Luận văn:Nghiên cứu cơ sở tính toán thiết kế thiết bị tích trữ năng lượng nhiệt mặt trời dùng môi chất nóng chảy

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

120
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sức sóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên Trái Đất. Chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu cơ sở tính toán thiết kế thiết bị tích trữ năng lượng nhiệt mặt trời dùng môi chất nóng chảy

1 2 B GIÁO D C ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS Hoàng Dương Hùng LÊ TH NG C OANH Ph n bi n 1 : PGS. TS Nguy n B n Ph n bi n 2 : PGS. TS Đào Ng c Chân NGHIÊN C U CƠ S TÍNH TOÁN THI T K THI T B TÍCH TR NĂNG LƯ NG NHI T M T TR I DÙNG MÔI CH T NÓNG CH Y 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 Công ngh nhi t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 21 tháng 11 năm 2011. Chuyên ngành: Công ngh Nhi t Mã s : 60.52.80 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T 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 Đà N ng – Năm 2011 - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng
3 4 M Đ U năng lư ng nhi t m t tr i. 1. Lý do ch n ñ tài 4. Phương pháp nghiên c u Nhu c u v năng lư ng ngày càng tăng nên có nguy cơ c n Nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c nghi m. ki t ngu n nhiên li u d tr . S suy thoái v môi trư ng nghiêm 5. Tài li u nghiên c u tr ng. Vì v y, c n ph i có ngu n năng lư ng m i ñáp ng nhu c u - Các tài li u, t p chí trong và ngoài nư c. năng lư ng trong tương lai. - Ngu n tư li u t m ng Internet. Năng lư ng m t tr i (NLMT) - ngu n năng lư ng s ch và ti m 6. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n tàng nh t - ñang ñư c ñ c bi t quan tâm. Thi t b s d ng NLMT Tính chính xác lư ng nhi t tích tr ñư c trong nh ng thi t b hi n nay Vi t Nam ch y u là, h th ng cung c p nư c nóng b ng c th , giúp cho vi c thi t k thi t b ñúng theo yêu c u s d ng, t n NLMT, h th ng cung c p ñi n dùng pin m t tr i, b p NLMT. d ng hi u qu NLMT, giúp cho vi c ng d ng NLMT vào th c t Vi c ng d ng NLMT trong th c t còn khiêm t n. Nguyên ngày càng ph bi n hơn. nhân chính là các thi t b s d ng NLMT làm vi c không n ñ nh, 7. B c c lu n văn không liên t c. Vì th , c n nghiên c u công ngh tích tr năng M Đ U lư ng nhi t m t tr i ñ có th ch ñ ng trong vi c s d ng. Chương 1: LÝ THUY T T NG QUAN V NĂNG LƯ NG M t trong nh ng công ngh ñ tích tr năng lư ng nhi t m t M T TR I tr i là dùng môi ch t nóng ch y. Hi n nay, công ngh này chưa Chương 2: CÁC B THU NĂNG LƯ NG M T TR I nghiên c u cơ s tính toán thi t k thi t b tích tr năng lư ng DÙNG GƯƠNG PH N X nhi t m t tr i m t cách chính xác, c th . Chương 3: CÔNG NGH TÍCH TR NĂNG LƯ NG NHI T Xu t phát t th c t ñó, chúng tôi ch n và nghiên c u ñ tài: M T TR I "Nghiên c u cơ s tính toán thi t k thi t b tích tr năng lư ng Chương 4: NGHIÊN C U CƠ S TÍNH TOÁN THI T K nhi t m t tr i dùng môi ch t nóng ch y". THI T B TÍCH TR NHI T M T TR I DÙNG MÔI CH T 2. M c tiêu nghiên c u NÓNG CH Y + Nghiên c u l p cơ s tính toán thi t k thi t b tích tr năng Chương 5 : L P MÔ HÌNH, TH C NGHI M VÀ SO SÁNH, lư ng nhi t m t tr i dùng môi ch t nóng ch y ĐÁNH GIÁ HI U QU C A THI T B TÍCH TR NHI T + Ki m ch ng các công th c tính toán ñư c l p ra v i m t mô K T LU N VÀ KI N NGH hình thi t b tích tr năng lư ng nhi t m t tr i th c t . 3. N i dung nghiên c u Tr ng tâm chính là l p cơ s tính toán các quá trình tích tr
