Luận án Nghiên cứu mô phỏng các quá trình nhiệt trong hệ thống sản xuất nước nóng dùng bộ thu năng lượng mặt trời kết hợp với bơm nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
--------------------------------------- 
TẠ VĂN CHƯƠNG 
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT 
TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC NÓNG DÙNG BỘ 
THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KẾT HỢP VỚI BƠM NHIỆT 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT 
Hà Nội - 2017 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
--------------------------------------- 
TẠ VĂN CHƯƠNG 
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT 
TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC NÓNG DÙNG BỘ 
THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KẾT HỢP VỚI BƠM NHIỆT 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT 
Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt 
 Mã số: 62520115 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
1. PGS.TS. NGUYỄN NGUYÊN AN 
2. PGS.TS. HÀ MẠNH THƯ 
Hà Nội - 2017 
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi, được thực 
hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn. Các số liệu và kết quả 
nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ 
công trình nào. 
 Hà Nội, ngày 26 tháng 7 năm 2017 
Tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh 
PGS.TS. Nguyễn Nguyên An PGS.TS. Hà Mạnh Thư Tạ Văn Chương 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 
Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt – Lạnh, các thầy cô 
và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến quý báu 
giúp tôi hoàn thành bản luận án này. 
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến hai Thầy 
hướng dẫn khoa học, PGS.TS. Nguyễn Nguyên An và PGS.TS. Hà Mạnh Thư đã 
hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá 
trình thực hiện luận án. 
Tôi xin cảm ơn gia đình và người thân đã luôn bên tôi, ủng hộ và động viên 
tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. 
Tôi xin chân thành cảm ơn! 
Hà Nội, ngày 26 tháng 7 năm 2017 
Tác giả luận án 
Tạ Văn Chương 
iii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i 
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ ii 
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................... vi 
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1 
2. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu .................................. 3 
3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 3 
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án ................................... 4 
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ......................................................................................... 6 
1.1. Nhu cầu sử dụng nước nóng ở nước ta ................................................... 6 
1.2. Sản xuất nước nóng dùng bộ thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt ........... 6 
1.3. Vai trò của việc mô phỏng hệ thống NNMTBN ..................................... 8 
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................. 8 
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ............................................................................. 8 
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................................ 22 
1.4.3. Các vấn đề tồn tại ....................................................................................................... 25 
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT 
NƯỚC NÓNG DÙNG BỘ THU NNMT KẾT HỢP VỚI BƠM NHIỆT ............. 27 
2.1. Lý thuyết chung về mô phỏng .............................................................. 27 
2.2. Cơ sở lý thuyết mô phỏng hệ thống NNMTBN.................................... 29 
2.2.1. Mô phỏng bơm nhiệt................................................................................................. 29 
2.2.1.1. Mô phỏng bơm nhiệt theo phương pháp kết hợp .................................................. 30 
2.2.1.2. Mô phỏng bơm nhiệt theo phương pháp hàm đặc tính ....................................... 46 
2.2.2. Mô phỏng bình chứa nước nóng và bộ thu NLMT ............................................. 47 
