Nghiên Cứu Tháp Đối Lưu Sử Dụng Năng Lượng Mặt Trời.pdf

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố tạp chí khoa học cơng trình khác Các thơng tin số liệu luận văn có nguồn gốc ghi rõ ràng./ Tác giả H cm (Ký ghi rõ họ tên) Đ H Ki nh tế Trần Văn Khiêm ii LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập nghiên cứu Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An, hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện từ nhiều quan, tổ chức cá nhân Luận văn hoàn thành dựa tham khảo, học tập kinh nghiệm từ kết nghiên cứu liên quan, tạp chí chuyên ngành nhiều tác giả trường Đại học, tổ chức nghiên cứu, tổ chức trị…Đặc biệt tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng, khoa thuộc Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An Giáo sư, P Giáo sư, Tiến sĩ nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình học tập làm Luận văn Đặc biệt, tơi xin bày cm tỏ lịng biết ơn lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS Trương Tích Thiện, người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học dành thời gian, công sức để cập nhật thêm H kiến thức, cung cấp tài liệu phương pháp luận suốt trình thực đề tài tế để tơi hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học Xin chân thành cảm ơn thầy cô Ban lãnh đạo nhà trường; Anh chị nh Cán quản lý, giáo viên, nhân viên, bạn bè, đồng nghiệp bên cạnh Ki ủng hộ, giúp đỡ tơi có thời gian nghiên cứu đề tài hết lịng hỗ trợ tơi mặt tinh thần, tạo điều kiện tốt để nghiên cứu hoàn thành Luận văn H Do điều kiện lực thân cịn hạn chế, q trình thực luận Đ văn, cố gắng hoàn thiện đề tài qua tham khảo tài liệu, trao đổi tiếp thu ý kiến đóng góp chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Vì tơi kính mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo hội đồng khoa học, người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp, gia đình bạn bè để luận văn tơi hồn thiện Xin trân trọng cảm ơn./ Tác giả (Ký ghi rõ họ tên) Trần Văn Khiêm iii TÓM TẮT Việt Nam có nhiều thuận lợi để khai thác lượng mặt trời (NLMT) có lượng ánh sáng mặt trời trung bình hàng năm dao động từ 4,3 đến 5,7 triệu kWh/m2 Do đó,chúng ta cần có nhiều nghiên cứu công nghệ để khai thác tiềm to lớn Tháp NLMT công nghệ sử dụng phổ biến Thế giới để khai thác NLMT Tháp hoạt động dựa kết hợp từ hiệu ứng 03 công nghệ: tháp đối lưu, nhà kính turbine gió Tháp NLMT có nhiều ưu điểm với kết cấu thân tháp lớn, tiếp xúc với lưu chất bên bên ngồi tháp, địi hỏi q trình cm phân tích kết cấu phải xác Với tốn đa mơi trường phức tạp toán tương tác lưu chất - kết cấu, giải pháp chủ yếu sử dụng chương trình tính tốn số H gần phải thực nghiệm Trong luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu tế phương pháp số phân tích tốn lưu chất tốn trường cặp đơi lưu chất - kết cấu sử dụng phương pháp để phân tích cho hai mơ hình tháp NLMT với nh tốn thực thơng qua chương trình ANSYS Các kết sơ luận H Đ trước Ki văn phù hợp với thực tế có sai số bé so sánh với kết nghiên cứu iv ABSTRACT VietNam has many advantages to exploit solar energywhen the average annual amount of sunlight ranges from 4.3 to 5.7 million kWh/m2 Therefore, we need a lot of research to exploit this great potential Solar energy tower is a technology commonly used in the world to exploit solar energy The tower works based on a combination of the effects of three technologies: convection towers, greenhouses and wind turbines Solar energy towers have many advantages but with the too large tower structure, contacting to both internal and external fluid, requiring strict structural analysis With cm complex multi-environment problems such as fluid-structure interaction problem, the solution is mainly to use numerical method In thethesis, the author focuses on studying H numerical methods to analyze fluid problem and fluid-structure coupling field problem tế and uses these methods to analyze for two solar power tower models with problemsis analyzedbased on the ANSYS program The preliminary results of the thesis are quite Ki H Đ studies nh consistent with reality and have small errors compared to the results of previous v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN   ii  TÓM TẮT   iii  ABSTRACT   iv  MỤC LỤC   v  DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT  viii  DANH MỤC VIẾT TẮT TIẾNG ANH   viii  cm DANH MỤC BẢNG BIỂU  . ix  DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ  . x  H CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI . 1  tế 1.1 Tính cần thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu nh 1.2.1 Mục tiêu chung Ki 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Đối tượng nghiên cứu .3 H 1.4 Phạm vi nghiên cứu Đ 1.5 Câu hỏi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Tổng quan cơng trình nghiên cứu trước 1.7.1 Các nghiên cứu nước: 1.7.2 Các nghiên cứu nước CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT  8  2.1 Công nghệ tháp đối lưu sử dụng lượng mặt trời 2.1.1 Nguyên lí hoạt động 2.1.2 Những ưu khuyết điểm từ hệ thống tháp đối lưu nhờ lượng mặt trời 10 2.2 Lý thuyết tổng quan tốn trường cặp đơi lưu chất – kết cấu 11 vi 2.2.1 Các thông số lưu chất 11 2.2.2 Phương pháp thể tích kiểm sốt – Đạo hàm tồn phần tích phân khối 15 2.2.3 Phương trình liên tục 17 2.2.4 Phương trình chuyển động lưu chất lý tưởng (Phương trình Euler) .18 2.2.5 Phương trình chuyển động lưu chất thực (Phương trình Navier – Stockes) .20 2.2.6 Phương trình động lượng 23 2.3 Lý thuyết phương pháp số 25 2.3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn [5] 25 cm 2.3.2 Phương pháp thể tích hữu hạn 26 2.3.3 Kết luận .33 H CHƯƠNG 3.MÔ PHỎNG DỊNG LƯU CHẤT TRONG MƠ HÌNH THÁP SOLAR CHIMNEY    tế   . 34  3.1 Mơ hình tháp Manzanares 34 nh 3.1.1 Mơ hình tốn .34 Ki 3.1.2 Mơ hình thể tích hữu hạn ANSYS 35 3.1.3 Điều kiện biên 37 H 3.1.4 Kết phân tích 38 Đ 3.1.5 Kết luận .41 3.2 Mơ hình tháp Enviro Mission .41 3.2.1 Mơ hình tốn .41 3.2.2 Mơ hình thể tích hữu hạn khối lưu chất ANSYS 43 3.2.3 Điều kiện biên 44 3.2.4 Kết phân tích 45 3.3 Phân tích ảnh hưởng dịng lưu chất bên đến kết cấu thân tháp 47 3.3.1 Phương pháp phân tích .47 3.3.2 Mơ hình tốn .47 3.3.3 Điều kiện biên lực tác động từ lưu chất bên 48 vii 3.3.4 Kết phân tích 49 3.4 Phân tích ảnh hưởng dịng lưu chất bên ngồi đến kết cấu thân tháp 50 3.4.1 Mơ hình toán ANSYS 50 3.4.2 Điều kiện biên mơ hình tốn: 50 3.4.3 Kết mơ dịng lưu chất bên ngồi: 52 CHƯƠNG 4.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN   53  4.1 Kết luận 53 4.1.1 Những ưu điểm luận văn .53 4.1.2 Những thiếu sót luận văn 54 4.2 Hướng phát triển .54 Đ H Ki nh tế H cm DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO  . 55  viii TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ VN Việt Nam NLMT Năng lượng mặt trời EVN HANOI Tổng công ty Điện lực Hà Nội PP PTHH Phương pháp phần tử hữu hạn PP TTHH Phương pháp thể tích hữu hạn tế H STT cm DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT Ki nh DANH MỤC VIẾT TẮT TIẾNG ANH TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ CFD Computational Fluid Dynamics ANSYS Analysis System FEM Finite element method FVM Finite volume method Đ H STT ix DANH MỤC BẢNG BIỂU tháp Manzanares Những thơng số kỹ thuật mơ hình Những thơng số kỹ thuật mơ hình 39 tế H tháp lượng 1000m cm 31 tháp Manzanares nh Bảng 3.2 Những thông số kỹ thuật mơ hình Ki Bảng 3.1 TRANG H Bảng 1.1 TÊN BẢNG BIỂU Đ BẢNG BIỂU x DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1 (a) - Tháp Solar Tower 194.60m (Manazares – Tây Ban Nha) 4  Hình 2.1 Tháp đối lưu sử dụng lượng mặt trời (Mơ hình thực tế Manzanares Tây Ban Nha) [4] 8  Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động tháp lượng mặt trời [6] 9  Hình 2.3 Bộ phận hấp thu lượng mặt trời thành hệ thống nhà kính 10  Hình 2.4 Sự phân bố vận tốc lớp biên sát thành cứng 14  Hình 2.5 Thể tích kiểm sốt 15  cm Hình 2.6 Phân tố lưu chất 19  Hình 2.7 Phân tố lưu chất thực 22  H Hình 2.8 Đoạn dịng chảy giới hạn 24  tế Hình 2.9 Cách thức chia lưới có cấu trúc (trong tốn chiều): (a) khơng gian vật lý thực tế (b) khơng gian tính tốn; η, ξ thể tọa độ cong 28  nh Hình 2.10 Hình dạng lưới phương pháp chia lưới có cấu trúc 28  Ki Hình 2.11 Hình dạng lưới có cấu trúc, đa khối miền khảo sát có hình dạng phức tạp; Các đường in đậm đường biên khối 29  H Hình 2.12 Lưới khơng có cấu trúc hỗn hợp 30  Đ Hình 2.13 Các hình dạng lưới sử dụng phương pháp chia lưới khơng có cấu trúc 31  Hình 2.14 Phương pháp thể tích hữu hạn 32  Hình 3.1 Tháp Solar Tower 194.60m (Manazares – Tây Ban Nha) 35  Hình 3.2 Mơ hình tháp ANSYS: (a)-Mơ hình đầy đủ tháp; (b)-Mơ hình 1/64 tháp 36  Hình 3.3.Mơ hình lưới ANSYS: (a)-Mơ hình lưới phần tháp; (b)-Mơ hình lưới phần đế; (c) mơ hình lưới inflation cho lớp biên 36  Hình 3.4 Điều kiện biên tốn mơi trường CFX 37  Hình 3.5 Trường vận tốc khối lưu chất mơ hình ½ tháp 38