5 6 CHƯƠNG 1: LÝ THUY T T NG QUAN V NĂNG LƯ NG 1.2.4.3 T n th t do h p th b c x c a kính M T TR I 1.2.4.4 H s truy n qua và h s ph n x c a kính 1.1 T ng quan v năng lư ng m t tr i Đ i v i các b thu NLMT th c t có giá tr D⊥ ≈ 1 (D// ≈ 1). 1.1.1 V trí, c u trúc và kích thư c m t tr i 1.2.4.5 H s truy n qua ñ i v i b c x khu ch tán M t ñ dòng b c x tr c x ngoài l p khí quy n, tính ñ i 1.2.4.6 Tích s c a h s truy n qua và h s h p th (DA) 2 v i 1m b m t ñ t vuông góc v i tia b c x : 1.2.4.7 T ng b c x m t tr i h p th ñư c c a b thu 2  2.3,14.32  1.2.5 Cân b ng nhi t và nhi t ñ cân b ng c a v t thu b c x   4  5762  ≈ 1353 W/m2 q= 360.60  m t tr i .5,67.   4  100  Phương trình cân b ng nhi t cho V có d ng: Cư ng ñ b c x toàn ph n là Eo = σo.To4 7 = 6,25.10 W/m2 Công su t do V h p th = Công su t phát b c x t V Công su t b c x toàn ph n c a M t tr i là: Hay A.Et.Ft = E.F→A.σo.To4(D/2r)2.Ft = ε.σo.To4 F (1-29) Qo = Eo.F = σo.To4 .π.D2= 3,8.1026W N u v t V có thông s (ρ, C, ε, A, F, V) ñ t trong khí quy n 1.2 Phương pháp tính toán cư ng ñ b c x m t tr i nhi t ñ tf, to nhi t ph c h p h s α, thì phương trình cân b ng 1.2.1 Tính toán góc t i c a b c x tr c x nhi t trong th i gian dτ cho V là: 1.2.2 B c x m t tr i ngoài khí quy n lên m t ph ng n m ngang 1.2.3 T ng cư ng ñ b c x m t tr i lên b m t trên trái ñ t A.En.sin(ω.τ).Ft(τ).dτ = ρ.V.C.dt + α.F.(t - tf) .dτ Trong tính toán k thu t, xem cư ng ñ b c x t i m t ñ t là có d ng dt + t αF = AEm Ft (τ)sin(ωτ) (1-30) dτ ρVC ρVC hàm c a th i gian τ: Khi bi t Ft(τ), có th gi i phương trình trên v i ñi u ki n ñ u E(τ) = En.sinϕ(τ) t(τ = 0) = tf ñ tìm hàm bi n ñ i t(τ) c a nhi t ñ v t theo th i gian. ϕ(τ) = ω.τ là góc nghiêng tia n ng so v i m t ñ t, 1.2.6 Năng lư ng b c x m t tr i Vi t Nam 2π 2π ω= = = 7,27.10−5rad/s là t c ñ góc t xoay c a trái τ n 24.3600 1.3 T ng quan v thi t b s d ng năng lư ng m t tr i ñ t. 1.3.1 B p n u dùng năng lư ng m t tr i En[W/m2] là cư ng ñ b c x c c ñ i trong ngày, l y tr 1.3.2 Thi t b chưng c t nư c dùng năng lư ng m t tr i trung bình c năm theo s li u ño lư ng th c t t i vĩ ñ c n xét. 1.3.3 Thi t b n u nư c nóng b ng năng lư ng m t tr i 1.2.4 B c x m t tr i truy n qua kính 1.3.4 Thi t b làm l nh và ñi u hoà không khí dùng năng lư ng 1.2.4.1 Hi u ng l ng kính m t tr i 1.2.4.2 S ph n x c a b c x m t tr i 1.3.5 Pin m t tr i
7 8 1.3.6 Nhà máy nhi t ñi n s d ng năng lư ng m t tr i CHƯƠNG 3: CÔNG NGH TÍCH TR NĂNG LƯ NG 1.3.7 Thi t b s y khô dùng năng lư ng m t tr i NHI T M T TR I CHƯƠNG 2: B THU T P TRUNG NĂNG LƯ NG 3.1 T ng quan v k thu t tích tr nhi t năng lư ng m t tr i M T TR I 3.1.1 Tr nhi t b ng h th ng tu n hoàn t nhiên (hi u ng 2.1 Các lo i gương ph n x siphon nhi t) A 2.1.1 Các ñ c trưng c a b thu năng lư ng m t tr i dùng gương Đ chênh áp gi a hai nhánh ph n x ñư c mô t b ng công th c: 2.1.2 Đ t p trung năng lư ng b c x ∆p = h.ρ.(T1 – T2) T1 T2 h F E V i ρ là kh i lư ng riêng k = Et/E = 1 - R + R. Fh/ Ft h c a ch t l ng. = 1 + R.