Nghiên cứu khả năng tận dụng nhiệt khí thải động cơ phục vụ sinh hoạt của ngư dân trên tàu khai thác thủy sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LÊ GIA PHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI ðỘNG CƠ PHỤC VỤ SINH HOẠT CỦA NGƯ DÂN TRÊN TÀU KHAI THÁC THỦY SẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LÊ GIA PHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI ðỘNG CƠ PHỤC VỤ SINH HOẠT CỦA NGƯ DÂN TRÊN TÀU KHAI THÁC THỦY SẢN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mà SỐ : 60.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. BÙI HẢI TRIỀU HÀ NỘI, NĂM 2014 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan luận văn này không trùng lặp với các luận văn, luận án và các công trình nghiên cứu ñã công bố Mọi tài liệu, số liệu dùng trong tính toán, dẫn chứng ñều hợp lệ và trung thực. Thông tin trích dẫn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Người cam ñoan Lê Gia Phương Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, ñề tài “Nghiên cứu khả năng tận dụng nhiệt khí thải của ñộng cơ phục vụ sinh hoạt của ngư dân trên tàu ñánh cá” ñã hoàn thành. Với tình cảm chân thành, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo- PGS.TS. Bùi Hải Triều, người ñã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự góp ý, chỉ bảo quý báu của các thầy, cô giáo trong bộ môn Cơ khí ñộng lực, khoa cơ khí trường ðại học nông nghiệp Hà Nội, và cuối cùng xin chân thành cảm ơn BGH trường trung cấp thủy sản và các bạn ñồng nghiệp khoa cơ ñiện ñã tạo ñiều kiện về thời gian cho tôi tham gia học tập ñể nâng cao trình ñộ chuyên môn nghiệp vụ, cảm ơn gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên tôi trong quá trình học tập. Xin chân thành cảm ơn và chúc ñến quý thầy cô giáo, các bạn ñồng nghiệp lời chúc sức khỏe ./. Hà Nội, tháng 5 năm 2014 Tác giả luận văn Lê Gia Phương Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật iii MỤC LỤC Trang Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu viết tắt v Danh mục bảng viii Danh mục hình ix MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3 1.1. Tình hình ñánh bắt thủy sản ở nước ta 3 1.1.1. Nguồn lợi hải sản 4 1.1.2. Cơ cấu tàu thuyền khai thác thủy sản theo công suất máy 4 1.1.3. Cơ cấu tàu thuyền theo nghề khai thác thủy sản 5 1.1.4. Năng suất, sản lượng khai thác hải sản 7 1.1.5. Công nghệ khai thác thủy sản và bảo quản 10 1.2. Trang thiết bị trên tàu thuyền khai thác thủy sản 11 1.3. ðiều kiện làm việc của ngư dân trên tàu ñánh bắt hải sản 16 1.4. Trang bị ñộng lực trên tàu ñánh bắt thủy sản 17 1.4.1. Hệ ñộng lực ñẩy: 18 1.4.2. Hệ thống máy phát ñiện 19 1.5. Khả năng tăng hiệu quả sử dụng ñộng cơ 19 1.6 Mục ñích và yêu cầu của ñề tài 22 1.6.1. Mục ñích 22 1.6.2. Yêu cầu của ñề tài 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔN THẤT VÀ TẬN DỤNG NHIỆT CỦA ðỘNG CƠ ðỐT TRONG 23 2.1. Phân tích cân bằng nhiệt của ñộng cơ và cơ sở lý thuyết về tổn thất nhiệt 23 2.1.1. Phân tích cân bằng nhiệt của ñộng cơ: 23 2.1.2. Phân tích tổn thất do nhiệt của khí thải và nước làm mát: 29 2.2. Các nguyên lý làm mát của ñộng cơ tàu thuyền: 39 2.2.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: 40 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật iv 2.2.2 Hệ thống làm mát trực tiếp 41 2.2.3. Hệ thống làm mát gián tiếp: 42 2.3. Tận dụng nhiệt trên ñộng cơ tàu thuyền: 44 2.3.1. Các phương pháp tận dụng nhiệt ñộng cơ: 45 2.3.2. Lựa chọn phương pháp gia nhiệt cho nước ngọt dùng trong sinh hoạt trên tàu khai thác thủy sản. 48 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI ðỘNG CƠ 49 3.1. Lựa chọn ñộng cơ và tàu ñánh bắt cá nghiên cứu 49 3.2. Giới thiệu kết cấu và ñặc ñiểm kỹ thuật của ñộng cơ nghiên cứu 52 3.2.