô hình nhằm ki m tra độ xác c a kết qu mô 4.3.1 Quy trình thí nghiệm Quá trình thí nghiệm thực phòng kín nhiệt độ không khí xung quanh giữ 250C Bật đèn halogen đ đ t đến cường độ b c x 950W/m2 chiếu sáng liên tục giờ, sau tắt đèn cho trình làm mát 46 Đèn Lớp mái Phòng kín Hình 4.11: Mô hình thí nghiệm kết cấu mái xe có / PCM Kết qu thí nghiệm hi n thị hình máy tính với giao diện đo nhiệt độ qua c m biến chuy n đổi tín hiệu hình 4.12 Hình Giao diện đo nhiệt độ Hình 4.12: Giao diện đo nhiệt độ 47 4.3.1 Kết qu thí nghiệm Kết qu thí nghiệm đo thời gian tám đư ghi l i đ phân tích mô hình c a mái xe nghiên c u Các thông tin liệu thí nghiệm bao gồm: + Kho ng thời gian k từ nhiệt độ bắt đầu tăng lên vài giây, giai đo n 20 giây + Nhiệt độ t c thời tất c m thực nghiệm vào cuối giai đo n Hình 4.13 bi u đồ so sánh cho thấy thay đổi c a nhiệt độ theo thời gian cho mô hình có PCM kết cấu lớp mái xe, mặt không khí cabin xe, tương ng điều kiện gió bên (hình nh xe đậu trời nắng) 120 80 60 40 20 8:00 7:30 7:00 6:30 6:00 5:30 5:00 4:30 4:00 3:30 3:00 2:30 2:00 1:30 1:00 0:30 0:00 Temperature (oC) 100 Time (hours) Hình 4.13: Biểu đồ đáp ng nhiệt độ c a mô hình có / PCM (không có gió bên ngoài) 48 B ng 4.3 trích kho ng thời gian thí nghiệm đ thấy rõ giá trị biến thiên c a nhiệt độ theo thời gian với mô hình có/ PCM (bên gió) B ng 4.3: Trích khoảng thời gian thí nghiệm 49 Khi xe lưu thông, luôn có gió với vận tốc đấy, nghiên c u ta xét gió thổi theo phương ngang bề mặt mái xe tương tự hình nh xe chuy n động đường (chẳng h n sử dụng qu t gió với vận tốc 5m/s) Các nh hưởng bên ngày bầu trời có nắng gió nhẹ (vận tốc gió trung bình kho ng 5m/s vận tốc xe di chuy n 20km/giờ) th bi u đồ đáp ng nhiệt độ c a mô hình hình 4.13 80 70 Temperature (oC) 60 50 40 30 20 10 8:00 7:30 7:00 6:30 6:00 5:30 5:00 4:30 4:00 3:30 3:00 2:30 2:00 1:30 1:00 0:30 0:00 Time (hours) Hình 4.14: Đáp ng nhiệt độ c a mô hình có / PCM ( có gió bên ngoài) Như qua quan sát kết qu thí nghiệm ta thấy xe trình lưu thông có gió thổi nh hưởng đến trình b c x nhiệt không ch c a lớp mái xe mà c a c xe 4.4 So sánh k t qu mô ph ng thực nghi m Trong phần này, với kết cấu số mô hình thí nghiệm chế t o bước thí nghiệm thực tế tiến hành hình 4.11 50 Trong thí nghiệm, nhiệt độ không khí xung quanh giữ 25 0C, đèn bật lên liên tục tắt cho giai đo n làm mát Trong đó: Ta nhiệt độ môi trường xung quanh T1 nhiệt độ c a bề mặt c a lợp T2 nhiệt độ c a bề mặt c a lợp Ti nhiệt độ không khí trung bình bên không gian cabin Các giá trị nhiệt độ thí nghiệm cao so với giá trị người ta có th tìm thấy điều kiện thực tế thời tiết trời Bởi thí nghiệm đư tiến hành mà gió bên b c x mặt trời mô 950W/m2 (tương đương với b c x mặt trời c a ngày bầu trời có nắng) Kết qu ch phần nhỏ c a nhiệt hấp thụ lớp mái xe phát trở l i bầu không khí bên đối lưu tự nhiên b c x tự nhiên phần lớn nhiệt chuy n vào cabin qua lớp mái Đây điều kiện thời tiết cần thiết đ tốc độ truyền nhiệt qua lớp mái vào cabin tốt Rõ ràng, thiết kế lớp mái có th làm việc tốt điều kiện vậy, gi i pháp tuyệt vời điều kiện thời tiết bình thường mà thật d chịu Bên c nh