( Fh/ Ft - 1). B N u coi R ≈ 1 thì k ≈ Fh/t. R R Hình 3.1 Hi u ng siphon nhi t 3.1.2 Tr nhi t b ng h th ng tu n hoàn cư ng b c 2.1.3 Gương ph ng F Trong nhi u trư ng 2.1.4 Gương nón Hình 2.1 H gương và m t thu h p ph i chuy n nư c nóng 2.1.4.1 Gương nón c t ñi xa, t n th t d c ñư ng 2.1.4.2 Gương nón l n, nên b t bu c ph i m c 2.1.5 Gương Parabol C thêm vào h m t bơm ñi n R 2.1.5.1 Gương Parabol tròn xoay P ñ tăng v n t c tu n hoàn 2.1.5.2 Gương Parabol tr P trong h th ng. Xét gương parabol tr r ng 2r, dài L t p trung ph n x vào Hình 3.2 H tu n hoàn cư ng b c m t thu hình ng tr ñư ng kính d ñ t t i tiêu ñi m, thì ñ t p trung: 3.1.3 Tr nhi t b ng h có hai ch t l ng và bình ch a có k = 1+ R  2r − 1 (2-17)   b trao ñ i nhi t  πd  Ch t l ng sơ c p 1 ñi qua b trao ñ i nhi t có d ng xo n 2.2 H th ng ñi u ch nh gương theo hư ng m t tr i ho c t m ph ng ñ t bên trong bình ch a R, ch t l ng 2 nh n nhi t 2.2.1 Qu ñ o trái ñ t quay quanh m t tr i t ch t l ng 1 qua b trao ñ i nhi t (hình 3.3). 2.2.2 Phương pháp ñi u ch nh gương theo hư ng m t tr i 2.2.2.1 H th ng ñi u ch nh dùng ñ ng cơ 2.2.2.2 H th ng ñi u ch nh dùng panel c m bi n
9 10 2 l n thì th tích c a bình ch a gi m m t cách ñáng k . 1 3.2 Đ c tính c a môi ch t nóng ch y R 3.2.1 Khái ni m v pha và s chuy n pha 1 3.2.1.1 S thay ñ i c a entropy khi chuy n pha 2 3.2.1.2 S ph thu c c a nhi t ñ chuy n pha vào áp su t Hình 3.3 Bình ch a có b trao ñ i nhi t 3.2.2 Hi n tư ng chuy n pha trong ch t r n 3.1.4 Tích tr nhi t b ng ch t c m nhi t V i m i ch t r n, khi nung nóng t i m t nhi t ñ nóng ch y Trư ng h p ñơn s b t ñ u chuy n t pha r n sang pha l ng, ñó là hi n tư ng nóng gi n nh t là ñun nư c nóng ch y. Đ ch t r n nóng ch y h t thì ph i cung c p thêm m t nhi t trong bình tích dùng tr c lư ng ñ chuy n hoàn toàn tr ng thái t r n thành l ng g i là nhi t n ti p cho gia ñình. Khi ñó h nóng ch y. Khi làm l nh các ch t l ng t i m t nhi t ñ và áp su t xác ph i có ch t tích nhi t trung C ñ nh ch t l ng s chuy n t pha l ng tr thành pha r n, ñó là hi n 1 2 gian là ch t l ng ho c ch t tư ng ñông ñ c. Trong quá trình này v t to ra m t nhi t lư ng ñúng r n, v i m t kh i lư ng l n. b ng nhi t lư ng thu vào trong quá trình nóng ch y. Trong bình ch a có hai b P 3.3. M t s môi ch t nóng ch y thư ng dùng trao ñ i nhi t 1 và 2 3.3.1 Các yêu c u ñ i v i môi ch t nóng ch y Hình 3.4 H thu- tích nhi t có bù nhi t (hình 3.4). 3.3.1.1 Các ñ c tính nhi t ñ ng 3.1.5 Tr nhi t b ng môi ch t nóng ch y 3.3.1.2 Các ñ c tính ñ ng h c Gi s m t ch t nhi t ñ T1 nh n m t nhi t lư ng nào ñó 3.3.1.3 Đ c tính hoá h c thì nhi t ñ tăng lên và nóng ch y nhi t ñ T2 = const. So sánh 3.3.1.4 Các ñ c tính kinh t nhi t lư ng tích ñư c trong m t ñơn v kh i lư ng c a v t li u 3.3.2 Đ c tính c a m t s môi ch t nóng ch y thư ng dùng tr nhi t có thay ñ i tr ng thái do hi n tư ng n nhi t v i nhi t lư ng 3.3.2.1 V t li u h u cơ không thay ñ i tr ng thái thì ta nh n ñư c t s : a. Paraffin Cp ( T2 − T1 ) + L ( T2 ) Sáp paraffin có màu tr ng, không mùi, không v v i nhi t ñ (3-2) Cp ( T2 − T1 ) nóng ch y trong kho ng t 47oC ñ n 64oC (116,6oF ñ n 147,2oF), Trong ñó L(T2): nhi t n thay ñ i tr ng thái nhi t ñ T2. có kh i lư ng riêng kho ng 0,9 g/cm3. Trong th c t giá tr c a L(T2) l n hơn r t nhi u so v i Cp(T2 – T1). Do ñó, n u ch n môi ch t nóng ch y có giá tr nhi t n