2.2.2.1. Phương pháp mô phỏng số CFD ............................................................................... 47 
2.2.2.2. Nghiên cứu mô phỏng đối tượng trong môi trường lập trình CFD .................. 48 
2.2.2.3. Mô phỏng bình chứa nước nóng ............................................................................... 52 
iv 
2.2.2.4. Mô phỏng bộ thu NLMT ............................................................................................ 53 
2.2.3. Mô phỏng hệ thống NNMTBN .............................................................................. 57 
2.3. Kết luận chương 2 ................................................................................. 61 
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT 
NƯỚC NÓNG DÙNG BỘ THU NLMT KẾT HỢP VỚI BƠM NHIỆT .............. 62 
3.1. Xây dựng phần mềm mô phỏng bơm nhiệt........................................... 62 
3.1.1. Xây dựng phần mềm mô phỏng máy nén............................................................. 62 
3.1.2. Xây dựng phần mềm mô phỏng bơm nhiệt .......................................................... 63 
3.2. Xây dựng phần mềm mô phỏng bộ thu NLMT .................................... 64 
3.2.1. Xây dựng phần mềm mô phỏng bộ thu NLMT có bình chứa nước nóng ...... 64 
3.2.3. Mô phỏng hoạt động của ống thủy tinh chân không ........................................... 79 
3.3. Xây dựng phần mềm mô phỏng hệ thống NNMTBN .......................... 82 
3.3.1. Xác định hàm đặc tính của bơm nhiệt .................................................................... 82 
3.3.2. Xác định hàm đặc tính của bộ thu NLMT ............................................................ 83 
3.3.3. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống NNMTBN 30 m3 ................................ 85 
3.3.4. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống NNNLMT............................................ 89 
3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................. 92 
CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ............ 93 
4.1. Xây dựng hệ thống thí nghiệm kiểm chứng .......................................... 93 
4.2. Hệ thống thí nghiệm của đề tài KC.05.03/11-15 ................................ 101 
4.2.1. Hệ thống NNMTBN tại Nha Trang .................................................................... 101 
4.2.2. Hệ thống NNMTBN tại Hà Nội .......................................................................... 104 
4.3. Đánh giá độ tin cậy của kết quả mô phỏng bộ thu NLMT và hệ thống 
NNMTBN .................................................................................................. 107 
4.3.1. Đánh giá độ tin cậy của kết quả mô phỏng bộ thu NLMT.............................. 107 
4.3.2. Đánh giá độ tin cậy của kết quả mô phỏng hệ thống NNMTBN 30 m3 ...... 109 
4.3.3. Đánh giá độ tin cậy của kết quả mô phỏng hệ thống NNNLMT .................. 110 
4.4. Đánh giá độ tin cậy của kết quả mô phỏng bơm nhiệt ....................... 114 
4.5. Kết luận chương 4 ............................................................................... 119 
v 
CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀO THỰC TẾ ......... 120 
5.1. Nghiên cứu các thông số hoạt động của ống thủy tinh chân không ... 120 
5.2. Phân tích hiệu quả năng lượng của bơm nhiệt .................................... 123 
5.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống sản xuất nước nóng dùng bộ thu NLMT kết 
hợp với bơm nhiệt ...................................................................................... 124 
5.4. Kết luận chương 5 ............................................................................... 134 
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ..................................................................................... 135 
Kết luận......................................................................................................................................... 135 
Đề xuất .......................................................................................................................................... 136 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............... 137 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 138 
