Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn tóm tắt ngành kĩ thuật điện tử với đề tài: Nghiên cứu tính chất nhiệt của ống nhiệt mao dẫn, cho các bạn làm luận văn tham khảo

1. -1-
B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG
NGUY N THÀNH SƠN
NGHIÊN C U TÍNH CH T NHI T
C A NG NHI T MAO D N
Chuyên ngành : Công Ngh Nhi t
Mã s : 60.52.80
TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T
Đà N ng – Năm 2011

2. -2-
Công trình ñư c hoàn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG
Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. TR N VĂN VANG
Ph n bi n 1: ……………………………………
Ph n bi n 2: ……………………………………
Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t
nghi p Th c sĩ K thu t Đ i h c Đà N ng vào ngày …
tháng … năm 2011.
Có th tìm hi u lu n văn t i:
- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng.
- Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.

3. -3-
M Đ U
1. Lý do ch n ñ tài
ng nhi t là m t ph n t truy n nhi t ki u m i có kh năng
truy n nhi t ñi l n hơn nhi u l n so v i các ph n t truy n nhi t
thông thư ng. Trong các lo i ng nhi t thì hi n nay trên th gi i lo i
ng nhi t mao d n ñang ñư c nghiên c u và tri n khai ng d ng m t
cách m nh m , hi u qu trong nhi u lĩnh v c như: hàng không vũ
tr , ñi u hòa không khí, làm mát ñ ng cơ ôtô, làm mát trong ngành
ñi n-ñi n t , t n d ng năng lư ng m t tr i, nhi t th i c a các ngành
công nghi p hóa ch t, luy n kim, trong thi t b s y, trong các ngành
ch bi n th c ph m vv…
Tuy nhiên hi n nay Vi t Nam, m c dù trong s n xu t ñã có m t
s r t ít xí nghi p, nhà máy s d ng s n ph m ng d ng công ngh
ng nhi t mao d n ñư c nh p kh u t nư c ngoài. Nhưng vi c
nghiên c u v ng nhi t mao d n m i ch là nh ng bư c ñi ñ u tiên
t i các trư ng ñ i h c, nghiên c u v m t lý thuy t cũng như tri n
khai ng d ng c a ng nhi t mao d n còn ít. Đ ng trư c tình hình
t c ñ phát tri n c a các ngành công nghi p di n ra r t nhanh và nhu
c u v ti t ki m năng lư ng ngày càng ñư c chú tr ng thì vi c
nghiên c u v ng nhi t mao d n là h t s c c n thi t.
Chính vì v y, ñ góp ph n ph bi n ki n th c khoa h c và thúc
ñ y vi c nguyên c u v ng nhi t mao d n t i Vi t Nam, chúng tôi
ch n ñ tài: “Nghiên c u tính ch t nhi t c a ng nhi t mao d n”.
2. M c tiêu nghiên c u
Nghiên c u phương pháp tính toán thi t k thi t b trao ñ i nhi t
làm b ng ng nhi t mao d n dùng ñ làm mát các linh ki n ñi n t
và ti n hành xây ph n m m nh m giúp các nhà k thu t thi t k ho c
ki m tra công su t các thi t b trao ñ i nhi t làm b ng ng mao d n

4. -4-
m t cách nhanh chóng và chính xác.
3. N i dung nghiên c u
- Nghiên c u t ng quan v lĩnh v c ng nhi t mao d n nói
chung, cũng như t ng quan v nghiên c u lý thuy t tính ch t nhi t
c a ng nhi t mao d n nói riêng.
- Nghiên c u tính ch t nhi t c a ng nhi t mao d n:
+ Nghiên c u các thông s c a b c mao d n.
+ Nghiên c u s ph thu c c a công su t nhi t Q c a ng nhi t
mao d n vào ñ chênh nhi t ñ ph n sôi và ph n ngưng ∆t ñ tìm
công th c tính công su t nhi t cho ng nhi t mao d n.
+ Nghiên c u công su t nhi t t i h n c a ng nhi t mao d n.
+ Nghiên c u các nhân t nh hư ng t i công su t nhi t c a
ng nhi t mao d n.
- T ñó tính toán thi t k thi t b trao ñ i nhi t làm b ng ng
nhi t mao d n.
- Trên cơ s tính toán thi t k thi t b trao ñ i nhi t làm b ng ng
nhi t mao d n v a thi t l p, chúng tôi xây d ng ph n m m tính toán
thi t k thi t b trao ñ i nhi t làm b ng ng nhi t mao d n.
4. Phương pháp nghiên c u
Chúng tôi s d ng phương pháp nghiên c u lý thuy t.
5. Ý nghĩa th c ti n
Đưa ra phương pháp tính toán thi t k thi t b trao ñ i nhi t làm
b ng ng nhi t mao d n ñ góp ph n ph bi n ki n th c khoa h c và
thúc ñ y vi c nghiên c u, ng d ng ng nhi t mao d n vào ñi u ki n
th c t Vi t Nam.
6. B c c lu n văn
Ngoài ph n m c l c và ph l c; lu n văn g m có:
M ñ u.