11 12 B ng 3.1 Các thông s c a m t s Paraffin CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THI T K THI T B S lư ng nguyên Nhi t ñ nóng Nhi t n nóng TÍCH TR C P NĂNG LƯ NG M T TR I DÙNG o t Cacbon ch y ( C) ch y (kJ/kg) MÔI CH T NÓNG CH Y 24 50,6 255 4.1 C u t o, nguyên lý ho t ñ ng và các quá trình tích tr c p 25 49,4 238 nhi t c a thi t b 26 56,3 256 4.1.1 C u t o mô hình thi t b 1. Gương ph n x Parabol tr 27 58,8 236 7 2. ng l ng kính và cách nhi t 28 60 220 1 3. ng v ch a môi ch t nóng ch y 29 63,4 240 6 4. ng d n nư c c n làm nóng 30 65,4 251 2 3 5. Cơ c u ñi u ch nh gương quay t b. Ch t phi paraffin 8 4 ñ ng theo hư ng m t tr i 3.3.2.2 V t li u vô cơ 5 6. Môi ch t nóng ch y a. Mu i hydrat Hình 4.1 Mô hình thi t b thu 7. Van d n nư c vào b. Kim lo i tr c p nhi t b c x m t tr i 8. Van d n nư c ra 3.3.2.3 Eutectics 4.1.2 Nguyên lý ho t ñ ng 3.3.3 L a ch n môi ch t nóng ch y s d ng cho b thu 4.1.3 Các quá trình tích tr c p nhi t c a thi t b lu n văn này, ch n Paraffin làm môi ch t nóng ch y vì: - Kh năng ng d ng ph m vi nhi t ñ l n - Kh năng nóng ch y tương ñ ng - Kh năng tương thích v i v t li u xây d ng thông thư ng - Không phân t ng - Tính ch t hoá h c n ñ nh - Nhi t n nóng ch y cao - An toàn và không ph n ng - Kh năng tái s d ng 1) Quá trình τ ∈ (0 ÷ τc1) gia nhi t môi ch t lên ñ n nhi t ñ tc. 2) Quá trình τ ∈ (τc1÷ τc2) môi ch t nóng ch y ñ ng nhi t tc= const, chuy n t pha r n sang pha l ng hoàn toàn.
13 14 3) Quá trình τ ∈ (τc2÷ τm) gia nhi t b sung ñ l ng môi ch t tăng - Gia nhi t cho môi ch t: dU = mCrdt (4-4) nhi t ñ t nhi t ñ nóng ch y tc lên nhi t ñ tm > tc. v i: m là kh i lư ng c a môi ch t, [kg] 4) Quá trình τ ∈ (τm÷ τ2) là quá trình tr nhi t và c p nhi t cho nư c. - Đun nóng ng d n nư c: dU1=m1C1dt (4-5) 4.2 Tính toán quá trình c p nhi t cho môi ch t nóng ch y v i: m1 là kh i lư ng c a ng d n nư c, [kg] 4.2.1 Phát bi u bài toán tính thông s các quá trình - Đun nóng ng v ch a môi ch t: dU2=m2C2dt (4-6) Cho 1 thi t b có k t c u v i: m2 là kh i lư ng c a ng v ch a môi ch t, [kg] như hình 4.3. - Nhi t truy n ra môi trư ng: δQ2 = t - t f Ldτ (4-7) C n tìm hàm nhi t ñ t(τ) Rl c a môi ch t và tính các th i gian v i: Rl là nhi t tr d n nhi t c a m t 1m chi u dài tr ,  mK   W    ñ c trưng cho các quá trình theo 1 d3 1 d3 1 (4-8) R = ln + ln + 2πλ k 2πλ K d 3 − 2δ3 πd 3α l t t c các thông s ñã cho. d2  W  4.2.2 Các gi thi t khi tính toán v i α là h s t a nhi t t kính ra không khí,  2  m K 1) Gương Parabol ñư c quay Do ñó, phương trình cân b ng nhi t tr thành: sao cho tia n ng luôn vuông góc t - tf ⇔ εDFEn sinωτdτ = mCpdt + ∑ mi Ci dt + Ldτ (4-9) v i m t thu F = 2rL. Rl 2) Thi t b ñư c kh i ñ ng J lúc τ= 0, là lúc m t tr i m c. v i: ∑ mi Ci = m1C1 + m 2C2 ,   K  3) Tr i luôn quang mây, có n ng Đ t T(τ) = t(τ) – tf g i là ñ gia nhi t và ñưa v d ng trong kho ng τ∈(0 ÷ τn/2=12h) chính t c, phương trình (4-9) có d ng: v i cư ng ñ b c x t i m t Ft là L dT Rl εDFE n (4-10) E(τ) = Ensinωτ. +T = sin ωτ dτ mCp + ∑ m iCi mCp + ∑ m iCi 4) T i m i th i ñi m τ, coi nhi t ñ c a h là ñ ng nh t 5) Các thông s cho trư c là không ñ i trong th i gian ∆τ kh o sát. Đ t a= εDFE n P K  (4-11) = , mCp + ∑ mi Ci C  s    4.2.3 Tính toán quá trình gia nhi t môi ch t r n 4.2.3.1 Xác ñ nh hàm nhi t ñ t(τ) khi gia nhi t môi ch t r n L và b = Rl W 1  (4-12) L p phương trình cân b ng nhi t cho h : = ,  mCp + ∑ mi Ci C  s  δQ1 = dU + dU1 + dU2 + δQ2 (4-1) v i: δQ1 = εDFEnsinωτdτ (4-2)