đó, điều kiện thí nghiệm có th giúp gi m yếu tố bên can thiệp bất ngờ kết qu so sánh nhiệt ph n ng c a mô hình xác Kết qu thu từ thí nghiệm (Hình 4.11) cho thấy giá trị nhiệt độ t i m đo mô hình lớp mái thông thường cao so với mô hình có ch a PCM Điều ch ng tỏ việc bổ sung lớp PCM thực làm tăng tổng lượng nhiệt c a lớp mái Hơn nữa, tăng tổng lượng nhiệt không ph i giá trị không đổi mà d ng phi tuyến tính thay đổi pha c a PCM Trong trình PCM nóng ch y, dòng nhiệt hấp thụ hoàn toàn ch có lượng nhiệt nhỏ xâm nhập vào không gian cabin với nhiệt độ nhỏ nhiệt độ nóng ch y c a PCM Quá trình nóng ch y c a PCM đư kéo dài đáng k bên có gió thổi bề mặt lớp mái (hình 4.14) với tốc độ gió 5m/s (Điều kiện có th x y với thời tiết có gió nhẹ xe ch y tốc độ thấp) Bởi nhiệt đối lưu tăng nhiều dòng nhiệt gi m xuống nhỏ so với điều kiện 51 thí nghiệm gió bên Do đó, kh hấp thụ c a lượng PCM có th kéo dài lâu Điều ch ng minh từ giá trị c a nhiệt độ không khí không gian kín hình 4.13 Kết qu cung cấp đề nghị thiết kế c a lớp mái xe có thêm PCM ph i dựa điều kiện thời tiết t i khu vực cụ th Khi lượng PCM sử dụng bên có gió thổi Như vậy, rõ ràng PCM đư giúp làm gi m lưu lượng nhiệt vào cabin giai đo n hấp thụ nhiệt c b c x lượng mặt trời lớp mái xe Điều quan sát thấy từ kho ng thời gian làm mát c hai hình 4.13 Hình 4.14 Phía c a lớp mái nhiệt nhanh chóng gi m b c x lượng mặt trời đư tắt, nhiệt lưu trữ bên PCM truyền tăng trở l i Hiệu qu làm mát theo hướng ưa chuộng nhờ vào đối lưu cưỡng b c gió bên (nếu có) (Hình 4.14) Vì lý này, tổng nhiệt vào cabin suốt thời gian qua lớp mái xe có ch a PCM nhiều so với lớp mái xe bình thường Kết qu thí nghiệm c a mô hình màu xám tóm tắt B ng 4.4 Các giá trị nhiệt độ b ng xuất phát sau chiếu sáng Tỷ lệ tiết kiệm lượng cao cho mô hình Điều ch ng tỏ việc thiết kế kết cấu lớp mái thực có th giúp gi m đáng k m c tiêu thụ nhiên liệu cho mục đích điều hòa không khí không gian cabin B ng 4.4: So sánh kết qu thí nghiệm Màu sắc Gió bên PCM T1( 0C) T2( 0C) Ti( 0C) Xám Không Không 106,2 74,9 54 Xám Không Có 108,7 60,6 44,5 Xám Có Không 75,1 45,9 38,6 Xám Có Có 73,3 32,9 30,8 52 (%) 40,04 40,06 4.4 K t qu tính toán phân tích Căn c vào phương trình giá trị thu phần 3, mô mô hình đư thực phần mềm ANSYS 4.4.1 nh hưởng c a nhiệt độ môi trường xung quanh Khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên, nhiệt thoát từ mái xe bầu không khí xung quanh Theo đó, dòng nhiệt xuống vào không gian cabin trở nên m nh Bên c nh đó, nhiệt độ môi trường xung quanh cao nhiệt nóng ch y c a PCM, không khí xung quanh đóng góp nhiệt vào cabin suốt thời gian làm mát Trong trường hợp này, s c nóng lưu trữ PCM không th phát trở l i với không khí bên Vì lý này, nhiệt độ nóng ch y c a PCM nên lựa chọn tùy thuộc vào nhiệt độ thời tiết c a vùng / miền B ng 4.5 cho thấy biến động c a tỷ lệ tiết kiệm lượng theo thay đổi c a nhiệt độ môi trường xung quanh Các mô tính toán với PCM gió bên tất c thông số nhiệt khác giữ nguyên B ng 4.5: nh hưởng c a nhiệt độ môi trường xung quanh Màu sắc Gió bên PCM Nhiệt độ môi trường (0C) (%) Xám Không Có 25* 40,03 Xám Không Có 35 38,13 