Hcmute nghiên cứu các phẩm chất và năng lực của giảng viên trường đại học sư phạm kỹ thuật tp hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG HALL VÀ SỰ ION HỐ TRONG CHẤT KHÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ÐIỆN TỪ THUỶ ÐỘNG Mã số: T2015-100 Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Chí Kiên S K C0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG HALL VÀ SỰ ION HỐ TRONG CHẤT KHÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN TỪ THUỶ ĐỘNG Mã số: T2015-100 Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Chí Kiên TP HCM, 11/2015 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG HALL VÀ SỰ ION HỐ TRONG CHẤT KHÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN TỪ THUỶ ĐỘNG Mã số: T2015-100 Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Chí Kiên TP HCM, 11/2015 Luan van DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA 01 TS Lê Chí Kiên, Giảng viên, Bộ mơn Điều Khiển Tự Động, Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Luan van MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Danh mục chữ viết tắt Thông tin kết nghiên cứu Chương Mở đầu Tổng quan tình hình nghiên cứu nước Tính cấp thiết Mục tiêu cách tiếp cận Phương pháp, đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Chương 1: Cơ sở lý thuyết Từ thuỷ động lực MHD 1.1 Nguyên lý phát điện MHD 1.2 Chất khí ion hóa 12 1.3 Các loại máy phát điện MHD 20 Chương 2: Ion hoá chất khí 2.1 Plasma 29 2.2 Phương trình ion hố 31 2.3 Ứng dụng Từ thuỷ động 33 2.4 Sự truyền dẫn 34 2.5 Đại lượng vô hướng điện dẫn 36 2.6 Tổng quát định luật Ohm 39 2.7 Hiện tượng trượt ion 43 2.8 Mối quan hệ lượng có hiệu ứng Hall trượt ion 47 Chương 3: Phân tích phát điện Từ thuỷ động 3.1 Hiệu ứng Hall 49 i Luan van 3.2 Hiệu ứng trượt ion 51 3.3 Công suất hiệu suất 54 3.4 Giới hạn phân đoạn 56 3.5 Chiều rộng điện cực nhỏ chiều rộng kênh 60 3.6 Chất khí khơng đồng 61 3.7 Sóng điện từ 70 Chương 4: Kết luận 4.1 Kết luận 76 4.2 Sản phẩm đề tài 76 4.3 Hướng phát triển đề tài 77 Tài liệu tham khảo Bản thuyết minh đề tài Bản hợp đồng triển khai nhiệm vụ ii Luan van DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 1.1: Lực Lorentz tác động lên điện tích chuyển động Hình 1.2: Quan hệ chiều dòng điện chiều lực Hình 1.3: Nguyên lý phát điện Từ thủy động lực Hình 1.4: Quỹ đạo trịn điện tử từ trường Hình 1.5: Độ dẫn điện hỗn hợp khí theo thứ tự metal/Kali, argon/Kali argon/Cs Hình 1.6: Quan hệ độ dẫn điện tỉ lệ ion hố Hình 1.7: Chiều dịng điện lịng chất khí plasma chảy qua từ trường Hình 1.8: Các loại máy phát điện MHD Hình 1.9: Máy phát MHD đơn giản Hình 1.10: Hệ thống phát điện MHD chu trình kín Hình 1.11: Chu trình hở máy phát MHD Hình 2.1: Mật độ electron so với nhiệt độ áp suất phần khác cesium kali Hình 2.2: Độ dẫn điện hạt hydrogen,trong tự thân hyrdogen bị ion hố Hình 2.3: Hệ thống toạ độ, hiển thị hướng từ trường, dòng điện, vận tốc trượt hạt máy phát điện Faraday lý tưởng Hình 3.1: Máy phát điện Faraday tuyến tính với điện