15 16 Phương trình cân b ng nhi t s thành:  ( t − t ) Lωτ − mωrc  − ( tc − tf ) Lωτc2 cos( ωτc2 ) = cos( ωτc1 ) + c f (4-23) P  c1 T’(τ) + bT(τ) = asinωτ (4-13)  RlP  RlP Có th xác ñ nh τc2 ∈ (τc2 ÷ τn/2) b ng phương pháp l p. T(0) = 0 (4-14) 4.3 Tính toán quá trình tr nhi t Gi i h trên, tìm ñư c hàm phân b nhi t ñ c a môi ch t 4.3.1 Thi t k cách nhi t cho ng ch a môi ch t nóng ch y trong h p thu gương parabol tr khi gia nhi t là: Phương pháp cách nhi t ng ch a môi    − bτ  (4-16) ch t là dùng 2 l p không khí tĩnh b c ngoài t ( τ) = t f + 2 a sin  ωτ − arctg ω  + e , 2    2  ng môi ch t, ñư c ngăn cách b i ng kính b +ω   b b 1+    g n c ñ nh và m t ng l ng có các thông s    ω   e − bτ d4L, ρ4δ4λ4C4, h s h p th ε4 b c ngoài. Vì s h ng cu i c a t ng có th b qua khi τ > 2h.  b  2 4.3.2 Tính toán cách nhi t cho ng ch a môi ch t nóng ch y 1+   ω Khi tính cách nhi t cho ng, ta s tính trong ñi u ki n chưa Do ñó có th vi t l i hàm phân b nhi t ñ c a môi ch t s d ng nhi t, t c là không cho nư c vào ng d n nư c ñ c p nhi t. trong h p thu gương parabol tr khi gia nhi t là: 4.3.2.1 Tính t n th t nhi t t ng l ng ra môi trư ng bên ngoài a  ω t ( τ) = tf + 2 sin  ωτ − arctg  (4-17) Lư ng nhi t t n th t t ng ra ngoài môi trư ng là: b +ω 2  b t −t (4-24) Q tt = q l L = c f L R ltt 4.2.3.2 Tính th i ñi m môi ch t b t ñ u nóng ch y τc1 V i R = 1 ln d 4 + 1  mK  (4-25) Gi i phương trình T(τ) = tc – tf = Tc (4-18) ,  2πλ k πd 4α tt  W   ltt ω d2 hay: a  sin ωτ − arctg  =T  c b +ω 2 2  b 4.3.2.2 Xác ñ nh th i gian b o qu n τo Tìm ñư c th i ñi m môi ch t b t ñ u nóng ch y: T phương trình cân b ng nhi t: Qttτo = mrc (4-26) τn   T b 2 + ω2  ω (4-19) Do ñó, th i gian b o qu n τo là: τ o = mrc (4-27) τc1 = arcsin  c  + arctg  Q tt 2π   a  b     4.2.4 Tính toán quá trình nóng ch y môi ch t 4.4 Tính toán quá trình c p nhi t cho nư c L p phương trình cân b ng nhi t: 4.4.1 Tính c p nư c nóng Gi thi t r ng h tiêu th c n nư c nóng có nhi t ñ tn δQ1 = rc dm + δQ2 v i nhi t ñ nư c vào b ng nhi t ñ môi trư ng tf. Xác ñ nh ñư c τc2 như là nghi m c a phương trình:
17 18 4.4.1.1 Xác ñ nh lưu lư ng Gn c a nư c 4.5 Tính toán các thông s c a thi t b m u tích tr c p nhi t T phương trình cân b ng nhi t cho nư c: năng lư ng m t tr i α n ( t c − t n −f ) πd1L = G n C pn ( t n − t f ) (4-28) 4.5.1 Mô t thi t b và các thông s ch n trư c Tìm ñư c lưu lư ng Gn c a nư c qua ng d1 là: B ng 4.1 Các thông s ch n trư c c a thi t b m u  t +t  α n  t c − n f  πd1L Tên chi ti t V t li u Tên thông s Ký hi u Giá tr α ( t − t ) πd1L =  2  ,[kg/s] (4-29) Parabol Inox R ng r 0,4m G n = n c n −f Cpn ( t n − t f ) Cpn ( t n − t f ) Dài L 1,25m H s ph n x R 0,9 4.4.1.2 Xác ñ nh lư ng nư c nóng thu ñư c và th i gian c p ng d n nư c Đ ng Đư ng kính trong d1 0,02m Dày δ1 0,001m nư c nóng Kh i lư ng riêng ρ1 8920kg/m3 T phương trình cân b ng nhi t: Nhi t dung riêng C1 380J/kgK H s d n nhi t λ1 390W/mK mrc = MnCpn (tn – tf) (4-30) ng ch a môi Đ ng Đư ng kính trong d2 0,2m Tìm ñư c: M = mrc , [kg] (4-31) ch t Dày δ2 0,001m C pn ( t n − t f ) ε n Đ ñen 0,9 ng l ng kính Th y tinh Đư ng kính ngoài d3 0,222m M Dày δ3 0,001m ∆τ n = n , [s] (4-32) H s d n nhi t λ3 0,74W/mK Gn Đ trong D 0,9 4.4.2 Tính c p nư c sôi Đ ñen ng kính εK = 1 – D 