bài thi năng lượng tái tạo đại học bách khoa đà nẵng

Bài thi được biên soạn của sinh viên được điểm cao, bằng file PDF, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa, bài thi được trình bày tỉ mỉ và chỉnh chu,kết thúc học phần môn năng lượng mặt trời, năng lượng tái tạo của đai học bách khoa đà nẵng, PGS, TS nguyễn bốn biên soạn,

Trang 1

Sinh viên: Phạm Văn Toán | Lớp 14N2 1

CÂU 1

Câu 1.1

1.1.1 ,Tổng kết các phản ứng nhiệt hạch:

+ Phản ứng tổng hợp hạt nhân Hêli

Khi nhiệt độ Mặt Trời đạt T≥ 107K, đủ điều kiện tổng hợp Hêli từ Hidro:

Năng lượng giải phóng : q1 = ∆m1.c2 = 0.01.(3.108)2 = 9.1014 J

Mỗi giây Mặt Trời tiêu hủy 420 triệu tấn Hidro, giảm khối lượng ∆m = 4,2 triệu tấn

và phát ra năng lượng : Q0 = 3,8.1026 W

Muốn đạt nhiệt độ tại tâm đủ cao để thành một ngôi sao, thiên thể cần có khối lượng M ≥ 0,08M0 với M0 là khối lượng Mặt Trời M0 = 2.1030kg Thời gian xảy ra phản ứng tổng hợp Hê li nằm trong khoảng (108 – 1010) năm :

τ1 =∆𝑀1.𝑐

2

𝑄0 =0,01.η.𝑀0

𝑄0 = 0,01.60%.(2.1030).(3.108)2

3,8.1026 = 2.8.10

18 s = 9.1010 năm

Giai đoạn đốt Hydro của Mặt Trời đã diễn ra cách đây 4,5 tỷ năm và còn tiếp diễn 5,5 tỷ năm nữa

+ Phản ứng tổng hợp Cácbon:

Khi sắp hết H2 phản ứng tổng hợp He sẽ yếu dần, áp lực bức xạ bên trong không đủ

mạnh để cân bằng lực nén do hấp dẫn, khiến thể tích co lại(r giảm) Khi nhiệt độ

tăng lên T≥ 108K thì xảy ra phản ứng tổng hợp Cacbon:

Năng lượng giải phóng : q2 = ∆m2.c2 = (3𝑚𝐻𝑒4 - 𝑚𝐶12). c2 ≫ q1

→ bán kính r tăng ( gấp 100 lần hiện tại)

Thời gian cháy của He : τ2 = τ1/30 = 300.106 năm

Nhiệt sinh ra làm tăng áp suất bức xạ khiến ngôi sao nở ra hàng tram lần so với trước Lúc này T ≈ 4000K, Mặt Trời thành ngôi sao đỏ khổng lồ

4H1 → He4 + q1

3He4 → C12 + q2

Trang 2

+ Phản ứng tổng hợp Oxi và các nguyên tố khác:

Kết thúc quá trình cháy He, áp lực trong sao giảm, lực hấp dẫn ép sao co lại , nhiệt

độ tăng lên T=5.106K sẽ xảy ra phản ứng tạo Oxi

Tính chất: Quá trình cháy xảy ra với tốc độ tăng dần và thời gian giảm dần

q1 <q3 <q2 ⟹ Mặt Trời co lại

𝜏3 ≫ 𝜏2

+ Chuỗi phản ứng nhiệt hạch trong Mặt Trời:

Chu trình cháy – tắt – nén – cháy được tăng tốc, lien tiếp tạo nguyên tố mới :

O16 →Ne20 →Na22 →Mg24 →Al26 →Si28 →P30 →S32 →…→Cr52 →Mn54 →Fe56 Sau khi tạo Fe56 chuổi phản ứng kết thúc

1.1.2 ,Các kiểu tiến hóa của mặt trời :

+ Các sao có khối lượng (0,7 ÷ 1,4) M 0 :

Sau khi hết nhiên liệu từ một sao đỏ khổng lồ đường kính 100.106 km lại thành một sao lùn trắng, đường kính cỡ 1500km là trạng thái dừng, khi lực hấp dẫn cân bằng với áp lực tạo ra khi các nguyên tử ép chặt lại với nhau, có khối lượng riêng cỡ