vi 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 
Các ký hiệu theo chữ Latinh 
Ký hiệu Tên đại lượng Thứ nguyên 
pC Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp kJ/(kgK) 
COP Hệ số bơm nhiệt - 
Dn Đường kính ngoài của ống m 
Dt Đường kính trong của ống m 
d Đường kính trong của ống m 
ntf Tỷ lệ diện tích vùng bão hoà trong TBNT - 
F Diện tích m2 
btF Diện tích bề mặt của bộ thu m
2 
bhF Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của TBBH m
2 
ntF Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của TBNT m
2 
FR Hệ số lấy nhiệt của bộ thu - 
G Cường độ BXMT hấp thụ trên một đơn vị diện tích W/m2 
Hd Tổng lượng tán xạ ngày trên mặt phẳng ngang kJ/(m2ngày) 
Hg Tổng lượng bức xạ ngày trên mặt phẳng ngang kJ/(m2ngày) 
Ht Tổng lượng bức xạ ngày trên bề mặt bộ thu NLMT kJ/(m2ngày) 
i Entanpi kJ/kg 
I Cường độ bức xạ toàn phần trên mặt phẳng bộ thu W/m2 
Ig Cường độ bức xạ tổng xạ trên mặt phẳng ngang W/m2 
Ib Cường độ bức xạ trực xạ trên mặt phẳng ngang W/m2 
Id Cường độ bức xạ tán xạ trên mặt phẳng ngang W/m2 
Ir Cường độ bức xạ phản xạ trên mặt phẳng ngang W/m2 
Is Cường độ bức xạ toàn phần trên mặt phẳng ngang W/m2 
k Hệ số truyền nhiệt W/(m2K) 
bhk Hệ số truyền nhiệt của TBBH W/(m
2 K) 
nt,ngk Hệ số truyền nhiệt vùng bão hoà của TBNT W/(m
2K) 
nt,qnk Hệ số truyền nhiệt vùng quá nhiệt TBNT W/(m
2K) 
lo Chiều dài ống thủy tinh chân không m 
vii 
lr Công nén riêng thực của máy nén kJ/kg 
ls Công nén riêng đoạn nhiệt thuận nghịch của máy 
nén 
kJ/kg 
M Lượng nước trong hệ thống kg 
m Lưu lượng khối lượng môi chất kg/s 
Nel Công suất điện của máy nén kW 
Nme Công suất cơ của máy nén kW 
Nr Công suất nén thực của máy nén kW 
Ns Công suất nén thuận nghịch của máy nén kW 
p Áp suất Pa 
Q Năng suất nhiệt kW 
Qbt Năng suất nhiệt hữu ích của bộ thu NLMT kW 
Qht Năng suất nhiệt hấp thụ trên bề mặt bộ thu NLMT kW 
qo Năng suất lạnh riêng của TBBH kJ/kg 
oQ Năng suất lạnh kW 
qk Năng suất thải nhiệt riêng của TBNT kJ/kg 
kQ Năng suất thải nhiệt kW 
Qtt Nhiệt tổn thất kW 
rb Hệ số chuyển đổi đối với thành phần trực xạ - 
rd Hệ số chuyển đổi đối với thành phần tán xạ - 
rr Hệ số chuyển đổi đối với thành phần phản xạ - 
Rij Tensor ứng suất Reynolds kg/(ms2) 
t Nhiệt độ oC 
th Nhiệt độ mối hàn giữa tấm hấp thụ và ống oC 
tkk Nhiệt độ môi trường oC 
tm,min Nhiệt độ cực tiểu trung bình tháng oC 
ot Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh 
oC 
kt Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh 
oC 
vt Nhiệt độ môi chất cấp nhiệt cho TBBH 
oC 
rt Nhiệt độ môi chất làm mát TBNT 
oC 
wt Nhiệt độ bề mặt 
oC 
viii 
u Vận tốc m/s 
Utt Hệ số tổn thất nhiệt toàn phần của bộ thu W/(m2K) 
V Thể tích m3 
qV Thể tích quét của máy nén cm
3 
ltV Lưu lượng thể tích lý thuyết tại đầu hút máy nén cm
3/s 
W Khoảng cách giữa tâm các ống m 
Δ Sai lệch - 
mt Chênh lệch nhiệt độ đơn vị Km
2/W 
,m mt Trung bình ngày của chênh lệch nhiệt độ đơn vị Km
2/W 
k,bht Chênh lệch nhiệt độ trung bình vùng bão hoà trong 
TBNT 
K 
k,qnt 
Chênh lệch nhiệt độ trung bình vùng quá nhiệt 
TBNT 
K 
ot Chênh lệch nhiệt độ trung bình trong TBBH K 
qlt Độ quá lạnh K 
qnt Độ quá nhiệt K 
Các ký hiệu theo chữ Hy Lạp 
Ký hiệu Tên đại lượng Thứ nguyên 
𝛼 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu W/(m2K) 
 Góc nghiêng của bộ thu độ 
 Góc tới tia bức xạ độ 
 Góc vĩ độ mặt trời độ 
 Sai số tương đối % 
γ Góc phương vị độ 
 Góc chắn tia trực xạ độ 
 Góc vĩ độ độ 
 Góc thời gian độ 
 mt Hệ số phản xạ của môi trường xung quanh - 
 Hiệu suất thể tích của máy nén - 
slip Hệ số trượt của động cơ máy nén - 
el Hiệu suất điện của máy nén - 
me Hiệu suất cơ của máy nén - 
s Hiệu suất không thuận nghịch của máy nén - 
ix 
e Hệ số làm lạnh - 
 Thời gian s 
t,max Số giờ nắng trong ngày h/ngày 
( ) Tích số truyền – hấp thụ - 
ρ Khối lượng riêng kg/m3 
 Độ nhớt động học của môi chất m2/s 
μ Độ nhớt động lực học của môi chất Pa.s 
Chỉ số trên, dưới Ý nghĩa 
 a Môi trường 
bd Ban đầu 
bh Bão hòa, bay hơi 
bn Bơm nhiệt 
bt Bộ thu NLMT 
d Đẩy 
e Bay hơi 
el Điện 
h Hút 
ht Hấp thụ 
hi Hữu ích 
k Ngưng tụ 
kk Không khí 
mt Mặt trời, môi trường 
me Cơ khí 
n Nước, năm 
ng Ngưng 
nn Nước nóng 