0,1 Môi ch t Paraffin Kh i lư ng riêng ρ 900kg/m3 4.4.3 Tính c p hơi bão hòa khô nóng ch y Nhi t dung riêng Cp 2150J/kgK; Nhi t ñ nóng ch y tc 60oC 4.4.3.1 Xác ñ nh lưu lư ng Gh qua ng d1 Nhi t n nóng ch y rc 220000J/kg T phương trình truy n nhi t: H s d n nhi t λ 0,17W/mK 30oC αηn ( t c − t s ) πd 2 L = G h C pn ( t s − t f ) + rh  Môi trư ng Không Nhi t ñ tf   (4-36) xung quanh khí H s d n nhi t λk 0,03W/mK T c ñ gió trung ω 4m/s v i rh là nhi t n hóa hơi c a nư c, rh = 2257kJ/kg bình suy ra: G h = α hn ( t c − t s ) πd 2 L ,[kg] (4-37) Cư ng ñ BXMT En 940W/m2 C pn ( t s − t f ) + rh trung bình 4.5.2 Tính h s t a nhi t ph c h p t ng kính d3 ra môi trư ng 4.4.3.2 Xác ñ nh lư ng hơi bão hòa thu ñư c và th i gian c p không khí hơi bão hòa mrc α = 17,02 W/m2K. Mh = ,[kg] (4-39) C p ( t s − t f ) + rh 4.5.3 Tính các thông s k thu t c a thi t b m u M h ,[s] (4-40) (Các thông s k thu t c a thi t b m u ñư c th hi n b ng ∆τh = Gh 4.2 trang 64 trong lu n văn)
19 20 4.5.4 Tính các thông s ñ c trưng c a thi t b m u a. Tính h s t a nhi t t m t ng d1 ñ n nư c 0,6535 1 0,54.( 4594484 ) 4 = 817 W/m K 2 4.5.4.1 Tính quá trình gia nhi t môi ch t α= 0,02 B ng 4.3. Các thông s ñ c trưng c a thi t b m u khi gia nhi t môi ch t b. Các thông s ñ c trưng c a thi t b khi c p nhi t cho nư c B ng 4.4 Các thông s ñ c trưng c a thi t b m u khi c p nhi t cho nư c T Thông s Công th c tính Tính toán Giá tr T T Thông s Công th c tính Tính toán Giá tr a T 0, 0081 1 Đ gia nhi t Tmax = 1 Lưu lư ng  t +t   50 + 30  0,0153kg/s α n  t c − n f  πd1L b +ω ( 3,34.10 ) + ( 7, 272.10 ) 817  60 −  π.0, 02.1, 25 2 2 2 2 −5 −5 101oC nư c Gn  2   2  =0,92kg/phút Gn = max o Cpn ( t n − t f ) 4180 ( 50 − 30 ) = 55,3kg/h 2 Nhi t ñ tmax = Tmax + tf 101 + 30 131oC 2 Lư ng mrc 34,9.220000 91,8kg Mn = max khi gia nư c nóng Cpn ( t n − t f ) 4180 ( 50 − 30 ) Mn nhi t o 3 Kho ng Mn 91,8 6003s th i gian ∆τn = = 1,67h (3,34.10 ) + ( 7, 272.10 ) 2 2 −5 −5 Gn 0, 0153 3 Th i ñi m Công th c (4-19) 24 30 ∆τn [arcsin 2π 0,0081 4 Hi u su t M n C pn ( t n − t f ) 91,8.4180 ( 50 − 30 ) 29,7% môi ch t b t η = η = 7, 272.10−5 c a thi t TB 2 τ TB 2 24 +arctg ] 5,51h En Fh n 940.1. . .3600 3,34.10−5 b π π 2 ñ u nóng 2 ch y τc1 4 Th i ñi m τc2 là nghi m c a cos X = -0,5781 – 0,1236X CHƯƠNG 5 : L P MÔ HÌNH, KI M NGHI M, SO SÁNH 2π VÀ ĐÁNH GIÁ HI U QU C A THI T B TR NHI T môi ch t phương trình v i X = ωτc2 = τc2 10,43h τn nóng ch y (4-23) 5.1 M c ñích th c nghi m và nguyên lý th c nghi m hoàn toàn τc2 5.1.1 M c ñích th c nghi m ηT = m Cp ( t c − t f ) + rc    34,9  2150 ( 60 − 30 ) + 220000    Đo các thông s th c c a mô hình th c nghi m ñ so sánh 5 Hi u su t 2 τn ηT = 38,4% En Fh 2 24 π 2 940. .1. .3600 tích nhi t c a π 2 v i thông s tính toán ñư c thi t l p chương 4. thi t b 5.1.2 Nguyên lý th c nghi m 5.2 Thi t k , ch t o mô hình th c nghi m 4.5.4.2 Tính quá trình tr nhi t môi ch t 5.2.1 Thi t k mô hình th c nghi m Gi s dùng chính ng kính d3 tìm ñư c th i gian b o qu n Mô hình th c nghi m ñư c thi t k có k t c u ñ ng d ng v i là τo= 1,42 ngày nên không c n b trí ng l ng cách nhi t bên ngoài. mô hình thi t b m u m c 4.5. 4.5.4.3 Tính quá trình c p nhi t cho nư c Ch n nhi t ñ nư c yêu c u tn = 50oC v i nhi t ñ nư c ñ u vào ng d1 xem như b ng nhi t ñ môi trư ng tf = 30oC.
