Thiết Bị Transient Hot Bridge Thb-100 Và Brookfield Dv2Tha

Hình 3.16. Thiết bị Transient Hot Bridge THB-100 và Brookfield DV2THA

3.4. Kết luận chương 3

Luận án đã chế tạo thành công chất lỏng nanô chứa CNTs để quản lý nhiệt cho vệ tinh. Trước khi chế tạo, CNTs cần phải được biến tính để tăng cường khả năng phân tán trong chất lỏng nền. Sau đó, các tính chất của chất lỏng nanô chứa CNTs được đo đạc bằng các phương pháp: phổ Raman, thế Zeta, và phổ phân tán Zeta- Sizer. Các thiết bị như KIMO TK62, Transient Hot Bridge THB-100 và Brookfield DV2THA cũng được dùng để đo dải nhiệt độ hoạt động, độ nhớt, và khối lượng riêng của chất lỏng nanô.

Kết quả thí nghiệm cho thấy CNTs phân tán tốt trong chất lỏng nền Coolanol- 20 với thế -48,4 mV Zeta. Với hàm lượng 1,0 %vol của CNTs-OH ở 30oC, ta thấy độ dẫn nhiệt của chất lỏng nanô có sự gia tăng là 59%. Sự gia tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng nanô đạt giá trị lớn nhất là 65%, ứng với hàm lượng CNTs là 1,0 %vol và nhiệt độ là 60oC.

Chương này cũng đề xuất một mô hình lý thuyết để giải thích sự tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền đa thành phần khi nhiệt độ tăng (do chuyển động Brown của các phân tử). Luận án sau đó thực hiện việc tính toán độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền tại một số nhiệt độ đại diện trong dải hoạt động của vệ tinh trên môi trường không gian (từ -75oC đến 100oC).

Những kết quả trên mở ra ứng dụng tiềm năng của CNTs trong chất lỏng nanô

để quản lý nhiệt cho vệ tinh theo cách chủ động. Quy trình chế tạo chất lỏng nanô

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 149 trang tài liệu này.

đã được Cục Sở hữu Trí tuệ chấp nhận đơn đăng ký sáng chế, số: 14062/QĐ-SHTT. Các kết quả của quá trình chế tạo và khảo sát tính chất dẫn nhiệt của chất lỏng nền Coolanol-20 đã được đăng trên tạp chí “Xúc tác và hấp phụ Việt Nam”, năm 2021.

CHƯƠNG 4. THỬ NGHIỆM CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTs TRÊN MÔ HÌNH VỆ TINH TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM

4.1. Mở đầu

Sau khi đã đưa ra mô hình tính toán lý thuyết và chế tạo thành công chất lỏng nền chứa CNTs cũng như khảo sát tính chất của chất lỏng, chương cuối của luận án sẽ tập trung vào trình bày kết quả xây dựng mô hình mô phỏng môi trường hoạt động của vệ tinh cũng như mô hình vệ tinh để có thể thử nghiệm chất lỏng đã chế tạo thành công trong các điều kiện hoạt động thực tế. Thử nghiệm chất lỏng nền trong môi trường mô phỏng là một bước rất quan trọng trước khi tiến đến thử nghiệm chất lỏng nền trong vệ tinh thực tế, vốn rất đắt đỏ và tiêu tốn nhiều thời gian, công sức để chế tạo. Nếu như việc thử nghiệm cho thấy hiệu quả tốt, đây sẽ là một bước tiến đáng kể trong việc ứng dụng chất lỏng nanô trong quản lý nhiệt cho vệ tinh nhỏ và mở ra nhiều hướng nghiên cứu hấp dẫn trong tương lai. Trước đó, quản lý nhiệt chủ động trong chất lỏng thường chỉ được thực hiện cho các vệ tinh kích thước lớn [108-113].

Trong chương này, một số kết quả đạt được trong việc xây dựng thiết bị và khảo sát hiệu quả của chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs cho mô hình vệ tinh sẽ được trình bày.

4.2. Thiết kế mô hình buồng chân không nghiên cứu phỏng vệ tinh cho quá trình quản lý nhiệt

4.2.1. Sơ đồ nguyên lý của buồng chân không

Để thực hiện việc thử nghiệm chất lỏng đặc chủng chứa CNTs trong việc nâng cao hiệu quả quản lý nhiệt trên thiết bị mô phỏng của vệ tinh trong phòng thí nghiệm, luận án thực hiện các bước sau:

- Thiết kế và chế tạo một mô hình vệ tinh tại phòng thí nghiệm nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu quá trình quản lý nhiệt của vệ tinh. Mô hình vệ tinh tại phòng thí nghiệm được thiết kế sao cho tiếp cận gần nhất với vệ tinh thật trong thực tế về mặt quản lý nhiệt [114-116].

Hình 4.1. Đồ thị sự phụ thuộc độ dẫn nhiệt của không khí theo áp suất [117]

- Để đáp ứng được bài toán quản lý nhiệt trong không gian, mô hình vệ tinh được đặt trong buồng chân không với áp suất 10-4 bar để đảm bảo không có hiện tượng đối lưu truyền nhiệt, giống với trên môi trường không gian. Như trên hình 4.1 cho thấy, ở điều kiện áp suất 10-4 bar thì độ dẫn nhiệt của không khí gần như bằng không. Lúc này không khí gần như không còn tham gia vào quá trình trao đổi truyền nhiệt.