nt Ngưng tụ 
o Thông số ban đầu, bay hơi 
ql Quá lạnh 
x 
qn Quá nhiệt 
r Ra, thực, môi chất lạnh 
s Đoạn nhiệt 
tb Trung bình 
tt Tổn thất 
tư Tối ưu 
v Vào 
Các chữ viết tắt 
Ký hiệu Tên đại lượng 
ANNL An ninh năng lượng 
BN Bơm nhiệt 
BXMT Bức xạ mặt trời 
CĐBX Cường độ bức xạ 
CFD Computational Fluid Dynamics 
EES Engineering Equation Solver 
Hệ thống NNMTBN 
Hệ thống sản xuất nước nóng dùng bộ thu năng 
lượng mặt trời kết hợp với bơm nhiệt 
Hệ thống NNNLMT 
Hệ thống sản xuất nước nóng dùng bộ thu năng 
lượng mặt trời 
NLMT Năng lượng mặt trời 
SSTĐ Sai số tương đối 
TBBH Thiết bị bay hơi 
TBNT Thiết bị ngưng tụ 
TRNSYS Transient System Simulation Tool 
xi 
DANH MỤC CÁC BẢNG 
Bảng 3.1. Thông số lắp đặt bộ thu NLMT có bình chứa 200 lít ..................... 66 
Bảng 3.2. Mẫu số liệu thực nghiệm bộ thu NLMT có bình chứa 200 lít......... 68 
Bảng 3.3. Số liệu thực nghiệm (thu gọn) bộ thu NLMT có bình chứa 200 lít . 68 
(thuộc đề tài KC.05.03/11-15 ở điểm Hà Nội) ................................................ 68 
Bảng 3.4. Kết quả mô phỏng bộ thu NLMT có bình chứa .............................. 73 
Bảng 3.5. Số liệu thực nghiệm của bộ thu NLMT không có bình chứa .......... 75 
Bảng 3.6. Kết quả mô phỏng bộ thu NLMT 25 ống không có bình chứa ....... 76 
Bảng 3.7. Số liệu thực nghiệm (thu gọn) trong mô phỏng bộ thu NLMT ....... 77 
Bảng 3.8. Giá trị các thông số hoạt động trong mô phỏng ............................ 81 
Bảng 3.9. Kết quả mô phỏng công suất gia nhiệt của bơm nhiệt ................... 83 
Bảng 3.10. Các thông số tính toán hàm đặc tính đặc tính của bộ thu NLMT 84 
Bảng 3.11. Giá trị các thông số tính toán ....................................................... 87 
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của các thiết bị đo trong hệ thống .................... 95 
Bảng 4.2. Thông số lắp đặt bộ thu năng lượng mặt trời ................................. 95 
Bảng 4.3. Mẫu số liệu thực nghiệm về nhiệt độ nước trong bình chứa nước 
nóng .............................. ... 8 802.1 -4.1 -0.514 
10 -5 60 807 802.1 4.9 0.607 
11 0 40 780 809.7 -29.7 -3.808 
12 0 45 820 848.6 -28.6 -3.488 
13 0 50 855 878.6 -23.6 -2.760 
14 0 55 885 899.3 -14.3 -1.616 
15 0 60 908 909.9 -1.9 -0.209 
16 0 65 924 909.7 14.3 1.548 
17 5 40 818 852.1 -34.1 -4.169 
18 5 45 870 906.4 -36.4 -4.184 
19 5 50 919 950.7 -31.7 -3.449 
20 5 55 964 984.6 -20.6 -2.137 
21 5 60 1003 1007 -4 -0.399 
22 5 65 1036 1018 18 1.737 
23 10 40 841 872.6 -31.6 -3.757 
24 10 45 907 944.8 -37.8 -4.168 
25 10 50 971 1006 -35 -3.605 
26 10 55 1032 1055 -23 -2.229 
27 10 60 1088 1092 -4 -0.368 
28 10 65 1140 1116 24 2.105 
29 15 40 845 866.4 -21.4 -2.533 
30 15 45 927 959.3 -32.3 -3.484 
31 15 50 1008 1039 -31 -3.075 
32 15 55 1086 1106 -20 -1.842 
33 15 60 1162 1160 2 0.172 
34 15 65 1233 1199 34 2.758 
35 20 40 827 828 -1 -0.121 
36 20 45 926 944.9 -18.9 -2.041 
37 20 50 1026 1047 -21 -2.047 
38 20 55 1124 1135 -11 -0.979 
39 20 60 1219 1208 11 0.902 
40 20 65 1312 1264 48 3.659 
24 
Phụ lục 19. Tính toán nhiệt tổn thất từ hệ thống NLMTBN ra môi trường 
Hệ thống NNMTBN được nghiên cứu là hệ thống thực tế được lắp đặt ở 
thành phố Nha Trang (các thông số kỹ thuật của hệ thống xem bảng 4.4). Mỗi ngày, 
trong mọi điều kiện thời tiết, hệ thống phải đảm bảo cung cấp được 16 m3 nước 
nóng ở nhiệt độ 55 oC. 
Trong quá trình hoạt động, hệ thống NLMTBN hoạt động theo mô hình như 
hình 2.15 luôn có nhiệt tổn thất ra môi trường, Qtt [W], là lượng nhiệt tỏa ra môi 
trường từ bình chứa nước nóng. Theo [36], lượng nhiệt tổn thất này phụ thuộc vào 
diện tích của bình chứa nước nóng, Fw [m2], nhiệt độ trung bình bề mặt của bình, 
tw,tb [oC], nhiệt độ môi trường, tkk [oC], hệ số trao đổi nhiệt với môi trường αkk 
[W/(m2K)] và được xác định theo công thức: 
w,(t )tt kk w tb kkQ F t 
Trong công thức trên: diện tích bề mặt của bình chứa nước nóng và nhiệt độ 
môi trường tại địa điểm lắp đặt là các thông số đã biết; hệ số trao đổi nhiệt của môi 
trường αmt có thể xác định theo [4]; nhiệt độ trung bình bề mặt của bình chứa nước 
nóng tw,tb là đại lượng chưa biết, sẽ được xác định thông qua việc xử lý kết quả mô 
phỏng hệ thống. Từ đó, ta tính toán được nhiệt tổn thất từ hệ thống ra môi trường. 
Tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống NNMTBN và nạp các 
thông số cần thiết cho mô hình như mục 3.3. Với mục đích xác định giá trị nhiệt tổn 
thất từ hệ thống ra môi trường, Qtt, trung bình trong một năm nhằm phân tích phân 
bố năng lượng trong hệ thống. Trong mô hình mô phỏng này, nhiệt độ môi trường 
được sử dụng là nhiệt độ cực tiểu trung bình năm của thành phố Nha Trang, tkk,n; 
cường độ bức xạ nạp vào mô hình là bức xạ tổng xạ trên mặt phẳng ngang trung 
bình năm, Ig,n. Chạy mô phỏng và xử lý kết quả mô phỏng ta xác định được nhiệt độ 
trung bình bề mặt của bình chứa nước nóng từ đó tính được nhiệt tổn thất ra môi 
trường. Lưu lượng và nhiệt độ nước nóng mà hệ thống cần cung cấp đã biết, kết hợp 
với nhiệt độ môi trường trung bình của thành phố Nha Trang ta tính được lượng 
nhiệt cần cấp để gia nhiệt nước nóng trung bình năm của hệ thống, Qnn,tb. Từ đó có 
thể tính được tỷ lệ giữa nhiệt tổn thất và nhiệt hữu ích ( ,/tt nn tbQ Q ) của hệ thống. Kết quả 
cho thấy, tỷ lệ này trong hệ thống NNMTBN là khoảng 3 %. Chi tiết các số liệu tính 
toán và kết quả thu được thể hiện trên bảng sau: 
25 
Bảng P1. Tính toán nhiệt tổn thất từ hệ thống NNMTBN ra môi trường (Nha Trang) 
𝜏mp [s] 
tkk,n 
[oC] 
Ig,n 
[W/m2] 
Fw 
[m2] 
tnn,mp 
[oC] 
tw,tb 
[oC] 
Qtt 
[MJ/ngày] 
Qnn,tb 
[MJ/ngày] 
,
tt
nn tb
Q
Q
0 23,9 459 68,969 55,00 23,9 - - - 
600 23,9 459 68,969 55,26 24,472 68,29 2084,628 0,03 
1200 23,9 459 68,969 55,5 24,473 68,17 2084,628 0,03 
1800 23,9 459 68,969 55,86 24,473 68,29 2084,628 0,03 
2400 23,9 459 68,969 56,11 24,474 68,29 2084,628 0,03 
3000 23,9 459 68,969 56,39 24,475 68,41 2084,628 0,03 
3600 23,9 459 68,969 56,62 
24,473 68,53 2084,628 0,03 
 Tiến hành nghiên cứu tương tự trong trường hợp hệ thống NNMTBN trên 
được lắp đặt tại Hà Nội ta có bảng kết quả sau: 
Bảng P2. Tính toán nhiệt tổn thất từ hệ thống NNMTBN ra môi trường (Hà Nội) 
𝜏mp [s] 
tkk,n 
[oC] 
Ig,n 
[W/m2] 
Fw 
[m2] 
tnn,mp 
[oC] 
tw,tb 
[oC] 
Qtt 
[MJ/ngày] 
Qnn,tb 
[MJ/ngày] 
,
tt
nn tb
Q
Q
0 21,2 378 68,969 55,00 21,2 - - - 
600 21,2 378 68,969 55,20 21,773 68,29 2265,463 0,03 
1200 21,2 378 68,969 55,39 21,775 68,53 2265,463 0,03 
1800 21,2 378 68,969 55,66 21,776 68,65 2265,463 0,03 
2400 21,2 378 68,969 56,89 21,776 68,65 2265,463 0,03 
3000 21,2 378 68,969 56,12 21,777 68,77 2265,463 0,03 
3600 21,2 378 68,969 56,30 
21,778 68,89 2265,463 0,03 
Theo kết quả tính toán như các bảng trên, nhiệt tổn thất từ hệ thống NNMTBN 
ra môi trường khi hệ thống lắp đặt ở thành phố Nha Trang và Hà Nội là tương đối ổn định 
và chiếm khoảng 3 % so với lượng nhiệt cần để gia nhiệt nước nóng trong hệ thống. Tỷ lệ 
nhiệt tổn thất này cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu khác đã được công bố trên thế 
giới [77], [86]. 