5. -5-
Chương 1 : T ng quan v ng nhi t mao d n.
Chương 2 : Cơ s lý thuy t tính toán ng nhi t mao d n.
Chương 3 : Phương pháp tính toán thi t k thi t b trao ñ i nhi t
làm b ng ng nhi t mao d n.
Chương 4 : Xây d ng ph n m m tính toán thi t k thi t b trao
ñ i nhi t làm b ng ng nhi t mao d n.
K t lu n và hư ng phát tri n ñ tài.
CHƯƠNG 1
T NG QUAN V NG NHI T MAO D N
1.1. GI I THI U V NG NHI T MAO D N
1.1.1. Nguyên lý ho t ñ ng c a ng nhi t mao d n
1.1.2. Ưu ñi m c a ng nhi t mao d n
1.1.3. ng d ng c a ng nhi t mao d n
1.1.4. L ch s phát tri n ng nhi t mao d n
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U NG NHI T MAO D N
Hi n nay, trên nhi u lĩnh v c công nghi p ng d ng công ngh ng
nhi t mao d n ñ u quan tâm ñ n v n ñ làm sao gia tăng ñư c công
su t nhi t c a ng nhi t mao d n.
Mu n nâng cao công su t nhi t c a ng nhi t mao d n c n ph i
xác ñ nh ñư c bán kính l mao d n hi u d ng c a b c. Và trư c ñây
thì có các phương pháp c a Adkins [4], [5], Gupta [24], Bichenkov
[8]. Nhưng g n ñây, Pramod Chamarthy [33] ñã ti n hành phương
pháp m i s d ng ñèn c c tím và máy quay phim có t m l c tia c c
tím ñ theo dõi ch t l ng có thu c nhu m huỳnh quang bay hơi qua
c u trúc b c, sau ñó s d ng thu t toán x lý và thi t l p công th c
quan h gi a lư ng bay hơi c a thu c nhu m huỳnh quang theo th i
gian, r i t ñó xác ñ nh ñư c ñư ng kính trung bình c a l mao d n.

6. -6-
Đ t n d ng ñư c ñ c tuy t v i c a nư c so v i các môi ch t khác
nh m nâng cao công su t nhi t (ñ i v i ngu n phát nhi t có nhi t ñ
trên 150o
C), Sarraf và Anderson [24] ñã nghiên c u v t li u làm v ,
b c m i thay th cho ñ ng, ñó là Titanium và Monel (lo i v t li u có
ñ b n cao). Đ ng th i ñ t n d ng ưu ñi m c a c u trúc b c d ng
rãnh, Anderson [14] ñã nghiên c u phát tri n phương pháp gia công
ch t o ng nhi t mao d n có b c rãnh ñ i v i v t li u Titanium,
Monel; c th v i ng nhi t mao d n có dài 1,2 m và ñư ng kính
ngoài 1,27 cm thì có kh năng t i lư ng nhi t 300 400W t i nhi t
ñ làm vi c t 425 475K, có th i gian làm vi c t 4000 9000
gi ñư c s d ng ñ truy n t i nhi t th i t quá trình chuy n hoá
nhi t thành ñi n trong nhà máy ñi n h t nhân.
Và hi n nay, các nhà khoa h c quan tâm ñ n m t lo i môi ch t
m i, ñó là ch t l ng nano - lo i ch t l ng truy n nhi t ki u m i v i
nh ng h t nano có kh năng phân tán m t cách n ñ nh và ñ ng ñ u
nên làm tăng kh năng d n nhi t, chính vì ñ c tính chưa t ng th y ñó
mà m t s nhà nghiên c u Chien [38], Wei [62], Kang [57], Yang
[63] ñã s d ng ch t l ng nano làm môi ch t làm vi c cho ng nhi t
mao d n ñ tăng công su t nhi t cho ng nhi t mao d n. M t khác,
các tác gi Tsai [20], Chen [60] ti n hành nghiên c u ñ i v i ng
nhi t mao d n có c u trúc b c lư i và ñ u ñưa ra k t lu n nhi t tr
c a ng nhi t mao d n khi dùng ch t l ng nano gi m hơn nhi u so
v i khi dùng nư c làm môi ch t làm vi c.
G n ñây nh t, các tác gi [45], [48], [49] ñã ñưa ra phương pháp
tính toán xác ñ nh công su t nhi t c a ng nhi t mao d n khi s d ng
ch t l ng nano (thư ng dùng các h t nano Al2O3, CuO, TiO2) làm
môi ch t làm vi c, và h ñã ch ra r ng ñ nâng công su t nhi t c a
ng nhi t mao d n lên l n nh t thì c n ph i n p m t lư ng h t nano

7. -7-
t i ưu, và kích thư c h t nano càng nh thì tác ñ ng càng rõ ñ n
nhi t tr c a ng nhi t mao d n. Và theo tác gi [46] thì v i ng
nhi t mao d n (ñư ng kính ngoài 4 mm, chi u dày 1 mm, chi u dài
300 mm) có c u trúc b c lư i tròn (ñư ng kính s i 50 µm và 7874
s i/m) s d ng ch t l ng nano g m nư c và các h t nano Al2O3 có t
l th tích 3,0% thì ñ t công su t nhi t l n nh t (cao hơn x p x 65%
so v i khi dùng nư c).
CHƯƠNG 2
CƠ S LÝ THUY T TÍNH TOÁN NG NHI T MAO D N
2.1. C U T O NG NHI T MAO D N
2.1.1. Môi ch t n p vào ng nhi t mao d n
2.1.1.1. Các yêu c u cơ b n c a môi ch t n p vào ng nhi t
mao d n
2.1.1.2. Các lo i môi ch t n p ng nhi t mao d n
2.1.1.3. Tính phù h p
Tính phù h p là s tác d ng tương h gi a môi ch t n p và v t
li u làm ng, làm b c. Nó là m t ñ c tính quan tr ng cơ b n liên
quan ñ n vi c l a ch n môi ch t, b c và v c a ng nhi t mao d n.
2.1.1.4. H s ñ c trưng M c a ng nhi t mao d n
Trong ng nhi t mao d n, h s ñ c trưng M th hi n tính ch t
v t lý c a môi ch t n p, môi ch t nào có giá tr M l n s cho công
su t nhi t l n. Theo [2], h s ñ c trưng M ñư c xác ñ nh theo công
th c:
l
ll r
M
µ
σρ ..
= (2.1)
2.1.2. C u trúc b c
2.1.2.1. C u trúc b c ñ ng nh t (Homogeneous structures)
a) C u trúc b c lư i (Mesh/Screen)