cực phân đoạn Hình 3.2: Máy phát Hall tuyến tính Hình 3.3: So sánh đặc điểm V-I máy phát Hall Faraday Hình 3.4: So sánh hiệu suất-dịng điện máy phát Hall Faraday Hình 3.5: Điện cực chéo Hình 3.6: So sánh đặc tính ngõ chéo máy phát Faraday -1- Luan van Hình 3.7: Các điện cực phân đoạn Hình 3.8: Mơ hình dịng điện (điện dẫn khơng đồng kênh từ thủy động lực) Hình 3.9: Bề mặt điện cho vùng vector Hình 3.10: Phân bố dòng điện dọc theo trục điện cực Hình 3.11 Các điện cực có điện trở dạng hình V Hình 3.12: Ảnh hưởng chiều rộng điện cực điện trở máy phát Faraday Hình 3.13: Ảnh hưởng tham số Hall Hình 3.14: Ảnh hưởng hiệu suất Hình 3.15: Dạng phân tầng khơng đồng Hình 3.16: Hệ số ngược khơng đồng Hình 3.17: Định mức cơng suất ngõ Hình 3.18: Hiệu suất máy phát Hall Hình 3.19: Phân lớp khơng đồng với khuynh hướng Hình 3.20: Hệ tọa độ Hình 3.21: Tốc độ tăng khu vực cho máy phát Hall dòng chậm với tương tác lực tĩnh điện khơng đáng kể Hình 3.22: Ảnh hưởng số Mach Bảng 2.1 Điện ion hoá khối lượng thống kê Bảng 2.2 Phân tử electron chuyển đổi động lượng tiết diện phạm vi 2000 3000 Bảng 2.3 Độ linh động ion tỷ lệ xấp xỉ electron tới ion Hall giả sử tham số electron – nguồn khí va chạm chiếm ưu -2- Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ICF MHD D-T D-D EE GT : : : : : : Inertial Confinement Fusion Magnetohydrodynamic Deutrrium-Tritium Deutrrium- Deutrrium Enthalpy Extraction Gas Turbine -3- Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BM 08T Thơng tin kết nghiên cứu CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 28 tháng 10 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Phân tích hiệu ứng Hall ion hố chất khí làm việc máy phát điện Từ thuỷ động - Mã số: T2015-100 - Chủ nhiệm: TS Lê Chí Kiên - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 02/2015 – 11/2015 Mục tiêu: - Xác định ảnh hưởng hiệu ứng Hall hiệu ứng trượt ion đến hiệu suất công suất máy phát điện Từ thuỷ động - Phân tích thơng số ảnh hưởng đến q trình ion hố khơng cân máy phát điện Từ thuỷ động Tính sáng tạo: Trong chất khí làm việc Từ thuỷ động tồn nhiều trình nhiệt, điện từ, động lực học chất khí nhiều hiệu ứng ảnh hưởng đến thuộc tính điện chất khí, ảnh hưởng đến phát điện máy phát điện Từ thuỷ động Việc phân tích hiệu ứng Hall ion hố yếu tố ảnh hưởng đến thuộc tính chất khí làm việc giúp tăng hiệu chất khí làm việc, cải thiện rõ rệt tính phát điện máy phát điện Từ thuỷ động Kết nghiên cứu: - Hiệu ứng Hall ảnh hưởng lớn đến ranh giới trạng thái khơng đồng lực dịng điện từ trường phân bố không đồng - Bước sóng tăng nhanh vận tốc trơi electron hướng, lớn vận tốc sóng Kết sóng điện từ tăng xuất vận tốc lệch electron theo hướng lớn vận tốc sóng điện từ Sản phẩm: - Bài báo đăng Website Khoa - Một báo cáo phân tích Luan van 𝜍𝑒𝑓𝑓 ≈ 𝜍 (3.24) 𝐴𝜔𝜏 Và thông số hiệu suất Hall,được định nghĩa 𝜔𝜏𝑒𝑓𝑓 = 𝒋 × 𝜺 𝒋 ∙ 𝜺 góc tiếp xúc 𝒋 𝜺sẽ 𝜔𝜏𝑒𝑓𝑓 ≈ (3.25) 𝐴 ∆𝜍 ∕ 𝜍 mà biên độ dao động rms Kết định luật Ohm sinh Trong 𝐴 = 𝑗≈ 𝜍 𝐴𝜔𝜏 𝜺− 𝐴𝐵 𝒋×𝑩 (3.26) Hình 3.18 Hiệu suất