26 
Phụ lục 20. Thiết lập bộ giải cho mô phỏng hệ thống NLMTBN 
Phụ lục 21. Thiết lập các miền tính toán và các điều kiện biên cho mô phỏng hệ 
thống NNMTBN 
27 
Phụ lục 22. Thiết lập các thuộc tính cho bộ giải mô phỏng hệ thống NNMTBN 
Phụ lục 23. Thiết lập chế độ mô phỏng không ổn định cho hệ thống NNMTBN 
28 
Phụ lục 24. Code phần mềm mô phỏng hệ thống NNMTBN trong CFX 
LIBRARY: 
 MATERIAL: PU 
 Material Group = User 
 Option = Pure Substance 
 Thermodynamic State = Solid 
 PROPERTIES: 
 Option = General Material 
 EQUATION OF STATE: 
 Density = ro_pu [kg m^-3] 
 Molar Mass = Muy_pu [kg kmol^-1] 
 Option = Value 
 END 
 SPECIFIC HEAT CAPACITY: 
 Option = Value 
 Specific Heat Capacity = cp_pu [J kg^-1 K^-1] 
 END 
 THERMAL CONDUCTIVITY: 
 Option = Value 
 Thermal Conductivity = Landa_pu [W m^-1 K^-1] 
 END 
 END 
 END 
 MATERIAL: Water 
 Material Description = Water (liquid) 
 Material Group = Water Data,Constant Property Liquids 
 Option = Pure Substance 
 Thermodynamic State = Liquid 
 PROPERTIES: 
 Option = IAPWS Library 
 REFERENCE STATE: 
 Option = Automatic 
 END 
 TABLE GENERATION: 
 Maximum Absolute Pressure = 1.1 [bar] 
 Maximum Points = 100 
 Maximum Temperature = 66 [C] 
 Minimum Absolute Pressure = 0.9 [bar] 
 Minimum Temperature = 10 [C] 
 Pressure Extrapolation = No 
 Temperature Extrapolation = Off 
 END 
 ABSORPTION COEFFICIENT: 
 Absorption Coefficient = 1.0 [m^-1] 
 Option = Value 
 END 
29 
 SCATTERING COEFFICIENT: 
 Option = Value 
 Scattering Coefficient = 0.0 [m^-1] 
 END 
 REFRACTIVE INDEX: 
 Option = Value 
 Refractive Index = 1.0 [m m^-1] 
 END 
 END 
 END 
 END 
 FLOW: Flow Analysis 1 
 SOLUTION UNITS: 
 Angle Units = [rad] 
 Length Units = [m] 
 Mass Units = [kg] 
 Solid Angle Units = [sr] 
 Temperature Units = [K] 
 Time Units = [s] 
 END 
 ANALYSIS TYPE: 
 Option = Transient 
 EXTERNAL SOLVER COUPLING: 
 Option = None 
 END 
 INITIAL TIME: 
 Option = Automatic with Value 
 Time = 0 [s] 
 END 
 TIME DURATION: 
 Option = Total Time 
 Total Time = 172800 [s] 
 END 
 TIME STEPS: 
 Option = Timesteps 
 Timesteps = 10 [s] 
 END 
 END 
 DOMAIN: PU 
 Coord Frame = Coord 0 
 Domain Type = Solid 
 Location = MATERIAL_PU 
 BOUNDARY: Domain Interface 1 in PU Side 1 
 Boundary Type = INTERFACE 
 Location = Primitive 2D,Primitive 2D B,Primitive 2D D 
 BOUNDARY CONDITIONS: 
30 
 HEAT TRANSFER: 
 Option = Conservative Interface Flux 
 END 
 END 
 END 
 BOUNDARY: VO NGOAI 
 Boundary Type = WALL 
 Location = VO_NGOAI 
 BOUNDARY CONDITIONS: 
 HEAT TRANSFER: 
 Heat Transfer Coefficient = anfa [W m^-2 K^-1] 
 Option = Heat Transfer Coefficient 
 Outside Temperature = tmt [C] 
 END 
 END 
 END 
 BOUNDARY: VO TRONG 
 Boundary Type = WALL 
 Location = VO_TRONG 
 BOUNDARY CONDITIONS: 
 HEAT TRANSFER: 
 Heat Transfer Coefficient = anfa1 [W m^-2 K^-1] 
 Option = Heat Transfer Coefficient 
 Outside Temperature = tmt1 [C] 
 END 
 END 
 END 
 DOMAIN MODELS: 
 DOMAIN MOTION: 
 Option = Stationary 
 END 
 MESH DEFORMATION: 
 Option = None 
 END 
 END 
 SOLID DEFINITION: Solid 1 
 Material = PU 
 Option = Material Library 
 MORPHOLOGY: 
 Option = Continuous Solid 
 END 
 END 
 SOLID MODELS: 