21 22 B ng 5.1 Các thông s k t c u c a mô hình th c nghi m 5.3 Tính toán các thông s k thu t ñ c trưng c a mô hình Tên chi ti t V t li u Tên thông s Ký hi u Giá tr th c nghi m Parabol Inox R ng r 0,16m Dài L 0,5m (Các thông s k thu t c a mô hình th c nghi m ñư c th hi n H s ph n x R 0,9 ng d n nư c Đ ng Đư ng kính trong d1 0,01m b ng 5.2 trang 73 trong lu n văn) Dày δ1 0,0005m 8920kg/m3 B ng 5.3 Các thông s ñ c trưng c a mô hình th c nghi m Kh i lư ng riêng ρ1 Nhi t dung riêng C1 380J/kgK H s d n nhi t λ1 390W/mK TT Tên thông s Tính toán Giá tr ng ch a môi Đ ng Đư ng kính trong d2 0,052m Th i ñi m paraffin b t 0,92h 1 (Tính bên dư i) ch t Dày δ2 0,0005mm ñ u nóng ch y τc1 Đ ñen = H s h p th ε 0,9 2 Th i ñi m paraffin 1,93h (Tính tương t m c ng l ng kính Th y Đư ng kính ngoài d3 0,064m nóng ch y hoàn toàn τc2 tinh Dày δ3 0,001m 4.5.4.1) H s d n nhi t λ3 0,74W/mK Đ trong D 0,9 3 Th i gian b o qu n τo 0,91.220000 9156 giây = τo = Đ ñen ng kính εK = 1 – 0,1 21,86 2,54 gi D 4 Lưu lư ng nư c Gn  50 + 30  4,3.10-3 kg/s 1143  60 −  π.0, 01.0,5 Môi ch t Paraffin Kh i lư ng riêng ρ 900kg/m3  2  = 0,26kg/phút Gn = nóng ch y Nhi t dung riêng Cp 2150 J/kgK 4180 ( 50 − 30 ) = 15,47kg/h Nhi t ñ nóng ch y tc 60oC Nhi t n nóng ch y rc 220000J/kg 5 Lư ng nư c nóng Mn 0,91.220000 2,39kg H s d n nhi t λ 0,17W/mK Mn = 4180 ( 50 − 30 ) Cư ng ñ b c x m t tr i l y theo tr s trung bình Đà 6 Kho ng th i gian ∆τn 2,39 556s = 9,3 ∆τn = N ng là 940W/m . 2 4,3.10−3 phút Thông s c a không khí ñư c ño vào mùa hè, l y trung bình 5.4 Th c nghi m trên mô hình tf = 30 C, có h s d n nhi t λk = 0,03W/mK, tr i không mây, gió o 5.4.1 Cài ñ t thí nghi m Đông Nam có t c ñ trung bình ω = 4,0 m/s. 5.4.2 Th c nghi m quá trình gia nhi t cho Paraffin, so sánh v i 5.2.2 Ch t o mô hình th c nghi m tính toán 70 60 50 Nhiet do tinh toan Nhiet do (do C) Nhiet do thuc te 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 55 60 65 70 80 90 100 110 116 132 Thoi gian (phut) Hình 5.4 Đ th bi u di n quá trình gia nhi t Paraffin
23 24 * Nh n xét: Các s li u th c nghi m so v i tính toán lý thuy t thì sai Lư ng nư c nóng 50oC th c t thu ñư c là: s khá nh , trung bình sai s trong giai ño n này là 12,3%. M ntt = G nTN .∆τ nTN = 4,15.10−3.540 = 2,24kg 5.4.3 Th c nghi m quá trình tr nhi t cho Paraffin, so sánh v i V y so v i lư ng nư c nóng thu ñư c theo tính toán lý tính toán thuy t là 2,39kg, lư ng nư c nóng th c t thu ñư c ít hơn là 0,15 kg, Sau khi Paraffin v a nóng ch y xong, không cho nư c vào, sai s là 6,3%. b t ñ u ño kho ng th i gian mà nhi t ñ c a Paraffin nhi t ñ nóng 5.4.5 Hi u su t c a mô hình th c nghi m o ch y c a nó là 60 C ñ n khi nhi t ñ Paraffin v a gi m xu ng dư i Q ttru ηTB = ,% 60oC. Kho ng th i gian này chính là th i gian tr nhi t c a Paraffin. Qcc 70 - Theo tính toán: η = 199804 = 30% 60 TBTT 665254 50 - Theo th c nghi m: η 187264 = = 28% Nhiet do thuc te Nhiet do (do C) Nhiet do tinh toan 40 TBTN 666468 30 Suy ra sai s gi a tính toán và th c nghi m là 6,7%. 20 10 5.4.6 T ng k t các sai s gi a tính toán và th c nghi m 0 0.5 1 1.5 Thoi gian (gio) 2 2.35 2.54 B ng 5.5 B ng so sánh s li u k thu t theo tính toán và th c nghi m Hình 5.5 Đ th bi u di n quá trình tr nhi t Paraffin * Nh n xét: Theo quan sát, kho ng th i gian tr nhi t th c t c a Theo tính Theo th c Sai s TT Thông s toán nghi m (%) Paraffin ít hơn so v i tính toán là 11,4 phút, sai s là 8,1%. 