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của ñộng cơ 52 3.2.2. ðặc ñiểm cấu tạo ñộng cơ CUMMINS NTA855M-400HP 53 3.3. Thiết kế sơ bộ hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt khí thải: 56 3.3.1. Cơ sở lý thuyết chung bài toán thiết kế thiết bị trao ñổi nhiệt vách ngăn 57 3.3.2. Mục ñích thiết kế 63 3.3.3. Sơ bộ sơ ñồ hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt khí thải: 64 3.3.4. Thông số lựa chọn cho hệ thống tận dụng nhiệt: 65 3.4. Xác ñịnh các thông số nhiệt của nước ngọt và của khí thải : 65 3.4.1. Xác ñịnh các thông số nhiệt của nước ngọt: 65 3.4.2. Xác ñịnh các thông số nhiệt của khí thải: 67 3.5. Thiết kế bộ phận trao ñổi nhiệt: 72 3.5.1. Xây dựng mô hình: 72 3.5.2. Thông số bình gia nhiệt: 73 3.6. Tính chọn bơm nước 79 3.7. Tính toán mô phỏng hoạt ñộng của hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt khí thải 81 3.7.1. Xây dựng mô hình mô phỏng hoạt ñộng của thiết bị: 81 3.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng ñến hoạt ñộng của hệ thống. 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 1. Kết luận 97 2. Kiến nghị 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi ðơn vị C Khả năng tích nhiệt của thiết bị - C 0 C 0 = 5,67- hệ số bức xạ vật ñen tuyệt ñối - c p1 ; c p2 Nhiệt dung riêng ñẳng áp của môi chất J/kg. 0 K D ðường kính piston mm d h ðường kính nấm xupap mm d 1 ; d 2 ðường kính ống ñồng dẫn nhiệt trong BGN mm F Tổng diện tích bề mặt các ống m 2 Gr Tiêu chuẩn Grashoff của chất lỏng và chất khí - G 1 ; G 2 Lưu lượng môi chất nóng, lạnh kg/s g Gia tốc trọng trường m 2 /s k 0 Hệ số truyền nhiệt của vách khi không có bám bẩn bề mặt - k Hệ số truyền nhiệt của vách khi kể ñến ảnh hưởng của hiện tượng bụi bẩn - k ' Hệ số truyền nhiệt chung. W/m 2 . 0 K L Tổng chiều dài các ống m L 1 Chiều dài mỗi phần tử ống m m n Khối lượng nước trong bộ gia nhiệt kg m M Khối lượng ống ñồng trong bộ gia nhiệt kg N Công suất của bơm W Nu Tiêu chuẩn Nusselt của chất lỏng và chất khí - n Tổng số ống trong bộ gia nhiệt - n vqtk Số vòng quay trục khuỷu v/ph n 2 Số ống trong mỗi pass - Pr Tiêu chuẩn Prandtl của chất lỏng và chất khí - ∆p m Trở kháng ma sát Pa ∆p cb Trở kháng cục bộ Pa Q Lượng nhiệt truyền qua vách W Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật vi Q 1 Nhiệt lượng do dòng môi chất nóng tỏa ra; W Q 2 Nhiệt do dòng môi chất lạnh nhận ñược W q b Mật ñộ dòng nhiệt bức xạ W/m 2 q Mật ñộ truyền nhiệt qua vách W/m 2 Re Tiêu chuẩn Reynolds của chất lỏng và chất khí - S Hành trình piston mm s 1 ;s 2 Bước ống dọc và bước ống ngang của chùm ống mm t Thời gian gia nhiệt cho nước 0 C t k Nhiệt ñộ chất khí 0 C t nmax Nhiệt ñộ nước lớn nhất trong bình chứa 0 C t nbc Nhiệt ñộ nước trong bình chứa 0 C t m Nhiệt ñộ trung bình nước ở ñiều kiện môi trường 0 C t w Nhiệt ñộ bề mặt vách 0 C t 1 ’ ; t 2 ’ Nhiệt ñộ khí xả và nước vào thiết bị trao ñổi nhiệt 0 C t 1 ’’ ; t 2 ’’ Nhiệt ñộ khí xả và nước ra khỏi thiết bị trao ñổi nhiệt 0 C t ∆ ðộ chênh nhiệt ñộ trung bình logarit giữa nhiệt ñộ của hai dòng môi chất nóng và lạnh 0 C ∆t 1 Hiệu nhiệt ñộ của dòng môi chất nóng vào và dòng môi chất lạnh ra khỏi thiết bị 0 C ∆t 2 Hiệu nhiệt ñộ của dòng môi chất nóng ra và dòng môi chất lạnh vào thiết bị 0 C z c Số tấm chắn trong bộ gia nhiệt Tấm z 1 ;z 2 Bước dọc và bước ngang của chùm ống m ω Tốc ñộ của chất lỏng và của khí m/s α 1 ; α 2 Hệ số tỏa nhiệt của khí xả và của nước W/m 2 . 