Xám Không Có 45 32,04 ( * điều kiện thí nghiệm) 4.4.2 nh hưởng c a gió bên Gió bên đóng góp tích cực cho hiệu suất nhiệt c a thiết kế (B ng 4.6) Đó bên có gió thổi, đối lưu cưỡng b c di n m nh bề mặt c a lớp mái Điều dẫn đến dòng ch y thấp nhiều làm gi m nhiệt thời gian gia nhiệt nhiệt nhiều từ mái xe trình làm mát không khí môi trường xung quanh Theo đó, không gian bên cabin 53 nhận nhiệt toàn chu kỳ làm mát, có th tiết kiệm lượng cao Các mô tính toán với PCM với vận tốc gió bên khác tất c thông số nhiệt khác giữ nguyên B ng 4.6: nh hưởng cu tốc độ gió Vận tốc Vận tốc (m/s) (km/h) Có 5* 18 40,06 Có Có 10 36 70,71 Có Có 15 54 88,90 Màu sắc Gió bên PCM Xám Có Xám Xám (%) ( * điều kiện thí nghiệm) 4.4.3 nh hưởng c a nhiệt độ nóng ch y c a PCM Đ ước tính tác động c a nhiệt độ nóng ch y c a PCM hiệu suất nhiệt c a kết cấu mới, ba giá trị nhiệt độ nóng ch y khác đư gi định cho PCM sử dụng, 300C, 390C 500C tương ng Các mô tính với gi định gió bên tất c thông số nhiệt khác giữ nguyên Kết qu (B ng 4.7) cho thấy nhiệt độ nóng ch y thấp , trình nóng ch y ngắn B ng 4.7: nh hưởng cu nhiệt độ nóng ch y Màu sắc Gió bên Nhiệt độ nóng Đi m nóng ch y ch y (C0) (C0) PCM (%) Xám Không Có 30 31 46,56 Xám Không Có 39* 40 40,03 Xám Không Có 50 47 32,04 ( * điều kiện thí nghiệm) 54 4.4.4 nh hưởng c a nhiệt dung tiềm ẩn c a PCM B ng 4.8 cho thấy tác dụng c a nhiệt dung tiềm ẩn c a PCM sử dụng Rõ ràng cao giá trị c a suất nhiệt ẩn c a PCM, s c nóng có th bị ngăn c n kho ng thời gian nóng ch y dài Kết qu thiết kế có PCM mô hình lớp mái xe đ trì thời gian tan ch y nhiều cho điều kiện thời tiết Bên c nh đó, kh tiết kiệm lượng cao trường hợp nhiệt ẩn c a PCM cao Các mô tính toán với gi định gió bên tất c thông số nhiệt khác giữ với PCM B ng 4.8: nh hưởng nhiệt ẩn c a PCM Nhiệt ẩn Thời gian (kJ/kg) nóng ch y Có 60 23 21.13 Không Có 88* 40 40.03 Không Có 120 66 62.04 Màu sắc Gió bên PCM Xám Không Xám Xám (%) ( * điều kiện thí nghiệm) Kết qu thu trình mô thí nghiệm nh hưởng nhiều yếu tố, yếu tố b n: nh hưởng nhiệt dung tiềm ẩn c a PCM, nh hưởng nhiệt độ nóng ch y, nh hưởng cùa gió, nh hưởng c a nhiệt độ môi trường xung quanh đư thực cho thấy hiệu qu thực mà vật liệu chuy n pha mang l i kết cấu c a mái xe 55 Chương KẾT LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 5.1 K t lu n Thông qua nghiên c u này, thông số đặc m c a trình lưu giữ nhiệt c a lớp vật liệu biến đổi pha xem xét phân tích Với phương pháp mô thực nghiệm ki m ch ng, kết qu sau rút ra: - Phương pháp mô phương pháp thí nghiệm cho thấy mô hình có lớp PCM nhiệt độ cabin thấp hẳn so với mô hình bình thường - Các kết qu cho thấy phương pháp mô có th dự đoán tương đối kh lưu giữ nhiệt c a lớp vật liệu biến đổi pha kết cấu c a mái xe Như c hai kết qu thí nghiệm mô thông số đư ch thiết kế có hiệu suất nhiệt tốt so với kết cấu mái bình thường c a xe có sẵn Trong điều kiện thí nghiệm đư đề cập, thiết kế có th giúp gi m lên đến kho ng 40% lượng cần thiết đ làm mát nhiệt xuống từ lớp mái vào cabin Tỷ lệ tiết kiệm có th cao nhiều trường hợp bên có gió tự nhiên xe di chuy n sử dụng Đề tài cho thấy yếu tố việc lựa chọn lo i PCM phù hợp thiết kế theo điều kiện thời tiết như: nhiệt độ môi trường xung quanh, nhiệt độ nóng ch y nhiệt dung ẩn Đây thiết kế đầy h a hẹn có th s n xuất hàng lo t kết cấu đơn gi n giá c hợp lý 5.2 H ng phát tri n c a đ tài - Tính toán xác trình truyền nhiệt lưu nhiệt c a Paraffin thiết bị ch a PCM với d ng khác (ống ngắn đ ng, cấu trúc tổ ong…) - Tính toán xác so sánh phương pháp nâng cao hệ số truyền nhiệt c a PCM trình lưu giữ nhiệt 56 TÀI LI U THAM KH O [1] H Suehrcke, E.L Peterson and N Selby, sudbmitted to Journal of Energy and Buildings (2008) [2] Information on http://www.solarelectricalvehicles.com/ [3] Information on http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_vehicle [4] Information on http://www.thinksolarenergy.net/121/solar-power-in-cars/solarenergy-solarsystem/ [5] J Han, L Lu and H.X Yang, submitted to Journal of Applied Thermal Engineering (2009) [6] A Sharma, V.V Tyagi, C.R Chen and D Buddhi, submitted to Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews (2009) [7] B Frank: Phase change material for space heating and cooling, Sustainable Energy Center: University of South Australia (2002) [8] A Athienities and Y Chen, submitted to Journal of Solar Energy (2000) [9] K.P Lin, Y.P Zhang, X Xu, H.F Di, R Yang and P.H Qin, submitted to Journal of Buildings and Environment (2004) [10] K Nagano, T Mochida, K Iwata, H Hiroyoshi, R Domanski and M Rebow, in: Benner M, Hahne EWP, editors, 8th International Conference on Thermal Energy Storage (2000) [11] Information on http://www.engineersedge.com/properties_of_metals.htm [12] David E Stier, U.S Patent number: 6286754 (2001) [13] G.N Tiwari, in: Solar Energy - Fundamentals, Model, Modelling and Applications, Narosa Publishing House, Inida (2002) [14] N Ito, K Kimura and J Oka: ASHRAE Transactions (1972) 57 [15) H.P Garg, in: Treatise on solar energy, Fundamentals of Solar Energy, Vol 1., Chapter 3, Chichester: Wiley Publisher (1982) [16] C Chen, H.F Guo, Y.N Liu, H.L Yue and C.D Wang: submitted to Journal of Energy and Buildings (2008) 58 S K L 0 [...]... pha vào kết cấu mái xe đ chống nóng không quá ph c t p nhưng đem l i hiệu qu thiết thực đồng thời gi m chi phí cho vấn đề sử dụng nhiên liệu đ làm mát 1.3 M c tiêu đ tƠi, đối t ng nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu đề tài Nghiên c u kh năng lưu giữ nhiệt c a chất biến đổi pha (PCM) đ giữ nhiệt với kết cấu mới c a mái xe ô tô có lớp vật liệu biến đổi pha nhằm ngăn dòng nhiệt không mong muốn khi nhiệt độ môi trường... hiệu qu tiềm năng c a vật liệu Qua thời gian kh o sát thông tin từ những t p chí và các trang thông tin (http://tiasang.com.vn) nhưng vẫn chưa tìm thấy thông tin viết về vấn đề mà chúng tôi đang nghiên c u Vì vậy, có th nói chúng tôi là một trong những nhóm tiên phong trong việc nghiên c u về kết cấu mới cho mái xe ô tô có sử dụng vật liệu biến đổi pha nhẳm mục đích ngăn dòng nhiệt xâm nhập vào không. .. phần mềm thiết kế chuyên dụng như: Inventor, Creo1.0, Catia,…đ thiết kế và mô phỏng toàn bộ các mô hình xe ô tô với kết cấu mới c a mái xe Thông qua các bước mô