 HEAT TRANSFER MODEL: 
 Option = Thermal Energy 
 END 
31 
 THERMAL RADIATION MODEL: 
 Option = None 
 END 
 END 
 END 
 DOMAIN: WATER 
 Coord Frame = Coord 0 
 Domain Type = Fluid 
 Location = MATERIAL_WATER 
 BOUNDARY: BN VE 
 Boundary Type = INLET 
 Location = IN_BN 
 BOUNDARY CONDITIONS: 
 FLOW DIRECTION: 
 Option = Normal to Boundary Condition 
 END 
 FLOW REGIME: 
 Option = Subsonic 
 END 
 HEAT TRANSFER: 
 Option = Static Temperature 
 Static Temperature = TBN 
 END 
 MASS AND MOMENTUM: 
 Mass Flow Rate = m1 [kg s^-1] 
 Option = Mass Flow Rate 
 END 
 TURBULENCE: 
 Option = Medium Intensity and Eddy Viscosity Ratio 
 END 
 END 
 END 
 BOUNDARY: Domain Interface 1 in WATER Side 1 
 Boundary Type = INTERFACE 
 Location = Primitive 2D A,Primitive 2D C 
 BOUNDARY CONDITIONS: 
 HEAT TRANSFER: 
 Option = Conservative Interface Flux 
 END 
 MASS AND MOMENTUM: 
 Option = No Slip Wall 
 END 
 WALL ROUGHNESS: 
 Option = Smooth Wall 
 END 
 END 
32 
 END 
 BOUNDARY: MAT THOANG 
 Boundary Type = WALL 
 Location = MAT_THOANG 
 BOUNDARY CONDITIONS: 
 HEAT TRANSFER: 
 Heat Transfer Coefficient = anfa2 [W m^-2 K^-1] 
 Option = Heat Transfer Coefficient 
 Outside Temperature = tmt2 [C] 
 END 
 MASS AND MOMENTUM: 
 Option = No Slip Wall 
 END 
 WALL ROUGHNESS: 
 Option = Smooth Wall 
 END 
 END 
 END 
 BOUNDARY: MT VE 
 Boundary Type = INLET 
 Location = IN_MT 
 BOUNDARY CONDITIONS: 
 FLOW DIRECTION: 
 Option = Normal to Boundary Condition 
 END 
 FLOW REGIME: 
 Option = Subsonic 
 END 
 HEAT TRANSFER: 
 Option = Static Temperature 
 Static Temperature = TMT 
 END 
 MASS AND MOMENTUM: 
 Mass Flow Rate = m2 [kg s^-1] 
 Option = Mass Flow Rate 
 END 
 TURBULENCE: 
 Option = Medium Intensity and Eddy Viscosity Ratio 
 END 
 END 
 END 
 BOUNDARY: TOI BTMT 
 Boundary Type = OUTLET 
 Location = OUT_MT 
 BOUNDARY CONDITIONS: 
 FLOW REGIME: 
33 
 Option = Subsonic 
 END 
 MASS AND MOMENTUM: 
 Mass Flow Rate = m1 [kg s^-1] 
 Option = Mass Flow Rate 
 END 
 END 
 END 
 DOMAIN MODELS: 
 BUOYANCY MODEL: 
 Buoyancy Reference Density = 983.195 [kg m^-3] 
 Gravity X Component = 0 [m s^-2] 
 Gravity Y Component = 0 [m s^-2] 
 Gravity Z Component = -9.81 [m s^-2] 
 Option = Buoyant 
 BUOYANCY REFERENCE LOCATION: 
 Option = Automatic 
 END 
 END 
 DOMAIN MOTION: 
 Option = Stationary 
 END 
 MESH DEFORMATION: 
 Option = None 
 END 
 REFERENCE PRESSURE: 
 Reference Pressure = 1 [bar] 
 END 
 END 
 FLUID DEFINITION: Fluid 1 
 Material = Water 
 Option = Material Library 
 MORPHOLOGY: 
 Option = Continuous Fluid 
 END 
 END 
 FLUID MODELS: 
 COMBUSTION MODEL: 
 Option = None 
 END 
 HEAT TRANSFER MODEL: 
 Option = Thermal Energy 
 END 
 THERMAL RADIATION MODEL: 
 Option = None 
 END 
34 
 TURBULENCE MODEL: 
 Option = SST 
 BUOYANCY TURBULENCE: 
 Option = Production and Dissipation 
 END 
 END 
 TURBULENT WALL FUNCTIONS: 
 Option = Automatic 
 END 
 END 
 END 
 DOMAIN INTERFACE: Domain Interface 1 
 Boundary List1 = Domain Interface 1 in WATER Side 1 
 Boundary List2 = Domain Interface 1 in PU Side 1 
 Interface Type = Fluid Solid 
 INTERFACE MODELS: 
 Option = General Connection 
 FRAME CHANGE: 
 Option = None 
 END 
 HEAT TRANSFER: 