8. -8-
b) C u trúc b c thiêu k t (Sintered metal power)
c) C u trúc b c rãnh (Grooves)
d) C u trúc b c hình vành khuyên h (Open annulus)
e) C u trúc b c tích h p v i ñ ng m ch chính (Integral Artery)
2.1.2.2. C u trúc b c h n h p (Composite wicks)
a) C u trúc b c k t h p nhi u lư i (Composite Screen)
b) C u trúc b c lư i bao ph rãnh (Screen covered grooves)
c) C u trúc b c ñ ng m ch xo n c (Spiral artery)
d) C u trúc b c m t rãnh (Monogroove)
2.1.3. V ng nhi t mao d n
2.2. TÍNH TOÁN NG NHI T MAO D N
2.2.1. Tính tr kháng thu l c
Môi ch t tu n hoàn n ñ nh trong ng nhi t mao d n là nh áp
su t mao d n c a c u trúc b c. Vì v y, ñ ng nhi t mao d n làm
vi c bình thư ng thì th a mãn ñi u ki n:
∆Pcap,max ≥ ∆Pl + ∆Ph + ∆Pe,δ + ∆Pc,δ + ∆Pg (2.2)
Và thông thư ng ∆Pe,δ và ∆Pc,δ không ñáng k nên ta có th vi t
l i như sau:
∆Pcap,max ≥ ∆Pl + ∆Ph + ∆Pg (2.3)
2.2.1.1. Áp su t mao d n l n nh t ∆Pcap,max do b c t o ra trong
ng nhi t mao d n
eff
l
cap
r
P
σ.2
max, =∆ (2.6)
Trong ñó : reff - bán kính l mao d n hi u d ng (m).
2.2.1.2. T n th t áp su t c a dòng ch t l ng ngưng ∆Pl
- Đ i v i lư i, thiêu k t (theo công th c (2.32), [25]):
wl
effl
l
AK
mL
P
..
..
ρ
µ
=∆ (2.7)

9. -9-
- Đ i v i c u trúc rãnh (theo công th c (2.34), [25]):
rNd
LQ
P
ltd
effl
l
.'..
2
1
.
...8
4
ρπ
µ






=∆ (2.8)
- Đ i v i c u trúc b c h n h p (công th c (2.35), [25]):
rr
LQ
P
lh
effl
l
...
...6
3
ρϖπ
µ
=∆ (2.9)
2.2.1.3. T n th t áp su t c a dòng hơi ∆Ph
∆Ph = ∆Phs + ∆Pha + ∆Phn 





++=
22
.
..
..8
4
n
a
s
hh
h L
L
L
r
m
ρπ
µ
(2.10)
2.2.1.4. T n th t áp su t do l c tr ng trư ng ∆Pg
∆Pg = ρ1.g.L.sinΦ (2.11)
2.2.2. H s d n nhi t hi u d ng c a b c
Khi coi truy n nhi t qua b c ph n sôi và ph n ngưng c a ng
nhi t mao d n ch là d n nhi t, ta ñưa khái ni m h s d n nhi t hi u
d ng c a b c λeff. Và n u g i λl là h s d n nhi t c a ch t l ng (môi
ch t làm vi c), λr là h s d n nhi t c a ph n ch t r n (v t li u làm
b c) và ε là ñ r ng c a b c thì khi ñó có hai trư ng h p d n nhi t
qua 2 pha (pha r n, pha l ng) :
- Trư ng h p song song: là trư ng h p b c và môi ch t nh
hư ng song song v i nhau. Khi ñó h s d n nhi t hi u d ng c a b c
xác ñ nh theo công th c sau (theo công th c (4.30), [2]):
λeff = (1 - ε) λr + ε. λl (2.12)
- Trư ng h p n i ti p: H s d n nhi t hi u d ng c a b c xác
ñ nh theo công th c (4.31), [2]:
( )ελλε
λλ
λ
−+
=
1..
.
lr
rl
eff (2.13)
2.2.2.1. H s d n nhi t hi u d ng c a b c lư i

10. -10-
2.2.2.2. H s d n nhi t hi u d ng c a b c thiêu k t b t kim lo i
2.2.2.3. H s d n nhi t hi u d ng c a b c rãnh
2.2.2.4. H s d n nhi t hi u d ng c a b c vành khuyên h
2.2.2.5. H s d n nhi t hi u d ng c a b c lư i bao ph rãnh
2.2.2.6. H s d n nhi t hi u d ng c a b c thiêu k t s i kim lo i
2.2.3. Tính công su t nhi t c a ng nhi t mao d n
2.2.3.1. Công su t nhi t toàn b
Công su t nhi t toàn b c a ng nhi t mao d n Q [W] theo [25]
ñư c xác ñ nh theo ñ chênh nhi t ñ toàn b ∆t và t ng nhi t tr R.
s
wzwz
RRRRRRRRRR
tt
R
tt
R
t
Q
+++++++++
−
=
−
=
∆
=
987654321
(2.31)
V i: tz , tw – nhi t ñ c a ngu n nhi t ñ t nóng và làm mát, [o
C].
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 , Rs – các thành ph n nhi t tr
c a ng nhi t mao d n, [o
C/W].
2.2.3.2. Công su t nhi t trong
Theo các tác gi [2], [13] thì nhi t tr chuy n pha R4, R6 và R5 có
giá tr r t nh so v i các thành ph n còn l i nên có th coi chúng
b ng 0. Vì v y, ta có bi u th c tính công su t nhi t trong như sau:
73 RR
tt
Q inis
i
+
−
= (2.46)
T ñây ta có nh n xét như sau: công su t nhi t trong c a ng
nhi t mao d n khi có hi u s nhi t ñ trong ng nhi t mao d n ∆ti =
tis - tin có giá tr nh thì ph thu c vào ñ chênh l ch nhi t ñ b m t
trong gi a ph n sôi và ph n ngưng, ph thu c vào tính ch t v t lý,
kích thư c, hình d ng c a b c mao d n và tính ch t v t lý c a môi
ch t n p. Ngoài ra, khi ch ñ nhi t n ñ nh thì Q = Qi (công su t
nhi t toàn b b ng công su t nhi t trong c a ng nhi t mao d n).

