CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH SẤY PHUN
5.5 Kết quả mô phỏng
5.5.2 Mô Phỏng ở chế độ nhiệt độ thấp
Phân bố nhiệt độ trong buồng sấy ở chế độ nhiệt độ tác nhân sấy thấp (T = 353K) được Fluent thể hiện trên hình 5.21 và 5.22 dưới đây.
Hình 5.21: Phân bố nhiệt độ trong buồng sấy 3D
76
Hình 5.22: Phân bố nhiệt độ trong buồng sấy
Quan sát sự biến đổi nhiệt độ trong không gian buồng sấy trên hình 2.21 ta thấy rằng nhiệt độ trong buồng sấy được phân thành 3 vùng: vùng nhiệt độ cao (gần mặt bích), vùng nhiệt độ thấp (sau mũi phun) và vùng phía đáy buồng sấy (với trường nhiệt độ ổn định). Sự biến đổi nhiệt độ chủ yếu ở vùng gần mũi phun, còn vùng giữa buồng sấy trở xuống thì nhiệt độ đã ổn định, gần như không còn biến thiên nhiệt độ. Bới vì nhiệt độ đầu vào là thấp (353K) nên vùng ổn định phía dưới khá rộng, đồng đều. So sánh với phân bố nhiệt độ ở chế độ nhiệt độ cao (hình 5.13) cho thấy vùng nhiệt độ sau mũi phun ở trường hợp này có xu hướng nở rộng ra vách hơn. Ngoài ra, ta còn nhận thấy một cách trực quan trên hình vẽ rằng luồng phun từ mũi phun hỗn hợp đã phân buồng sấy ra làm hai phần khá đồng đều. Như vậy, nhiệt độ trong buồng sấy vẫn có sự đối xứng nhau.
77
Bảng 5.11: Giá trị tính theo Fluent tại từng điểm đo của từng kênh Vị trí
Đầu đo
Điểm 1 (K)
Điểm 2 (K)
Điểm 3 (K)
Điểm 4 (K)
Điểm 5 (K)
CH 1-1 345.00 344.90 344.50 334.70 309.30
CH 1-2 342.20 340.00 337.40 331.40 326.80
CH 1-3 338.40 335.00 333.10 332.30 331.30
CH 1-4 343.30 340.30 335.80 333.40 333.10
CH 1-5 345.00 345.00 345.00 345.00 345.00
CH 1-6 345.00 345.00 345.00 345.00 345.00
Bảng 5.12:Giá trị trung bình thực nghiệm tại các điểm đo chế độ nhiệt độ thấp Vị trí
Đầu đo
Điểm 1 (K)
Điểm 2 (K)
Điểm 3 (K)
Điểm 4 (K)
Điểm 5 (K)
CH 1-1 303.35 302.63 301.51 300.91 301.01
CH 1-2 312.70 309.11 308.83 302.45 300.87
CH 1-3 315.39 314.28 312.91 310.61 308.29
CH 1-4 317.48 316.67 315.03 313.98 315.72
CH 1-5 315.90 314.84 308.52 301.91 300.69
CH 1-6 317.45 316.78 314.44 313.23 314.38
Bằng cách xác định tọa độ, ta biết được nhiệt độ trung bình đầu ra là 345K so với kết quả thực nghiệm là 315,90K [7]. Sự sai khác này là do nhiệt độ tác nhân sấy (không khí nóng) quá thấp. Ta thấy rằng ở chế độ nhiệt độ cao thì nhiệt độ tính theo Fluent và nhiệt độ đo thực nghiệm tại đầu ra là gần bằng nhau (chênh lệch nhỏ). Sai số giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm ở chế độ nhiệt độ thấp lớn hơn ở chế độ nhiệt độ cao có thể giải thích như sau: Ở chế độ nhiệt độ thấp, lớp nước bay hơi vào không khí ít hơn nên độ chứa hơi của không khí ở đầu ra thấp hơn so với chế độ nhiệt độ cao, do đó mức độ ảnh hưởng tới quá trình trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa đầu cặp nhiệt và vách buồng sấy cũng như môi trường bên ngoài (vách bằng thủy
78
tinh hữu cơ) lớn, làm nhiệt độ đầu đo (đầu cặp nhiệt) nhỏ nhiều hơn so với giá trị thực. Tức là trong trường hợp này tổn thất do trao đổi bức xạ của đầu cặp nhiệt lớn (do mức che chắn bức xạ của môi trường không gian bé) dẫn đến độ chênh nhiệt độ giữa đầu cặp nhiệt và môi trường trong buồng sấy tăng để bù đắp tổn thất nhiệt bằng bức xạ. Ở chế độ nhiệt độ cao, do độ chứa hơi lớn, làm lượng hơi nước trong không khí tăng dần đến mức độ che chắn bức xạ của môi trường trong không gian tăng và qua đó tổn thất bức xạ của đầu cặp nhiệt giảm làm giảm sai số kết quả đo.
Ta xuất các giá trị nhiệt độ tính toán theo Fluent tại các điểm đo ra bảng 5.11 để so sánh với bảng số liệu thực nghiệm được thể hiện ở bảng 5.12, thể hiện trên đồ thị hình 5.23. Qua bảng 5.11, 5.12 và đồ thị hình 5.23, ta vẫn thấy được sai khác giữa kết quả mô phỏng bằng phần mềm Fluent với kết quả thực nghiệm. Đó là kết quả mô phỏng có giá trị nhiệt độ cao hơn kết quả thực nghiệm. Bởi vì do có bức xạ nhiệt của thiết bị đo và tổn thất nhiệt của buồng sấy dân đến kết quả đo được thấp hơn mô phỏng, lý thuyết.
Hình 5.23: Nhiệt độ trong buồng sấy – kết quả mô phỏng và thực nghiệm ở chế độ nhiệt độ thấp
79 b/ phân bố tốc độ
Hình 5.24: Phân bố vận tốc
Hình 5.24: Trường dòng vận tốc
80
Phân bố vận tốc trong buồng sấy được thể hiện trên các hình 5.23 và 5.24.
Ở đây ta thấy rằng ở chế độ nhiệt độ thấp, áp suất thấp thì tốc độ của dòng nhỏ hơn ở chế độ nhiệt độ cao. Do đó, chiều dài của luồng phun ngắn hơn.
Ta cũng quan sát thấy rằng luồng phun hỗn hợp đã chia buồng sấy ra làm hai phần đối xứng nhau, chứng tỏ các giá trị vận tốc trong buồng sấy vẫn có tính đối xứng trong trường hợp này.
c/ phân bố áp suất
Phân bố áp suất trong buồng sấy được trình bày trên các hình 5.25 và 5.26.
Áp suất trong buồng sấy ở trường hợp này hầu như không có thay đổi và có giá trị trong khoảng từ 93355 Pa đến 125000 Pa. Áp suất phân bố khá đồng đều.
Hình 5.25: Phân bố áp suất
81
Hình 5.26: Phân bố áp suất 3D