0 K α 1 ’ Hệ số tỏa nhiệt ñối lưu của vách với dòng môi chất nóng W/m 2 . 0 K α 2 ’ Hệ số tỏa nhiệt ñối lưu của vách với dòng môi chất lạnh W/m 2 . 0 K β Hệ số giản nở nhiệt 1/ 0 K δ Chiều dày của vách mm Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật vii 2 CO ε ðộ ñen của khói CO 2 - OH 2 ε ðộ ñen của hơi nước H 2 O - ε k ðộ ñen của khí gây bức xạ - qd ε ðộ ñen quy dẫn - ε w ðộ ñen bề mặt vách - φ Hệ số bụi bẩn bề mặt - λ Hệ số dẫn nhiệt của vách W/m. 0 K λ 1 ; λ 2 Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu vỏ bộ gia nhiệt, bình chứa W/m. 0 K λ ' Hệ số trở kháng của ống - ν 1 ; ν 2 ðộ nhớt ñộng học của chất lỏng và chất khí m 2 /s ρ 1 ; ρ 2 Khối lượng riêng của khí xả và của nước kg/m 3 η Hiệu suất của thiết bị % τ Hằng số thời gian của quá trình ñốt nóng nước s ξ Hệ số trở kháng cục bộ - Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Cơ cấu tàu cá khai thác thủy sản 5 Bảng 1-2. Cơ cấu nghề khai thác theo công suất năm 2010 6 Bảng 1-3. Sản lượng khai thác thủy sản 8 Bảng 1-4. Năng suất khai thác thủy sản 8 Bảng 2.1: Liệt kê các giá trị trung bình của các thành phần trong phương trình cân bằng nhiệt ñộng cơ 29 Bảng 3-1: Bảng các thông số cơ bản tàu cá TH 90557TS 49 Bảng 3-2: Các thông số kỹ thuật cơ bản của ñộng cơ Cummins NTA855M400 52 Bảng 3-3. Hệ số K 0 63 Bảng 3-5: Kết quả tính toán thời gian gia nhiệt cho nước trong bình gia nhiệt 87 Bảng 3-6: Kết quả tính toán ảnh hưởng chế ñộ hoạt ñộng ñộng cơ ñến ñộ gia tăng nhiệt ñộ nước trong bình gia nhiệt 88 Bảng 3-7: Kết quả tính toán cách nhiệt bình trao ñổi nhiệt 91 Bảng 3- 8: Kết quả tính toán bọc cách nhiệt bình chứa nước nóng 93 Bảng 3-9: Kết quả tính toán nhiệt ñộ nước trong bình chứa khi lượng nước ñược sử dụng và lượng lượng bổ xung 95 Bảng 3-10: Bảng thời gian gia nhiệt cho nước trong bình chứa khi bổ xung lượng nước lạnh và lượng nước nóng sử dụng 96 [...]... sinh ho t 3 M c ñích c a ñ tài Nghiên c u kh năng t n d ng nhi t khí th i ñ ng cơ ðiezel tàu cá ph c v sinh ho t c a ngư dân trên tàu ñánh cá Nh m t n d ng t i ña nhi t khí th i c a ñ ng cơ và có th tri n khai r ng rãi và ti t ki m nhiên li u ñ t 4 ð i tư ng nghiên c u, ph m vi nghiên c u Nghiên c u thi t k sơ b h th ng thi t b t n d ng nhi t ñ gia nhi t cho nư c ng t ph c v nhu c u sinh ho t c a ngư. .. c u t n d ng nhi t t ñ ng cơ ñ ph c v các h th ng có s d ng nhi t và ph c v nhu c u sinh ho t cho các thuy n viên trên tàu T nh ng phân tích trên tác gi ti n hành nghiên c u ñ tài: Nghiên c u kh năng t n d ng nhi t khí th i c a ñ ng cơ ph c v sinh ho t c a ngư dân trên tàu ñánh cá” 2 Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài Vi c nghiên c u, mô ph ng h th ng t n d ng nhi t khí th i ñ gia nhi t cho nư... không ñ m b o cho vi c khai thác th y s n và ñi u ki n sinh ho t cho thuy n viên trên tàu Hình 1-2: Sơ ñ b trí chung tàu khai thác th y s n + Trang thi t b h th ng lái: Là h th ng ñư c trang b trên tàu ñ ñi u ch nh hư ng chuy n ñ ng c a con tàu theo ý mu n c a ngư i ñi u khi n trong khi tàu hành trình cũng như khi tàu ra vào lu ng l ch, neo ñ u ho c c p c ng ð i v i tàu khai thác th y s n h th ng thi... c u sinh: Trên t t c các tàu th y ñ u ñư c trang b