11. -11-
2.2.4. Các công su t nhi t gi i h n c a ng nhi t mao d n
Công su t nhi t gi i h n c a ng nhi t là giá tr công su t nhi t
l n nh t c a ng nhi t có th ñ t ñư c. Đ i v i ng nhi t mao d n
thì có 5 lo i công su t nhi t gi i h n :
2.2.4.1. Gi i h n âm thanh
Gi i h n âm thanh ñư c xác ñ nh theo công th c (4.76), [2]:
hhha prAQ ....474,0max, ρ= (2.47)
2.2.4.2. Gi i h n lôi cu n
Gi i h n lôi cu n ñư c xác ñ nh theo công th c (4.78), [2]:
z
r
AQ lh
hlc
σρπ ....2
.
2
max, = (2.49)
2.2.4.3. Gi i h n mao d n
Gi i h n mao d n ñư c tính theo công th c (2.99), [25]:








−= φ
σ
ρ
µ
σρ
sin.
..2
.
.
.
..
max,
l
effl
effeff
w
l
ll
cap
Lg
rL
AKr
Q








−= φ
σ
ρ
sin.
..2
.
.
.
l
effl
effeff
w
Lg
rL
AK
M (2.50)
2.2.4.4. Gi i h n ñ nh t c a môi ch t
Trong [25], Busse (1973) thì gi i h n ñ nh t c a môi ch t ñư c
xác ñ nh theo công th c :
effh
hhhh
dn
L
Aprr
Q
..16
....
max,
µ
ρ
= (2.51)
2.2.4.5. Gi i h n sôi
Gi i h n sôi ñư c xác ñ nh theo công th c (4.80), [2]:








∆−= max,max,
2
.
ln..
...2
cap
n
l
h
i
h
heffs
s P
r
r
r
r
TL
Q
σ
ρ
λπ
(2.53)

12. -12-
2.2.5. Các nhân t nh hư ng t i công su t nhi t c a ng nhi t
mao d n
2.2.5.1. nh hư ng c a c u trúc b c
Theo [41] ñã xét s nh hư ng c a lo i c u trúc b c ñ i v i ng
nhi t mao d n có công su t nhi t Q = 10W, ñư ng kính Φ = 3mm
trong 2 trư ng h p ñ t theo hư ng ñ ng (ph n ngưng ñ t trên ph n
sôi) và theo hư ng n m ngang.
Qua hình 2.23 và 2.24, ta th y r ng ng nhi t mao d n có c u trúc
b c rãnh nó làm vi c t t nh t trong ñi u ki n ñ t ñ ng theo hư ng
tr ng trư ng (ph n ngưng ñ t trên ph n sôi). Còn khi ng nhi t ñ t
n m ngang thì c u trúc b c lo i thiêu k t làm làm vi c t t nh t.
2.2.5.2. nh hư ng c a kích thư c hình h c c a ng nhi t
mao d n
T c ñ chuy n ñ ng c a hơi t ph n sôi ñ n ph n ngưng b nh
hư ng b i ñ chênh l ch áp su t hơi gi a 2 ph n ñó. Và nó cũng b
nh hư ng b i ñư ng kính và chi u dài c a ng nhi t mao d n. Vì
v y, khi thi t k ng nhi t mao d n c n tính ñ n kích thư c hình h c
c a ng nhi t mao d n.
Theo [41] ñã xét s nh hư ng kích thư c hình h c c a ng nhi t
mao d n làm b ng v t li u ñ ng, c u trúc b c rãnh, môi ch t là nư c.
Nhittr(o
C/W)
Hình 2.23 – Trư ng h p ñ t
ng n m ngang
Hình 2.24 – Trư ng h p ñ t ng
ñ ng theo hư ng tr ng trư ng
Chi u dài (mm) Chi u dài (mm)
rãnh
s i xo n c
lư i
thiêu k t b t
kim lo i
rãnh
s i xo n c
lư i
thiêu k t