1012kg/m3 Nhiệt độ bề mặt sao đạt 6000K, sau đó tỏa nhiệt và nguội đi trong 1 tỷ năm thành sao lùn đen hay sao sắt

{𝜌𝑠𝑠 = 10

6 𝜌𝐹𝑒

𝑑𝑠𝑠 = 𝐷𝑀𝑇

100

+ Các sao có khối lượng (1,4 ÷ 5) M 0 :

Lực hấp dẫn đủ mạnh ép nát nguyên tử Fe, ép hạt nhân lại với nhau, làm tróc hết

vỏ điện tử tạo sao Neutron có đường kính cỡ 15km, khối lượng riêng 1018kg/m3

⟹ {

+ 𝑉ụ 𝑛ổ 𝑆𝑖ê𝑢 𝑠𝑎𝑜 𝑚ớ𝑖 (𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜𝑣𝑎) → 𝑄 ≥ 109𝑄1 + {𝑝 + 𝑒

− → 𝑛

𝑛0 ) → 𝑠𝑎𝑜 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜𝑛 + 𝐵ụ𝑖 𝑠𝑎𝑜

4C12 → 3O16 + q3

Trang 3

Bụi sao → Tạo ra các Mặt Trời thứ cấp

Các nguyên tố nặng (𝐹𝑒56 → 𝑋150)

+ Các sao có khối lượng M ≥ 5M 0 :

Sau khi tạo Fe56 , lực hấp dẫn ép Mặt Trời co lại, bán kính (r) giảm, ép nát Fe56, co lại lien tục ép nát sao Neutron , tạo ra quaks rồi tạo ra vụ nổ Hypermova ( bội siêu sao) ⟹ Hố đen ( Black hole), nguyên tố nặng Bụi sao tạo thành các Mặt Trời và

hệ Mặt Trời thứ cấp

Fhd = 𝐺.𝑀𝑚

𝑅2 ⟹ Wthd = Fhd.R = 𝐺.𝑀𝑚

𝑅 mà Wthd = Wđo = mc2/2

⟹ R(M) = 2𝐺𝑀

𝑐2 ⟹ {R(Mđ) = 1.5cm ( bán kính trái đất)

R(Mo) = 1.5km ( bán kính mặt trời)

KẾTLUẬN : Năng lượng Mặt Trời và các nguyên tố nhẹ ( trước Fe 56 ) được sinh

ra từ các phản ứng nhiệt hạch, các nguyên tố nặng ( sau Fe 56 ) được sinh ra trong

vụ nổ Hypermova ( bội siêu sao)

Câu 1.2:

1.2.1 ,Lập công thức tính cường độ bức xạ tới 𝐄𝐭(𝐫)

a) Phát biểu bài toán:

F0 Chân không

MT → M

r

𝐸𝑡(𝑟)

D0 ,T0 ,ɛ0

b) Thiết lập công thức:

Vì chân không không hấp thụ bức xạ, nên công suất hấp thụ bức xạ của Mặt Trời là Q0(F0) = Qr (Fr) = const , ∀r

⇔ E0 F0 = 𝐸𝑡(𝑟) Fr ⇔ ɛ0 𝜎0𝑇04.𝜋D4 = 𝐸𝑡(𝑟) 𝜋 (2𝑟)2

⟹ 𝐸𝑡(𝑟) = 𝜎0𝑇04.(𝐷

2𝑟)2 (1.2.1) Hay 𝐸𝑡(𝑟) = 𝜎0𝑇04.(𝐷

2)2. 1

𝑟2 ,[w/m2]

Trang 4

c) Hệ quả:

• Hằng số Mặt Trời: - Cách 1: Bằng thực nghiệm

𝐸𝑡 ≜ 𝐸𝑡(𝑟 = 𝑟𝑀𝑇→𝑇Đ = 1,495 1011𝑚)

Thực nghiệm cho thấy : 𝐸𝑡 = 1353 W/m2

- Cách 2: Bằng giải tích

Từ công thức (1.2.1), thay số ta có :