d ng c c u sinh Dùng ñ c p c u thuy n viên trong trư ng h p tai n n ph i b tàu ho c ñ c u ngư i trên tàu ngã xu ng nư c Hình 1-12: Hình nh áo phao và phao tròn 1.3 ði u ki n làm vi c c a ngư dân trên tàu ñánh b t h i s n Tương ng v i tăng s lư ng tàu cá, lao ñ ng tr c ti p khai thác th y s n cũng tăng theo, t 270.587 ngư i (1990) lên g n 850.000 ngư. .. tàu và gi m giá thành ñóng m i, nâng cao hi u qu khai thác con tàu ð i v i các ñ ng cơ tàu th y s d ng nhiên li u n ng b t bu c ph i s d ng ngu n nhi t ñ hâm s y, vì th trên tàu c n ph i có n i hơi ñ sinh hơi s y nhiên li u và ph c v các nhu c u khác trên tàu Tùy thu c lo i tàu, công d ng c a tàu, tùy thu c nhu c u hơi th c t và ph thu c ch tàu mà trên tàu th y có th b trí n i hơi ph ho c n i hơi khí. .. c d báo còn nhi u ti m năng khai thác; theo ư c tính c a Vi n Nghiên c u H i s n, tr lư ng ngu n l i h i s n vùng bi n xa b có kh năng cho phép khai thác 1,5 tri u t n; s n lư ng h i s n khai thác xa b năm 2010 ñ t 1,1 tri u t n; như v y, ngu n l i h i s n xa b c a m t s loài cá n i l n, cá n i nh còn có kh năng cho phép khai thác (0,4 tri u t n) 1.1.2 Cơ c u tàu thuy n khai thác th y s n theo công... thác ði u ki n khai thác th y s n ngày càng khó khăn do khí h u th i ti t, m r ng vùng ñánh b t C th tàu cá c a nư c ta ñư c phân lo i c th theo công su t ñ qu n lý các tàu khi ñăng ký khai thác: lo i dư i 20 CV, T 20CV ñ n 90 CV, t 90CV ñ n 400 CV và t 400CV ñ n 1000CV ð nâng cao ñi u ki n khai thác, các tàu ph i khai thác ngư trư ng r ng và khai thác dài ngày trên bi n do ñó các tàu ph i có công su... v t) trên tàu cá: Hình 1-13: Sơ ñ b trí h ñ ng l c ñ y tàu thuy n 1-ð ng cơ; 2-Tr c ñ ng cơ và kh p n i m m; 4-Máy phát ñi n ñ ng tr c; 5- ng bao tr c có 3-H p s ; ñ ; 6-Tr c chân v t; 7-Chân v t ð ng cơ l p trên tàu cá hay còn g i máy chính l p trên các tàu khai thác th y s n xa b thư ng có công su t t 90 cv÷ 1000cv, các tàu cá l p nhi u ch ng lo i ñ ng cơ khác nhau và chi m ña ph n là ñ ng cơ cũ... t t m t ñ ng cơ V i m c ñích tăng hi u qu s d ng ñ ng cơ 21 H c vi n Nông nghi p Vi t Nam – Lu n văn th c s Khoa h c K thu t 1.6 M c ñích và yêu c u c a ñ tài 1.6.1 M c ñích: Nghiên c u, thi t k h th ng t n d ng nhi t khí th i ñ ng cơ dùng ñ gia nhi t cho nư c ng t ph c v nhu c u sinh ho t c a ngư dân trên tàu cá Tăng hi u qu s d ng ñ ng cơ tàu thuy n khai thác th y s n, ñ c bi t các tàu có công su... 2 CS ñ i tàu >90 cv 1,8 13,0 Ngu n: C c Khai thác và B o v ngu n l i th y s n 1.1.3 Cơ c u tàu thuy n theo ngh khai thác th y s n: Hi n nay, c nư c có 40 lo i ngh khai thác th y s n, ñư c x p vào 7 h ngh ch y u như sau: 5 H c vi n Nông nghi p Vi t Nam – Lu n văn th c s Khoa h c K thu t Năm 2010, ngh lư i kéo chi m t tr ng khá l n trong cơ c u ngh khai thác c a c nư c trên 18%; ngh lư i rê trên 37,9%; . NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI ðỘNG CƠ PHỤC VỤ SINH HOẠT CỦA NGƯ DÂN TRÊN TÀU KHAI THÁC THỦY SẢN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mà SỐ : 60.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG. ñốt sản xuất nước nóng dùng trong sinh hoạt. 3. Mục ñích của ñề tài Nghiên cứu khả năng tận dụng nhiệt khí thải ñộng cơ ðiezel tàu cá phục vụ sinh hoạt của ngư dân trên tàu ñánh cá. Nhằm tận. NGHIỆP HÀ NỘI LÊ GIA PHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI ðỘNG CƠ PHỤC VỤ SINH HOẠT CỦA NGƯ DÂN TRÊN TÀU KHAI THÁC THỦY SẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