13. -13-
Qua hình 2.25 ta th y ñư ng kính c a ng càng l n thì công su t
nhi t càng l n. Còn hình 2.26 ta th y ng nhi t mao d n có chi u
dài l n hơn s có công su t truy n t i nhi t nh hơn và ngư c l i.
Ngoài ra, khi làm vi c nhi t ñ cao hơn thì công su t nhi t l n hơn.
2.2.5.3. nh hư ng c a góc nghiêng Φ
Nhi u nhà nghiên c u th y r ng, ng v i m i môi ch t n p, c u
trúc b c thì ñ u có giá tr góc nghiêng t i ưu Φtư ñ công su t nhi t
c a ng nhi t mao d n l n nh t.
Theo [41] ñ i v i ng nhi t mao d n có c u trúc b c rãnh làm
b ng v t li u ñ ng, môi ch t n p là nư c thì làm vi c góc nghiêng
t i ưu Φtư = -70o
( ng ñ t cùng hư ng tr ng trư ng). Và nó cũng làm
vi c ñư c khi góc nghiêng Φ = 0o
( ng ñ t n m ngang).
Theo [3] ñ i v i ng nhi t mao d n có di = 30 mm, l = 0,5 m, c u
trúc b c lư i g m 3 l p lư i b ng thép không rĩ có s mesh N = 68
và môi ch t n p là nư c, v i lư ng n p ξ = 45%, nhi t ñ hơi 50o
C,
70o
C, góc nghiêng thay ñ i t -10o
-60o
. K t qu thí nghi m có
ñư c góc nghiêng Φtu = -15o
-30o
và ng nhi t mao d n ho t ñ ng
khá t t Φ = 0o
nhưng ng s không ho t ñ ng ñư c khi góc
nghiêng Φ > 10o
(ngư c hư ng tr ng trư ng).
Hình 2.26 – S nh hư ng c a l ñ i
v i Qmax c a ng nhi t mao d n
Nhi t ñ làm vi c (o
C)
Qmax.leff(W.m)
Góc nghiêng: 0o
V t li u: Đ ng
Môi ch t: Nư c
B c rãnh
Hình 2.25 – S nh hư ng c a d ñ i
v i Qmax c a ng nhi t mao d n
Nhi t ñ làm vi c (o
C)
Qmax(W)

14. -14-
2.2.5.4. nh hư ng c a lư ng môi ch t n p
Theo [3] góc nghiêng Φ = 0o
hai giá tr nhi t ñ hơi trong
ng th = 50o
C và 70o
C, lư ng n p thay ñ i t ξ = 30% 70%. K t
qu cho th y ñây t n t i giá tr lư ng n p t i ưu ξtu ng v i nó
công su t nhi t ñ t giá tr l n nh t. Giá tr n p t i ưu ñây là 40%
50% (giá tr l n nhi t ñ hơi l n và ngư c l i). Khi n p ch t l ng
nh hơn ho c l n hơn ñ u d n t i s gi m công su t nhi t.
CHƯƠNG 3
NGHIÊN C U TÍNH TOÁN THI T K THI T B
TRAO Đ I NHI T LÀM B NG NG NHI T MAO D N
Trong lu n văn, chúng tôi nghiên c u tính thi t k thi t b trao ñ i
nhi t làm b ng ng nhi t mao d n ñ làm mát các linh ki n ñi n t .
3.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH
Thi t b trao ñ i nhi t làm b ng ng nhi t mao d n (TBTĐN-
ONMD) (hình 3.1) có ph n nh n nhi t g n v i b m t phát nhi t c a
linh ki n ñi n t thông qua t m l p ráp, ph n gi i nhi t có làm cánh
bên ngoài, b m t trong c a ng có g n b c, bên trong có n p môi
ch t. Nhi t ñ b m t linh ki n ñi n t g n v i t m l p ráp có nhi t
ñ tz, không khí l nh bên ngoài có nhi t ñ tw (tw < tz) ñư c qu t gi i
nhi t th i v i lưu lư ng Vkk qua ph n gi i nhi t. Đ thi t k ñư c
TBTĐN-ONMD trên thì c n xác ñ nh công su t toàn b Q c a m t
ng nhi t mao d n và s ng nhi t mao d n n ng có trong thi t b .
Hình 3.1 – Thi t b trao ñ i nhi t làm b ng ng nhi t mao d n

15. -15-
Hình 3.2 – Sơ ñ tính toán thi t k thi t b trao ñ i
nhi t làm b ng ng nhi t mao d n
Đ
Xác ñinh s lư ng ng nhi t mao d n trong thi t b
trao ñ i nhi t và c u trúc thi t b
S
Thông s thi t k :
- Các thông s c a linh ki n ñi n t và qu t
- Nhi t ñ môi trư ng
- Yêu c u không gian l p ñ t
- Đ ph c t p
Ch n lo i v t li u làm v :
- Phù h p v i ch t l ng làm vi c
- Phù h p v i môi trư ng xung quanh
Ch n lo i môi ch t làm vi c:
- H s ñ c trưng M
- Kho ng nhi t ñ làm vi c
- Nh ng yêu c u khác
Ch n lo i b c, kích thư c b c và v t li u làm b c:
- C t áp mao d n yêu c u
- V t li u làm b c phù h p v i v và môi ch t
Tính toán các công su t gi i h n Qmax:
- Gi i h n b c
- Gi i h n lôi cu n
- Gi i h n sôi
Qmax > Q ?
Xác ñ nh các nhi t tr , sau ñó tính công su t
nhi t c a 1 ng nhi t mao d n Q
Kích thư c TBTĐN có
phù h p không ?
L a ch n thi t k v nhi t, cơ khí và các phương án ki m
tra ñ ñ m b o t i ưu (l a ch n phương pháp ch t o)
S
Đ

16. -16-
Hình 3.3 – Môñun IGBT
c a hãng MITSUBISHI
3.2. THI T K THI T B TRAO Đ I NHI T LÀM B NG
NG NHI T MAO D N
Trong lu n văn này, chúng tôi tính thi t
k TBTĐN-ONMD ñ làm mát các môñun
IBGT (insulated gate bipolar transistor -
transistor có c c ñi u khi n cách ly).
3.2.1. Thông s thi t k
- Các thông s linh ki n ñi n t IBGT :
nhi t ñ c c ñ i cho phép tjmax, nhi t lư ng phát sinh QIBGT, nhi t tr
t ti p giáp bán d n ñ n v Rth(j-c), chi u dài aIBGT, chi u r ng bIBGT
và cách b trí k1 hàng, k2 c t trên t m l p ráp c a các IBGT.
Khi ñó: nhi t ñ tz = tjmax – QIBGT.Rth(j-c) và công su t c a b trao
ñ i nhi t làm b ng ng nhi t mao d n : Qhi = k1.k2.QIBGT , [W].
- Thông s c a qu t gi i nhi t: chi u dài qu t aq , chi u r ng qu t
bq , lưu lư ng Vkk và s lư ng qu t kq.
Khi ñó : nhi t ñ
2
21 kkkk
kkw
tt
tt
+
== , [o
C].
V i : tkk1 là nhi t ñ c a không khí ngoài tr i vào TBTĐN-ONMD.
pkkkkkk
IBGT
kkkk
CV
Q
tt
..
12
ρ
+= là nhi t ñ c a không khí ra
TBTĐN-ONMD.
- Yêu c u không gian l p ñ t : chi u dài ph n ño n nhi t La và
góc nghiêng Φ.
- ph n nh n nhi t c a TBTĐN-ONMD do t m l p ráp làm
b ng v t li u nhôm có h s d n nhi t λt l n và ng n m trong t m
l p ráp nên có th xem phân b nhi t ñ xung quanh ng ñ ng ñ u.
Và thông s bư c ng ngang s1 [m] ñư c ch n trên cơ s ñ m b o
ñi u ki n áp d ng công th c (3.35) theo [56] thì 8,314,20 1 ≤≤ s mm.

17. -17-
Hình 3.6 – Ph n gi i nhi t c a b trao ñ i
nhi t làm b ng ng nhi t mao d n
de
tc
zc
s1
2
2s
2
1s
- ph n gi i nhi t c a TBTĐN-ONMD có các thông s : bư c ng
d c s2 [m], chi u dày c a cánh t n nhi t tc [m], kho ng cách 2 cánh
k ti p zc [m] ñư c ch n trên cơ s ñ m b o ñi u ki n áp d ng công
th c (3.35), theo [56] thì 7,81 ≤+≤ cc zδ mm, và 327,12 2 ≤≤ s mm.
3.2.2. Ch n môi ch t n p
ng v i kho ng nhi t ñ làm vi c 30 150o
C thì nư c là môi
ch t có ñ t tính nhi t t t nh t nên nó ñư c ch n là môi ch t làm vi c.
3.2.3. Ch n v t li u làm v ng, cánh t n nhi t và t m l p ráp
Vì ñ ng là lo i v t li u có kh năng d n nhi t t t nh t, d gia
công ch t o ng nhi t mao d n nên ñ ng ñư c ch n là v t li u làm
Hình 3.5 – M t c t t i ph n nh n nhi t
de ,di , λ
δt , λt
δw , λw
tz
2
1s
s1
2
1s

18. -18-
v c a ng nhi t mao d n trong thi t b trao ñ i nhi t c n thi t k .
Tuy nhiên, vi c ch n kích thư c ñư ng kính ngoài de c a ng ñ ng
thì c n ph i ñ m b o ñi u ki n áp d ng công th c (3.35), theo [56]
thì 6,13.29,6 ≤+≤ ced δ mm (v i δc là chi u dày cánh t n nhi t).
Đ ñ m b o hi u qu trao ñ i nhi t, gia công và tính hi u qu
kinh t thì cánh t n nhi t ph n ngưng làm b ng ñ ng và t m l p ráp
ñ g n linh ki n ñi n t ph n sôi ñư c làm b ng v t li u nhôm.
3.2.4. Ch n lo i b c, v t li u làm b c và kích thư c b c mao d n
Đ ñ m b o công su t nhi t c a b trao ñ i nhi t thì c u trúc b c
k t h p nhi u lư i và c u trúc b c lư i bao ph rãnh ñư c s d ng
ñ làm b c cho ng nhi t mao d n b i vì chúng là lo i c u trúc b c
ñơn gi n và d ch t o nh t. Và v t li u ñ ng, niken thư ng ñư c
ch n làm lư i vì có h s d n nhi t l n và d ch t o thành lư i có
h s mesh (s m t lư i trên chi u dài 1 in t c là 25,4 mm) l n.
Vi c ch n kích thư c b c mao d n ph i ñ m b o sao cho các
thông s c a b c : bán kính l mao d n hi u d ng reff, ñ r ng ε, ñ
th m th u K và h s d n nhi t hi u d ng λeff h p lý, t c là ñ m b o
công su t nhi t c a TBTĐN-ONMD c n thi t k .
3.2.5. Tính công su t nhi t c a m t ng nhi t mao d n
Đ xác ñ nh ñư c công su t nhi t Q, c n gi i h phương trình:
( ) ( )739821 RRRRRR
tt
RR
tt
R
t
Q wz
iE
wz
+++++
−
=
+
−
=
∆
= (3.15)
( I )
( ) ( )[ ]
22
2198 RRRRQtt
t wz
h
+−+
+
+
= (3.16)








+=
nsieff
w
i
LLd
R
11
.
..πλ
δ
(3.17)
ñây theo các công th c s tay k thu t nhi t ta có th d dàng
xác ñ nh ñư c các nhi t tr ngoài R1, R2, R8, R9 nhưng các nhi t tr