- Ở một phía buồng chân không được bố trí nguồn sáng có công suất phát xạ nhiệt mạnh để mô phỏng bức xạ mặt trời vào ban ngày (công suất phát xạ từ 0 – 7,5 kW/m2), để nhiệt độ bề mặt vệ tinh tiếp xúc phía nguồn sáng có thể đạt đến đỉnh là 100oC. Ngược lại, một phía khác của buồng chân không được bố trí bộ phận làm lạnh bằng nitơ lỏng để mô phỏng trường hợp vệ tinh có nhiệt độ thấp vào ban đêm (có để chạm tới ngưỡng dưới là -75oC). Các điều kiện môi trường hoạt động của vệ tinh sẽ được mô phỏng theo thời gian thực để gần với điều kiện môi trường thực tế nhất trong quá trình nghiên cứu. Luận án lựa chọn phương pháp quản lý nhiệt cho vệ tinh trong mô hình nghiên cứu là phương pháp chất lỏng tuần hoàn dùng bơm (PFL). Mô hình của buồng chân không cũng như các thiết bị cần thiết được dùng để

mô phỏng quá trình quản lý nhiệt sử dụng chất lỏng nanô cho vệ tinh như được thể hiện trên hình 4.2.

Hình 4.2. Mô hình buồng chân không được sử dụng để mô phỏng quá trình quản lý nhiệt của vệ tinh sử dụng chất lỏng tản nhiệt nanô

Chất lỏng đặc chủng chứa thành phần CNTs sẽ được đưa vào hệ thống quản lý nhiệt bằng chất lỏng của vệ tinh để thử nghiệm độ hiệu quả. Các thông số của hệ thống điều khiển nhiệt khi hoạt động trong môi trường giả lập sẽ được so sánh giữa các trường hợp khác nhau bao gồm: chất lỏng đặc chủng không có CNTs, chất lỏng đặc chủng có CNTs với các hàm lượng và thông số kỹ thuật khác nhau. Thông qua sự so sánh, luận án sẽ đánh giá được hiệu quả của hệ thống điều khiển nhiệt khi có thêm thành phần CNTs trong chất lỏng.

4.2.2. Bản vẽ thiết kế mặt cắt của mô hình buồng chân không

Hình 4.3 là bản vẽ thiết kế mặt cắt ngang của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh.

Trên hình 4.3 có thể quan sát được thiết kế buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh bao gồm những bộ phận chính như sau:

- Vỏ buồng chân không: được làm từ vật liệu thép để đảm bảo chịu được áp suất cao.

Hình 4.3. Bản vẽ thiết kế mặt cắt ngang của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh

Hình 4.4. Bản vẽ thiết kế mặt cắt dọc của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh

- Nắp buồng chân không: được làm từ thép và có lớp cao su và dầu mỡ để đảm bảo độ kín chân không.

- Bộ phận phát nhiệt: 04 bánh phát, công suất của mỗi bánh phát vào khoảng 2 kW và được điều khiển bằng thiết bị điều khiển bên ngoài.

- Bộ phận hút chân không: Buồng được hút chân không bởi một bơm chân không để đạt được áp suất 10-4 bar.

- Bộ phận đo áp suất: là đồng hồ đo áp suất đặt ở trước của buồng đo.

- Bộ phận nhiệt độ thấp: bao gồm một bình đựng nitơ lỏng để cung cấp cho buồng nitơ bên trong thùng, có thể đạt đến -75oC.

- Bộ phận điều khiển: nằm ở phía trên có thể điều khiển hoạt động của buồng chân không.

Tương tự, hình 4.4 là bản thiết kế theo mặt cắt dọc của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh.

4.2.3. Bản vẽ thiết kế 3D của mô hình buồng chân không

Hình 4.5 và hình 4.6 là bản vẽ thiết kế 3D mặt trước của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh. Có thể quan sát rõ các chi tiết của hệ thống bao gồm: vỏ buồng chân không, nắp buồng chân không, bộ phận phát, bộ phận hút chân không, đồng hồ đo áp suất, bộ phận nhiệt độ thấp và bộ phận điều khiển.

Hình 4.7 và hình 4.8 là bản thiết kế 3D mặt sau của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh, có thể quan sát thấy rõ vị trí của bơm chân không, các hệ thống đường dẫn chất lỏng nitơ, hệ thống thoát khí, hệ thống dây điều khiển điện và dây đo cảm biến nhiệt của buồng chân không, cùng các đường khí nối giữa bơm chân không và buồng chân không. Các hệ thống được liên kết với kích thước và vị trí tối ưu trong thiết kế.

Hình 4.9 là bản thiết kế 3D mặt trên của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh. Có thể quan sát thấy rõ vị trí của bảng điều khiển hệ thống, ngoài ra còn có bơm chân không, các hệ thống đường dẫn chất lỏng nitơ, hệ thống thoát khí, hệ thống dây điều khiển điện và dây đo cảm biến nhiệt của buồng chân không. Có thể nói buồng chân không đã được luận án nghiên cứu và thiết kế một cách tối ưu, và điều đó đã được thể hiện chi tiết thông qua các bản vẽ trên.

Hình 4.5. Bản vẽ 3D mặt trước của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh

Hình 4.6. Bản vẽ 3D mặt trước của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh