mô phỏng hỗn hợp khí làm việc của từ thủy động lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG TRA MƠ PHỎNG HỖN HỢP KHÍ LÀM VIỆC CỦA TỪ THỦY ĐỘNG LỰC S K C 0 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 5 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG TRA MƠ PHỎNG HỖN HỢP KHÍ LÀM VIỆC CỦA TỪ THỦY ĐỘNG LỰC NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ CHÍ KIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - Cán hướng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) TS L Ê CH Í KI ÊN Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) TS NGUYỄN VĂN QUANG Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) TS TRƯƠNG VIỆT ANH Luận văn thạc sĩ bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tháng 04 năm 2013 GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2013 Lê Quang Tra HVTH: Lê Quang Tra Trang iii GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ Lời Cảm Ơn Để hoàn thành luận văn đạt yêu cầu tiến độ mà nhà trường giao cố gắng thân, em nhận giúp đỡ tận tình thầy cơ, bạn bè người thân Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến quý lãnh đạo nhà trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tạo điều kiện tốt cho em thời gian vừa qua Các quý thầy cô khoa Điện - Điện Tử nhà trường trao cho em kiến thức trình đào tạo mái trường thân yêu Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn đến thầy TS Lê Chí Kiên, người tận tình hướng dẫn, trao cho em kiến thức hay đầy mẽ để em hồn thành tốt luận văn cố kiến thức cho em tốt Đồng thời em xin cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, động viên, đóng góp ý kiến đầy bổ ích cho em thời gian vừa rồi, em mong nhận giúp đỡ nhiều thời gian tới Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! Kính chúc quý thầy cơ, q bạn bè, đồng nghiệp gia đình dồi sức khỏe tràn đầy hạnh phúc./ HVTH: Lê Quang Tra Trang iv GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ TÓM TẮT Hiện nay, ngành điện giới nói chung nước ta nói riêng đối mặt với nhiều khó khăn cạn kiệt nhiên liệu nhu cầu sử dụng điện ngày cao Trước tình hình đó, tìm nhiều giải pháp để cải thiện chất lượng điện như: tiết kiệm điện năng, sử dụng điện hiệu quả, tìm nguồn lượng tái tạo,… Tuy nhiên, có giải pháp nhiều nước nghiên cứu dù mơ hình thí nghiệm tương lai phát triển mạnh mẽ, phương pháp phát điện từ thủy động lực học (MHD) Đề tài “Mơ hỗn hợp khí làm việc từ thủy động lực” nghiên cứu với mục tiêu tìm giải pháp sử dụng lượng cách hiệu Nội dung đề tài tóm tắt sau: - Trình bày cấu tạo, nguyên lý phát điện MHD, loại máy phát MHD, ứng dụng máy phát điện MHD hệ thống phát điện MHD - Mối quan hệ thông số mật độ điện tử ảnh hưởng đến phát điện MHD - Định nghĩa hệ số tải - Mô thông số mật độ điện tử hỗn hợp khí, đưa nhận xét kết luận Với kết đạt được, người thực đề tài tin giúp ích cho việc nghiên cứu sau để tạo nhiều kiểu phát điện mới, lựa chọn phương pháp phát điện phù hợp với điều kiện nước ta HVTH: Lê Quang Tra Trang v GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ ABSTRACT Nowadays, the world in general and Vietnam in particular are facing many difficulties in lack of electricity The natural resources are becoming exhausted because demands for electricity are higher and higher In this situation, we are making an effort to look for the solutions to improve the quality of electricity, such as: saving electricity, using energy effectively, find reactivate energy source… Among those, there is a solution which is being researching by many countries and will be strongly developed in the future, that is the magnetohydrodynamics generation (MHD) Subject “Simulation of gas mixture the magnetohydrodynamics” is carried out to find a more effective energy usage solution The major content of this topic can be summarized as below: - Presenting the structure, working principles of MHD, introducing kinds of MHD, the usage and application of MHD and the generating electricity systems of MHD - The relationship between the parameters of the electron density and the generator MHD - Definition of load - Simulation parameters of the electron density in the gas mixture, giving comments and conclusions We hope that this topic will be useful with researches in the forthcoming time to find another ways to generate electricity, which are more effective and suitable for Vietnamese conditions HVTH: Lê Quang Tra Trang vi GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách ký hiệu ix Danh sách hình xi Danh sách bảng xiii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài nghiên cứu: 1.2 Hướng nghiên cứu: 1.3 Nhiệm vụ đề tài: 1.4 Giới hạn đề tài: 1.5 Phương pháp nghiên cứu: 1.6 Nội dung luận văn Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MHD 2.1 Các khái niệm từ thủy động lực (MHD): 2.2 Nguyên lý phát điện từ thủy động lực (MHD): 2.3 Các loại máy phát điện từ thủy động lực (MHD): 12 2.4 Các hệ thống phát điện từ thủy động lực: 20 2.5 Ứng dụng: 23 HVTH: Lê Quang Tra Trang vii GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ Chương 3: MÔ PHỎNG HỖN HỢP KHÍ LÀM VIỆC CỦA TỪ THỦY ĐỘNG LỰC 26 3.1 Mô mật độ điện tử số chất hỗn hợp khí: 26 3.2 Định nghĩa hệ số tải K: 36 3.3 Đánh giá kết quả: 40 Chương 4: KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC 45 HVTH: Lê Quang Tra Trang viii GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU KÝ HIỆU LATIN B: từ trường ce: vận tốc nhiệt electron E: điện trường e: điện tích electron F: lực J: mật độ dịng K: thông số tải me: khối lượng electron ne: mật độ electron p: áp suất P: công suất  : hệ số tỉ nhiệt q: điện tích T: nhiệt độ u: thành phần vận tốc trục x β: thông số Hall  : hiệu suất HVTH: Lê Quang Tra Trang ix Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS Lê Chí Kiên Kết hợp (3.12) (3.13): Khi: 𝑅 = ⟶ 𝐸𝑥 = 𝑅 = ∞ → 𝐸𝑥 = 𝑢𝐵 ⟹ 𝐸𝑥 = 𝐾𝑢𝐵 (3.14) (Với K hệ số tải) Trong đó: 0≤𝐾≤1 Khi mật độ dịng trở thành: 𝑗 = 𝛿𝑢𝐵 − 𝐾 (3.15) Công suất cung cấp cho tải xác định: 𝑃0 = 𝑗 𝐸 (3.16) ⟹ 𝑃0 = 𝛿𝑢𝐵 − 𝐾 𝐾𝑢𝐵 ⟹ 𝑃0 = 𝐾 − 𝐾 𝛿𝑢2 𝐵2 (3.17) Tương tự: lực điện cản dòng chảy 𝐹 = 𝑗 𝐵 (3.18) ⟺ 𝐹 = 𝛿𝑢𝐵 − 𝐾 𝐵 ⟺ 𝐹 = − 𝐾 𝛿𝑢𝐵2 (3.19) Công suất vào: 𝑃𝑖 = 𝐹 𝑢 = − 𝐾 𝛿𝑢2 𝐵 (3.20) Hiệu suất định nghĩa tỷ số công suất công suất vào 𝜂= 𝑃0 𝑃𝑖 = 𝑗 𝐸 𝐹.𝑢 = 𝐾 1−𝐾 𝛿 𝑢 𝐵 1−𝐾 𝛿 𝑢 𝐵 =𝐾 ⟺𝜂=𝐾 Chúng ta khảo sát P0 , 𝜂 , theo K Theo phương trình (3.17): 𝑃0 = 𝐾 − 𝐾 𝛿𝑢2 𝐵2 Đây phương trình có đồ thị parabon HVTH: Lê Quang Tra Trang 37 (3.12) Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 3.8: Đồ thị khảo sát P0 , 𝜂 , theo K Khảo sát phương trình: 𝑃0 = 𝐾 − 𝐾 𝛿𝑢2 𝐵2 Xem tốc độ dòng khí khơng thay đổi q trình khảo sát Các thông số Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Tốc độ dịng khí (u) 775 775 775 Độ dẫn điện (𝛿) (3-5) 4.5 (3-5) Cảm ứng từ (B) (5-10) (5-10) Hệ số tải (K) (0-1) (0-1) 0.5 Bảng 3.7: Các thông số mô P0 Kết mô phỏng: HVTH: Lê Quang Tra Trang 38 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 3.9: P0 = f(K, 𝛿) Hình 3.10: P0 = f(K,B) HVTH: Lê Quang Tra Trang 39 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 3.11: P0 = f( 𝛿, 𝐵) Như vậy: Khi hệ số tải K tăng từ → 0.5 cơng suất tăng, hệ số tải K lớn 0.5 cơng suất giảm Đây tiêu chí dùng để xác định hệ số tải K để tạo công suất đạt giá trị mong muốn Vậy hệ số tải K = 0.5 cơng suất lớn 3.3 Đánh giá kết quả: - Mật độ điện tử phụ thuộc vào lưu chất khí làm việc - Mật độ điện tử phụ thuộc vào nhiệt độ hỗn hợp khí - Mật độ điện tử phụ thuộc vào mật độ cấy nguyên tử kim loại kiềm - Công suất phát lớn hệ số tải 0,5 - Cơng suất có quan hệ với hệ số tải, < K < 0.5 hiệu suất biến thiên theo chiều tăng, K = 0.5 hiệu suất lớn nhất, 0.5