19. -19-
trong R3, R7 thì chưa xác ñ nh ñư c do ph thu c h s d n nhi t
hi u d ng λeff (m t ñ i lư ng chưa bi t vì ph thu c vào nhi t ñ th).
Vì v y, ñ xác ñ nh Q chúng tôi s d ng phương pháp l p ñ gi i h
phương trình (I) và quá trình l p có th tóm t t như sau:
- Bư c 1 : Cho giá tr t ng nhi t tr trong Ri = R3 + R7 = 0.
- Bư c 2 : Xác ñ nh R1, R2, R8, R9; r i t (3.15) tính ñư c Q (Q’).
- Bư c 3 : Thay Q vào (3.16) tính ñư c nhi t ñ hơi nư c th.
- Bư c 4 : T giá tr th ñã tính, tra b ng thông s v t lý c a nư c
ñ xác ñ nh ñư c h s d n nhi t c a nư c λl. R i sau ñó tính h s
d n nhi t hi u d ng λeff theo công th c (3.10) ho c (2.28).
- Bư c 5 : Thay giá tr λeff ñã tính vào (3.17) tính l i ñư c Ri.
- Bư c 6 : T Ri (c a bư c 5) tính l i giá tr Q (Q”) theo công
th c (3.15).
- Bư c 7: Tính sai s
'
"
1
Q
Q
−=ε . R i so sánh ε v i [ε] = 0,01%.
+ N u ε ≤ [ε] → ch p nh n th, λeff và giá tr công su t nhi t Q.
+ N u ε > [ε] → l p l i các bư c t 3 7 v i giá tr Q (
công th c (3.16)) b ng Q” .
* Tính các thành ph n nhi t tr
- Đ ñơn gi n tính toán, gi thi t r ng ph n t m l p ráp bao
quanh bên ngoài ng nhi t mao d n là có d ng hình tr v i chi u dày
vách tr tương ñương :
2
1 e
tñ
ds −
=δ , [m] (3.18)
Như v y nhi t tr d n nhi t qua t m l p ráp:





 +
=
e
tñe
st d
d
L
R
δ
λπ
ln.
...2
1
1
, [o
C/W] (3.19)
- Nhi t tr d n nhi t qua vách ng ph n sôi:






=
i
e
s d
d
L
R ln.
...2
1
2
λπ
, [o
C/W] (3.20)

20. -20-
- Nhi t tr c a b c mao d n trong ph n sôi:
sweff
w
A
R
,
3
.λ
δ
= , [o
C/W] (3.21)
ñây: di n tích b m t b c ph n sôi: Aw,s = π.di.Ls , [m2
]
- Nhi t tr c a b c mao d n trong ph n ngưng:
nweff
w
A
R
,
7
.λ
δ
= , [o
C/W] (3.22)
ñây: di n tích b m t b c ph n ngưng: Aw,n = π.di.Ln , [m2
]
- Nhi t tr d n nhi t qua vách ng ph n ngưng:






=
i
e
n d
d
L
R ln.
...2
1
8
λπ
, [o
C/W] (3.23)
- Nhi t tr c a ngu n làm mát:
new A
R
,
9
.
1
α
= , [o
C/W] (3.24)
3.2.6. Tính công su t gi i h n c a ng nhi t mao d n
Đ i v i ng nhi t mao d n dùng ch t l ng không ph i là kim lo i
l ng thì ch c n quan tâm ñ n các công su t gi i h n mao d n, gi i
h n lôi cu n và gi i h n sôi.
3.2.6.1. Gi i h n mao d n
3.2.6.2. Gi i h n lôi cu n
3.2.6.3. Gi i h n sôi
3.2.7. Ki m tra s ho t ñ ng c a ng nhi t mao d n
ng nhi t mao d n ho t ñ ng bình thư ng khi ñ m b o ñi u ki n:
Q < Qcap,max
Q < Qa,max (3.36)
Q < Qlc,max
N u không tho mãn ñi u ki n trên thì c n ph i ch n l i các
thông s ph n 3.2.1, 3.2.3, 3.2.4 cho phù h p.

21. -21-
3.2.8. Xác ñ nh c u trúc thi t b c a TBTĐN-ONMD
- S lư ng ng nhi t mao d n:
Q
Q
n hi
ông = (3.37)
- Chi u dài ph n sôi : Ls = b
- Chi u dài ph n ngưng : Ln = kq.aq
- Chi u dài ng nhi t : L = Ls + La + Ln
- Chi u dài t m l p ráp : a = k2. aIBGT
- Chi u r ng t m l p ráp : b = k1.bIBGT
- Đ dày c a t m l p ráp : h = s1
- Chi u r ng c a cánh t n nhi t : bc = s2
- Chi u dài c a cánh t n nhi t : ac = s1.n ng (3.38)
- S lư ng cánh t n nhi t :
c
n
c
s
L
n =
3.2.9. Ki m tra s phù h p các thông s kích thư c c a TBTĐN
Đ ñ m b o tính h p lý c a vi c gia công ch t o thì m t vài
thông s kích thư c c a TBTĐN ph i tho mãn ñi u ki n sau:
- Chi u dài c a cánh t n nhi t ac ≤ chi u r ng c a qu t bq.
- Chi u dài t m l p ráp a ≥ s1.n ng.
N u không tho mãn ñi u ki n trên thì c n ph i ch n l i các
thông s ph n 3.2.1, 3.2.3, 3.2.4 cho phù h p.
CHƯƠNG 4
XÂY D NG PH N M M TÍNH THI T K THI T B
TRAO Đ I NHI T LÀM B NG NG NHI T MAO D N
4.1. SƠ Đ THU T TOÁN
D a trên phương pháp tính thi t k TBTĐN-ONMD và các công
th c tính các thông s nhi t v t lý c a nư c, không khí ñ xây d ng
ph n m m tính toán theo sơ ñ thu t toán sau (hình 4.1):