máy phát Hall so với 𝜔𝑒 𝜏𝑒 So sánh với phương trình (3.20b) ổn định, khơng đồng đẳng hướng,dự đốn cả𝜍 𝜔𝜏tổng số giảm bậc 𝐴2 𝜔2 𝜏 số bậc 𝐴𝜔𝜏 −1 −1 , phương trình dự đốn giảm tổng Cho dù khí máy phát điện MHD đẳng hướng chuyển động không đẳng hướng số nguyên nhân quan trọng Hầu hết hiệu suất dường có khả tạo đẳng hướng khơng đồng đều, có chứng minh hiệu suất cho trạng thái khơng cân phát sinh phân bố đẳng hướng Những mong muốn sâu vào chủ đề quan tâm nên biến biến trongtài liệu 67 Luan van tham khảo trích dẫn Tuy nhiên, để hiểu sâu nguồn gốc phương trình (3.24) đến (3.26) lấy từ việc tính tốn sau dựa mẫu rút ngắn lại Để lựa chọn tính tốn biến đổi cho độ dẫn điện không đẳng hướng suy phần trước số trung bình góc độ j điểm theo chiều biến thiên của𝜍.Điều tương đương với việc yêu cầu trạng thái trung bình theo thời gian Plasma theo hướng biến thiên ngược với vận tốc góc khơng đổi xung quanh B, phương trình (3.20) chuyển động đến hệ tọa độ (r,s) (hình 3.19)quay xuyên góc điểm (x,y) phương pháp sau 𝐺𝑐𝑜𝑠 𝛼 + 𝑠𝑖𝑛2 𝛼 𝑗𝜏 + 𝐺 − 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝜔𝜏 𝑗𝑠 = 𝜍𝜀𝜏 (3.27𝑎) 𝐺 − 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝜔𝜏 𝑗𝜏 − 𝐺𝑐𝑜𝑠 𝛼 + 𝑠𝑖𝑛2 𝛼 𝑗𝑠 = −𝜍𝜀𝑠 (3.27𝑏) Hình 3.19 Phân lớp khơng đồng với khuynh hướng Khi ta quay trở lại lời thích thường lệ cho 𝜍 𝜔𝜏 bỏ dấu ngoặc vuông biểu khoảng cách trung bình khơng gian.Thường sử dụng phương trình,chúng ta thu sau 𝜍𝑒𝑓𝑓 = 𝜍 𝜋 /2 𝑗𝜏 𝜋 −𝜋/2 𝜀𝜏 𝑑𝛼 = 𝑗 𝑠 =0 𝜍 𝐺 1/2 =𝜍 − 𝐴2 + 𝐴2 𝜔2 𝜏 68 Luan van 1/2 (3.28𝑎) Lưu ý trường hợp khơng có từ trường (𝜔𝜏 = 0),𝜍𝑒𝑓𝑓 hầu hết không tương đương với 𝜍 = 𝜍 theo định nghĩa phần trước Vì vậy, nói ra,ta xác định giá trị trung bình 𝜍𝛼 ≡ 𝜍 − 𝐴2 mà số giá trị trung bình biểu thị góc trục xthì 𝜍𝑒𝑓𝑓 = 𝜍𝛼 (3.28𝑏 ) + 𝐴2 𝜔2 𝜏 Trong giới hạn lim 𝜍𝑒𝑓𝑓 = 𝜔𝜏 →∞ 𝜍𝛼 𝐴𝜔𝜏 Tương tự , 𝜔𝜏𝑒𝑓𝑓 = 𝜔𝜏 𝜋 /2 𝜀𝑠 𝜋 −𝜋/2 𝜀𝜏 𝑑 𝛼 = 𝜔𝜏 𝑗 𝑠 =0 1/2 − 𝐴2 (3.29𝑎) + 𝐴2 𝜔2 𝜏 Để thống nên xác định 𝜔𝜏𝛼 ≡ − 𝐴2 giá trị 𝜔𝜏sẽ đo giới hạn 𝜔𝜏 tiến tới không Như 𝜔𝜏𝑒𝑓𝑓 = 𝜔𝜏𝛼 + 𝐴2 𝜔2 𝜏 Trong giới hạn 𝜔𝜏 lớn, lim 𝜔𝜏𝑒𝑓𝑓 = 𝜔𝜏 →∞ 1 𝐴 𝜔𝜏 (3.45) Lưu ý điều tương tự điều kiện cần thiết cho ion hóa khơng cân Các điều kiện tăng trình bày theo dạng khác phù hợp khijy = ne e𝒲e , 𝒲e có nghĩa vận tốc lệch electron 𝜍 = ne eΩ/B, phương trình (3.44) trở thành 𝒲e 𝑎 >1 (3.46) 73 Luan van Bước sóng tăng nhanh xảy vận tốc trôi electron hướng, lớn hơn, vận tốc sóng Cho rằng,sóng điện từ tăng xuất vận tốc lệch electron theo hướng,và lớn hơn, vận tốc sóng điện từ Các dạng khác cấu tạo sóng điện từ khuếch đại chấp nhận được.Đặc biệt, thể McCune cho độ dẫn dao động trạng thái cân với biến thiên nhiệt độ khí, sau sóng điện từ tăng cách nhanh chóng Trong trường hợp máy phát Hall với lưu lượng siêu thanh, sóng điện từ lan truyền ngược với lưu lượng khơng song song với dịng điện Hall giữ ngun máy phát điện thời gian tương đối dài.Kết là, đặc biệt tốc độ tăng lớn dự đoán cho sóng điện từ "ngược dịng giảm" Các phân tích có thay đổi nhỏ trường hợp Locke McCune dự đoán tỷ lệ tăng thể hình3.21 hàm tỷ lệ trọng lượng