5.4.4 Th c nghi m quá trình Paraffin c p nhi t cho nư c, so sánh 1 Th i ñi m Paraffin b t ñ u 0,92h 1,08h 15,4 nóng ch y v i tính toán 2 Th i ñi m Paraffin nóng 1,93h 2,2h 12,3 ch y hoàn toàn 60 50 G nTT = 4,3.10−3 kg / s 3 Th i gian tr nhi t cho 2,54h 2,35h 8,1 Paraffin Nhiet do (do C) G nTN = 4,15.10−3 kg / s Nhiet do tinh toan paraffin Nhiet do thuc te paraffin nhiet do tinh toan nuoc 30 nhiet do thuc te nuoc 4 Lư ng nư c nóng thu ñư c 2,39kg 2,24kg 6,3 5 Hi u su t c a mô hình th c 30% 28% 6,7 nghi m 0 1 2 3 4 5 Thoi gian (phut) 6 7 8 9 9.3 Nh n xét chung: Sai s ch y u x y ra quá trình gia nhi t Hình 5.7 Đ th bi u di n quá trình Paraffin c p nhi t cho nư c Paraffin vì quá trình này b ph thu c vào nhi u y u t bên ngoài.
25 26 Như v y, có th k t lu n r ng các công th c tính toán K T LU N VÀ KI N NGH ñư c thi t l p là khá chính xác, có th t o cơ s tính toán thi t k 1. K t lu n thi t b tích tr nhi t m t tr i dùng môi ch t nóng ch y. Xu t phát t ñ nh lu t b o toàn năng lư ng, d a trên các gi 5.5 Tính hi u qu kinh t , môi trư ng c a thi t b tích tr c p thi t ban ñ u và ñ c tính c a môi ch t nóng ch y ñã xác l p ñư c năng lư ng nhi t m t tr i dùng môi ch t nóng ch y hàm nhi t ñ t c th i t(τ) c a môi ch t khi gia nhi t và chuy n pha 5.5.1 Tính kinh t ñ suy ra công th c tính th i ñi m nóng ch y τc1, th i ñi m nóng Vi c tính toán hi u qu kinh t thi t b tích tr nhi t m t ch y hoàn toàn τc2, th i gian b o qu n nhi t τo, các thông s G, M, ∆τ tr i lu n văn này tính cho thi t b m u ñư c thi t l p m c 4.5. c a ch t t i nhi t ra và các thông s khác c a thi t b . - Th i gian tr nhi t 1,42 ngày Đã ch t o và th c nghi m trên thi t b v i k t qu ño lư ng o - Lư ng nư c nóng 50 C thu ñư c: 91,8 kg phù h p v i tính toán lý thuy t. Như v y ñ chính xác và tin c y c a - Hi u su t c a thi t b là 29,7% các công th c ñã ñư c ch ng minh. S ti n do thi t b t o ra sau 1 năm là: 16.753.500vnñ V i m t thi t b tích tr c p nhi t b c x m t tr i có di n tích Đi u ñó m ra kh năng có th s n xu t hàng lo t mô ñun h ng n ng 1m2 dùng gương Parabol tr v i môi ch t nóng ch y như v y ñ dùng trong s n xu t. Paraffin có th cung c p m t s n lư ng nư c nóng là 91,8 kg/ngày 5.5.2 Tính môi trư ng ( 50oC), th i gian tích tr trên m t ngày ñêm. Do ñó, n u l p ghép Vi c ng d ng năng lư ng s ch, s n có, ñ c bi t là nhi u mô ñun v i môi ch t nóng ch y h p lý thì có th t o thành m t năng lư ng m t tr i ñang là m t yêu c u h t s c c n thi t hi n nay. h th ng l n s d ng t t trong s n xu t v i nhi u nhu c u s d ng khác nhau như nư c nóng, nư c sôi, hơi bão hòa, hơi quá nhi t… 2. Ki n ngh Vi c s d ng môi ch t nóng ch y làm ch t tích tr nhi t trong các h th ng tích tr năng lư ng m t tr i là m t trong nh ng l a ch n h p lý do s không n ñ nh c a th i ti t và th i gian ngày ñêm. Vì v y, c n ñ u tư nghiên c u sâu hơn n a các lo i môi ch t nóng ch y ñ thi t k thi t b phù h p, t o hi u qu cao. Ngoài ra, c n nghiên c u thêm quá trình quá nhi t l ng môi ch t ñ t n d ng h t năng lư ng b c x m t tr i ñ n cu i ngày, nâng cao hi u su t c a thi t b .