22. -22-
ε ≤ [ε]
Đ
Đ
Đ
START
Ch n lo i b c và nh p các thông s yêu c u
Q < Qmax
Tính các thông s c u trúc thi t b trao ñ i nhi t :
L, Ls, Ln, a, b, h, ac, bc, nc, n ng.
ac ≤ bq , a ≥ s1.n ng
In k t qu END
S
Hình 4.1 – Sơ ñ thu t toán
S
Cho giá tr Ri = 0
S
Tính các gi i h n mao d n, sôi và lôi cu n Qmax
- Tính Q theo phương trình:
iE
wz
RR
tt
Q
+
−
= (1’)
- Tính ñư c th t phương trình:
( ) ( )[ ]
22
2198 RRRRQtt
t wz
h
+−+
+
+
= (2’)
- T giá tr th ñã tính, g i hàm tính n i suy thông s h s d n
nhi t c a nư c ñ xác ñ nh λl.
- G i hàm tính h s d n nhi t hi u d ng c a b c λeff.
- Tính Ri t phương trình: 





+=
nsieff
w
i
LLd
R
11
.
..πλ
δ
(3’)
- Thay Ri vào (1’) tính l i ñư c Qss
- Tính sai s :
Q
Qss
−= 1ε

23. -23-
4.2. PH N M M TÍNH TOÁN THI T K THI T B TRAO
Đ I NHI T LÀM B NG NG NHI T MAO D N
Ph n m m ñư c thi t k d a trên ngôn ng l p trình Visual Basic
6.0 bao g m có 3 n i dung chính:
- Tính toán các thông s nhi t v t lý c a môi ch t.
- Xác ñ nh công su t nhi t Q, và các công su t gi i h n Qmax.
Sau ñó ki m tra s ho t ñ ng c a ng nhi t mao d n.
- Xác ñ nh và ki m tra các thông s c u trúc thi t b .
Ph n m m ñư c thi t k g m hai ph n chính:
- Ph n giao di n chương trình g m : form chính MDIMAIN và
các form ph .
- Ph n tính toán các thông s , x lý d li u g m có : form thi t
k v i b c k t h p nhi u lư i và form thi t k v i b c lư i bao ph
rãnh.
Form chính MDIMAIN
Hình 4.2 – Giao di n chính c a ph n m m

24. -24-
Form thi t k v i b c k t h p nhi u lư i
Hình 4.3 – SSTab Nh p thông s c a Đ án
(ñ i v i b c k t h p nhi u lư i)
Hình 4.4 – SSTab Nh p thông s yêu c u
(ñ i v i b c k t h p nhi u lư i)

25. -25-
Ngoài ra còn có Form thi t k v i b c lư i bao ph rãnh
hình ch nh t g m có 3 SSTab : Nh p thông s ñ án, nh p thông
s yêu c u và k t qu thi t k .
K T LU N VÀ HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI
1. K t lu n
T các k t qu nghiên c u c a lu n văn thì lu n văn có nh ng
ñóng góp chính như sau :
- Đ xác ñ nh công su t nhi t Q c a m t ng nhi t mao d n thì
c n gi i h phương trình (I) theo phương pháp l p.
( ) ( )739821 RRRRRR
tt
RR
tt
R
t
Q wz
iE
wz
+++++
−
=
+
−
=
∆
=
( I )
( ) ( )[ ]
22
2198 RRRRQtt
t wz
h
+−+
+
+
=






+=
nsieff
w
i
LLd
R
11
.
..πλ
δ
Hình 4.5 – SSTab K t qu thi t k
(ñ i v i b c k t h p nhi u lư i)

26. -26-
Trong ñó :
tz , tw – nhi t ñ c a ngu n nhi t ñ t nóng, làm mát (o
C),
th – nhi t ñ hơi trong ng nhi t mao d n (o
C).
Ls – chi u dài ph n sôi c a ng nhi t mao d n (m),
Ln – chi u dài ph n ngưng c a ng nhi t mao d n (m),
R1, R2, R3, R7, R8, R9 – các thành ph n nhi t tr c a ng
nhi t mao d n (o
C/W),
δw – chi u dày c a l p b c mao d n (m),
di – ñư ng kính trong c a ng nhi t mao d n (m),
λeff – h s d n nhi t hi u d ng c a b c mao d n (W/m.o
C),
là m t ñ i lư ng chưa bi t do ph thu c vào nhi t ñ hơi th.
- D a trên cơ s lý thuy t tính toán ng nhi t mao d n, chúng tôi
ñã nghiên c u phương pháp tính thi t k thi t b trao ñ i nhi t làm
b ng ng nhi t mao d n ñ làm mát các linh ki n ñi n t .
- Trên cơ s phương pháp tính toán thi t k v a thi t l p, chúng
tôi xây d ng ph n m m tính toán thi t k thi t b trao ñ i nhi t làm
b ng ng nhi t mao d n, ñã t o ñi u ki n thu n l i cho vi c ki m tra
công su t ho c thi t k các thi t b trao ñ i nhi t làm b ng ng nhi t
mao d n ñ làm mát các linh ki n ñi n t .
- Nh ng k t qu nghiên c u c a ñ tài là tài li u tham kh o trong
nghiên c u và gi ng d y cho chuyên ngành Nhi t và làm cơ s ñ
phát tri n gi i quy t các bài toán th c t trong công nghi p.
2. Hư ng phát tri n ñ tài
- Nghiên c u th c nghi m v tính ch t nhi t c a m t s lo i ng
nhi t mao d n.
- Nghiên c u công ngh ch t o, s n xu t hàng lo t các thi t b
trao ñ i nhi t làm b ng ng nhi t mao d n ñ làm mát các linh ki n
ñi n t .