nhiệt 𝛾 lực tĩnh điện va cham với chất khí khơng đáng kể, hình3.22 cho khí chiếm ưu cách va cham lực tĩnh điện.Tốc độ tăng 𝐾𝑖 𝐿 số lần biên độ sóng e-uốn cong máy phát điện có chiều dài L chiều dài tương tác vận tốc Nó giả định khả ion hóa hạt e, 20kTgần tương ứng với loại khí kali hạt 2500°K hạt với cesium 2250°K.Hình 3.21 tìm thơng số cho dòng điện mang tải 𝛼 0.75 kết không nhạy cảm với giá trị Trong hình3.22 cho Lực tĩnh điện chiếm ưu trường hợp𝛼 có ảnh hưởng lớn đường cong có hai giá trị𝛼 hai giá trị sốMach𝑀𝑜 hiển thị.Có thể thấy tốc độ tăng nhanh dự đoán cho số điều kiện máy phát điện khơng có thực Tuy nhiên cách làm lớn 𝐾𝑖 𝐿 đáng kể hay hiệu ứng suy giảm bậc hai xuất hiện.Nó đề xuất hồi tiếp thơng qua mạch tải đưa vào tính tốn, ngun nhân tăng giá trị của𝐾𝑖 𝐿có thể Tuy nhiên chưa có khả làm thực nghiệm điều kiện thích hợp để trả lời câu hỏi Trong khicác sóng điện từ chứng minh vấn đề nguồn quan trọngkhơng đồng loại thảo luận mục3.6, trình bày chứng minh đề nghị có khả hãm lại với phù hợp bên 74 Luan van Trong khí đơn nguyên tử điều kiện khơng cân xuất thích hợp cho sóng âmtừ thay ion hóa hay "nhiệt điện" không ổn định loại thảo luận chương Hình 3.21 Tốc độ tăng khu vực cho máy phát Hall dòng chậm với tương tác lực tĩnh điện không đáng kể Hình 3.22Ảnh hưởng số Mach 75 Luan van 76 Luan van CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu hoàn thành hạn hoàn thành tốt mục tiêu đề thuyết minh, cụ thể sau: - Xác định ảnh hưởng hiệu ứng Hall hiệu ứng trượt ion đến hiệu suất công suất máy phát điện Từ thuỷ động - Hiệu suất cao thu kênh phân đoạn điện cực có tham số Hall lên đến xấp xỉ lần trình đốt cháy - Phân tích thơng số ảnh hưởng đến q trình ion hố khơng cân máy phát điện Từ thuỷ động - Điện cực kết nối chéo tham số Hall gần làm hiệu suất thấp, đồng thời công suất ngõ khơng đạt giá trị cao - Hình dạng lối vào lối có xu hướng thiết lập vận tốc biến dạng độ áp suất nghiêng theo chiều ngang mà dẫn đến số vấn đề khí động học 4.2 Sản phẩm đề tài Sản phẩm đề tài sau hoàn thành bao gồm:  Một sản phẩm khoa học báo đăng Website Khoa  Một báo cáo tổng kết đề xuất hệ thống phát điện có hiệu suất cao kết hợp Từ thuỷ động lực tuabin khí sử dụng nguồn nhiệt từ lị nhiệt hạch 76 Luan van 4.3 Hướng phát triển Đề tài hoàn thành mục tiêu, hạn đề ra, nhiên tương lai cần phải phát triển thêm số hướng nghiên cứu cụ thể sau: - Giảm bớt nhiệt lượng thải làm lạnh cách tận dụng kết hợp thêm với chu trình phát điện nhiệt độ thấp chu trình tuabin (steam turbine) Điều chắn dẫn đến hiệu suất toàn hệ thống nâng cao kết tính tốn - Tăng cường khả ion hóa mơi chất làm việc cách sử dụng môi chất Helium kết hợp với Cesium (hoặc Argon) chất dễ bị ion hóa hơn, thay Helium Helium khó bị ion hóa dẫn đến mơi chất có độ dẫn điện làm công suất phát điện máy phát Từ thủy động - Nghiên cứu hệ thống phát điện Từ thủy động có xét đến yếu tố kích thước hệ thống thông qua thông số gọi mật độ công suất tức công suất phát hệ thống tính đơn vị thể tích hệ thống 77 