phỏng các thông số c a quá trình lưu giữ nhiệt sẽ được phân tích như: quá trình truyền nhiệt trong các mô hình kết cấu mới, kết qu lưu giữ nhiệt lượng c a PCM Mô phỏng 2 thiết kế mới bằng phần mềm ANSYS nhằm ki m tra sự truyền nhiệt và hiệu qu... dụng kết cấu mới c a mái xe đ nâng cao hiệu qu ngăn dòng nhiệt vào không gian cabin đ tiết kiệm nhiên liệu cho hệ thống làm mát 3.1 Trang thi t b thí nghi m Hệ thống mô phỏng b c x năng lượng mặt trời được xây dựng bởi thí nghiệm b c x điện liên tục vào bề mặt mái xe Bao gồm: + Cặp nhiệt điện (thermocouple) (Hình 3.1) + Đèn halogen công suất điện 500W / 110V (Hình 3.2) + Bộ chuy n đổi tín hiệu ADAM... tăng cao Kết cấu mới này rất phù hợp với điều kiện thời tiết ở Việt Nam, đặc biệt là ở khu vực miền Nam với d i nhiệt độ trong kho ng 250 – 400C 1.3.2 Đối tượng nghiên c u Mô hình kết cấu mới c a mái xe ô tô bao gồm: - Lớp mái bằng thép - Lớp cách nhiệt - Lớp vật liệu biến đổi pha (PCM) - Lớp v i len Phương pháp mô phỏng các mô hình với kết cấu mới c a lớp mái xe nhằm dự đoán kết qu lưu giữ và ngăn dòng. .. 2.4.1 K t c u mái xe thông th ờng Kết cấu lớp mái xe thông thường c a một chiếc xe hiện đ i bao gồm: + Lớp mái bằng thép + Lớp cách điện + Lớp giấy carton + Lớp v i len Mô hình mái xe hiện đ i trong thiết kế được th hiện dưới d ng mặt cắt như minh họa trong hình 2.8 Lớp mái bằng thép Lớp cách điện Lớp giấy carton Lớp v i len Hình 2.8: Hình ảnh kết cấu c a mái xe thông thường 21 Kết cấu lớp mái xe Nissan... Nissan hiện đ i được sử dụng đ thí mô phỏng th hiện như hình 2.9 Hình 2.9: Kết cấu c a mái xe thông thường Đây cũng là kết cấu thông dụng mà hầu hết các xe trên thị trường đang sử dụng 2.2.2 K t c u m i c a mái xe Khi nhiệt độ bên trong cabin cao hơn nhiệt độ ngoài trời, người sử dụng có th mở cửa sổ đ thông gió cho không khí đ gi i phóng nhiệt Tuy nhiên, điều này không thuận tiện nếu trời mưa hoặc bên... trường khi nhiệt độ gi m, đặc biệt là kh năng ngăn chặn dòng nhiệt đi vào không gian sinh ho t c a con người Tác dụng cách nhiệt được thực hiện bởi một sự thay đổi về kết cấu mái xe trong đó có một lượng PCM với nhiệt độ nóng ch y trong ph m vi nhiệt độ mong muốn, một bề mặt trao đổi nhiệt thích hợp, và một kết cấu ch a PCM tương thích [7 Do đó ph i xác định đi m nóng ch y cụ th c a PCM đ 13 thiết kế... toàn đặc biệt là khi lái xe với tốc độ cao Thông thường, điều hòa không khí được sử dụng đ làm mát không gian cabin trong khi dòng nhiệt từ các lớp mái vẫn tiếp tục truyền xuống Nếu tổng kháng nhiệt c a mái xe được c i thiện thì năng lượng được dành cho mục đích làm mát sẽ ít hơn Vì vậy một lớp vật liệu chuy n pha được đưa vào giữa lớp cách điện và thay thế lớp giấy carton Lớp mái bằng thép Lớp cách... qu c a mỗi thiết kế đ lựa chọn thiết kế phù hợp 3.4 Ph ng pháp thí nghi m Trong nghiên c u này, thông qua quá trình mô phỏng so sánh kh năng lưu giữ nhiệt lượng c a cấu trúc mái xe với các kết cấu khác nhau, thiết kế thích hợp nhất c a lớp mái xe sẽ được ghi nhận Bước đầu tiên, bằng phương pháp mô phỏng, nhiệt lượng được lưu giữ c a 2 mô hình kết cấu mới sẽ được so sánh nhằm tìm ra kết cấu tốt hơn