 Option = Conservative Interface Flux 
 HEAT TRANSFER INTERFACE MODEL: 
 Option = None 
 END 
 END 
 PITCH CHANGE: 
 Option = None 
 END 
 END 
 MESH CONNECTION: 
 Option = Automatic 
 END 
 END 
 INITIALISATION: 
 Option = Automatic 
 INITIAL CONDITIONS: 
 Velocity Type = Cartesian 
 CARTESIAN VELOCITY COMPONENTS: 
 Option = Automatic with Value 
 U = 0 [m s^-1] 
 V = 0 [m s^-1] 
 W = 0 [m s^-1] 
 END 
 STATIC PRESSURE: 
 Option = Automatic with Value 
35 
 Relative Pressure = 0 [Pa] 
 END 
 TEMPERATURE: 
 Option = Automatic with Value 
 Temperature = 50 [C] 
 END 
 TURBULENCE INITIAL CONDITIONS: 
 Option = Medium Intensity and Eddy Viscosity Ratio 
 END 
 END 
 END 
 OUTPUT CONTROL: 
 BACKUP RESULTS: Backup Results 1 
 File Compression Level = Default 
 Option = Standard 
 OUTPUT FREQUENCY: 
 Option = Timestep List 
 Timestep List = 1080, 2160, 4320, 8640 
 END 
 END 
 SOLVER CONTROL: 
 Turbulence Numerics = First Order 
 ADVECTION SCHEME: 
 Option = High Resolution 
 END 
 CONVERGENCE CONTROL: 
 Maximum Number of Coefficient Loops = 5 
 Minimum Number of Coefficient Loops = 1 
 Timescale Control = Coefficient Loops 
 END 
 CONVERGENCE CRITERIA: 
 Residual Target = 1.E-4 
 Residual Type = RMS 
 END 
 EQUATION CLASS: continuity 
 ADVECTION SCHEME: 
 Option = High Resolution 
 END 
 TRANSIENT SCHEME: 
 Option = Second Order Backward Euler 
 TIMESTEP INITIALISATION: 
 Option = Automatic 
 END 
 END 
 END 
 EQUATION CLASS: energy 
36 
 ADVECTION SCHEME: 
 Option = High Resolution 
 END 
 TRANSIENT SCHEME: 
 Option = Second Order Backward Euler 
 TIMESTEP INITIALISATION: 
 Option = Automatic 
 END 
 END 
 END 
 EQUATION CLASS: momentum 
 ADVECTION SCHEME: 
 Option = High Resolution 
 END 
 TRANSIENT SCHEME: 
 Option = Second Order Backward Euler 
 TIMESTEP INITIALISATION: 
 Option = Automatic 
 END 
 END 
 END 
 TRANSIENT SCHEME: 
 Option = Second Order Backward Euler 
 TIMESTEP INITIALISATION: 
 Option = Automatic 
 END 
 END 
 END 
 END 
 COMMAND FILE: 
 Version = 15.0 
 Results Version = 15.0 
 END 
 SIMULATION CONTROL: 
 EXECUTION CONTROL: 
 EXECUTABLE SELECTION: 
 Double Precision = Off 
 END 
 INTERPOLATOR STEP CONTROL: 
 Runtime Priority = Standard 
 MEMORY CONTROL: 
 Memory Allocation Factor = 3 
 END 
 END 
 PARALLEL HOST LIBRARY: 
 HOST DEFINITION: admin 
37 
 Host Architecture String = winnt-amd64 
 Installation Root = C:\Program Files\ANSYS Inc\v%v\CFX 
 END 
 END 
 PARTITIONER STEP CONTROL: 
 Multidomain Option = Independent Partitioning 
 Runtime Priority = Standard 
 EXECUTABLE SELECTION: 
 Use Large Problem Partitioner = Off 
 END 
 MEMORY CONTROL: 
 Memory Allocation Factor = 3 
 END 
 PARTITIONING TYPE: 
 MeTiS Type = k-way 
 Option = MeTiS 
 Partition Size Rule = Automatic 
 Partition Weight Factors = 0.33333, 0.33333, 0.33333 
 END 
 END 
 RUN DEFINITION: 
 Run Mode = Full 
 Solver Input File = F:\161016 Sys 30m3\RUN SST NOB\1.def 
 END 
 SOLVER STEP CONTROL: 
 Runtime Priority = Standard 
 MEMORY CONTROL: 
 Memory Allocation Factor = 3 
 END 
 PARALLEL ENVIRONMENT: 
 Number of Processes = 3 
 Start Method = Platform MPI Local Parallel 
 Parallel Host List = admin*3 
 END 
 END 
 END 
 END