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO B Zaporowski, J Roszkiewicz, K Sroka, Parameters Analysis ofthe MHDSTEAM Power plant Thermal System, 8th International conference on MHD Electrical Power Generation, Moscow, 1983, Vol.6 75-78 B Zaporowski, J Roszkiewicz, K Sroka Analysis of the Convertion system of a combined MHD-STEAM Power Plant integated with coal gasification Technical University of Poznan, Poland Breton, David and Keeler, Clifton, Comparative IGCC Performance and Costs for Domestic Coals, Gasification Technologies Council, San Francisco, CA (October 2005) C Haiduc, M Mirea, Research on the efficiency CET with MHD generators in the conditions of the S.R of Romania, MEE, Energetica-supplement, Vol 1-2, 1985 C Haiduc, Mathematical model for Technical-Economic efficiency analysis of power stations with MHD generations and classical power stations 10th International conference on MHD power station - Constantin-ICSITEEBucharest104-Berceni Road-Romania, 1989 Gora S and Kapron.H, Economic Aspects of operation of MHD Electrical power plant in power system, Ninth International conference on MHD Electrical Power Generation, Vol.1, November 1986, Tsukuba, Ibaraki, Japan J D Kumana, Use Spreadsheet-Based Combined Heat and Power Models to Identify and Evaluate Energy Cost-Reduction Opportunities in Industrial Plants, page 253, Procedures of 23rd Industrial Energy Technology Conference, Houston, TX (May 2001) Jackson W.D, Integration of MHD plants into Electric Utility System, IEEE Transactions on Energy conversion,Vol.EC-1, No 3, September 1986 -i- Luan van N B Morley, S Malang, I Kirillov, Fusion Science and Technology, Vol.47, No.3, pp.488-501 (2005) 10 Neil B Morley, Mark S Tillack, Magnetohydrodynamics, McGraw-Hill, 1998 11 P A Davidson, An Introduction to Magnetohydrodynamics, Cambridge University Press, 1st Edition, 2001 12 R V Polovin, V P Demutskii, Fundamentals of Magnetohydrodynamics, Consultants Bureau New York and London, 1990 13 Reiner Decher, Direct Energy Conversion, Oxford University Press, USA, 1997 14 Richard J Rosa, Magnetohydrodynamic Energy Conversion, McGraw-Hill, New York – USA, 1968 15 Stanislaw Gora, Henryk Kapron, Economic and Technical Characterisics of MHDSTEAM power plant operation in a power supply system, Lublin Technical University, Faculty of Electrical Engineering, Lublin, Poland 16 Yanxia Lu, Research on MHD-Steam Combined Cycle System, 36th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference, AIAA 2005-4927, Toronto, Canada (June 2005) -ii- Luan van S K L 0 Luan van ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG HALL VÀ SỰ ION HỐ TRONG CHẤT KHÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT... Chí Kiên TP HCM, 11/2015 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG HALL VÀ SỰ ION HỐ TRONG CHẤT... Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Luan van MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Danh mục chữ viết tắt Thông tin kết nghiên cứu Chương