𝐸𝑡 = 𝜎0𝑇04.(𝐷

2𝑟)2 = 5,67 10−8 5762. ( 1,395.109

2.1,495.1011)

2

= 1353 W/m2

• Công suất BXMT tới Trái Đất (có 𝑑 = 1,27 107𝑚, 𝑟 = 𝑟𝑇Đ)

𝑄𝑡 = 𝐸𝑡 𝑓đ = 𝐸𝑡.𝜋

4𝑑

2 = 1353 𝑊

𝑚2 𝜋

4(1,495 10

11𝑚)2 = 1,7.1017𝑊

= 17000.1013𝑊

1.2.2 ,Lập CT tính nhiệt độ cân bằng của vật thu bức xạ mặt trời

𝑻 (𝒓,𝑭𝒕

𝑭

⁄ ) trong chân không:

a) Phát biểu bài toán: Cho Mặt Trời có đường kính Do, nhiệt độ to và vật V có hệ

số bức xạ , diện tích xung quanh F, diện tích hứng nắng Ft, hệ số hấp thụ A, cách mặt trời khoảng r, môi trường là chân không.Tính nhiệt độ cân bằng của vật thu bức xạ mặt trời 𝑇 (𝑟,𝐹𝑡

𝐹

⁄ ) ?

b) Lập công thức:

Phương trình cân bằng nhiệt cho vật V có dạng:

T A,,F

Ft

D0,To

Trang 5

Công suất do vật V hấp thụ = Công suất phát bức xạ từ vật V

⇔ 𝑄𝐴 = 𝑄𝜀 + ∆𝑈𝑉(Khi cân bằng ∆𝑈𝑉= 0)

A.Et(r).Ft = .0.T4.F  T(r, 𝐹𝑡

𝐹

⁄ ) =

4 / 1

o

).

(













F

F r E



với: Et(r) = 0.To4

2 / 1

2 











r

D o

Do = 1,391.109 m là đường kính mặt trời

To = 5762℃ là nhiệt độ bề mặt mặt trời

Suy ra: T(r) = To

2 / 1

2 











r

D o 1/4

.













F

A t

 = 𝑇 (𝑟,

𝐹𝑡 𝐹

⁄ ) , [K]

Hệ quả : + Nếu vật là vật xám (A=): T(r) = To

2 / 1

2 











r

D o 1/4













F

F t

, [K]

+ Nếu vật xám hình cầu( 𝐹𝐹𝑡 = 14 =const ∀𝑑): T(r) =

2

1 To

2 / 1













r

D o

, [K] + Vậy nhiệt độ vật thu bức xạ mặt trời:

t = T(r) – 273, [oC]

Câu 1.3 : Tính nhiệt độ cân bằng 𝑻(𝒓) của các thiên thể trong hệ mặt trời,

tính sai số so với trị thực nghiệm 𝑻𝒕𝒉 theo 𝜀𝑇 = |1 −𝑇(𝑟)

𝑇𝑡ℎ|?

Xem thiên thể trong hệ MT là vật xám 









  4

1

F

F t

: T(r) =

2

1 To

2 / 1













r

D o

, [K]

Do = 1,391.109 m là đường kính mặt trời

To = 5762 K là nhiệt độ bề mặt mặt trời

Với Sao Thủy: Khoảng cách tới Mặt Trời: r = 0,58.1011m

Nhiệt độ thực nghiệm : 𝑇𝑡ℎ =446 K

⟹ Nhiệt độ cân bằng:

T(r) =

2

1 To

2 / 1













r

D o

= 2

1

5762 (1,391.10

9

0,58.1011)

1/2

= 446,16 K

𝜀𝑇 = |1 −𝑇(𝑟)

𝑇𝑡ℎ| = |1 −446,16

446 | = 3,59.10−4 =0.0359 % Tính tương tự với các thiên thể khác ta có bảng:

Trang 6

Bảng tính 𝑻(𝒓), 𝜺𝑻 của các thiên thể trong hệ mặt trời

Tên thiên thể r [10 11 m] T(r) ,[K] 𝑻𝒕𝒉 [K]

𝜺𝑻

= |𝟏 −𝑻(𝒓)

𝑻𝒕𝒉 |

Sao Thiên Vương - Uranus 28.70 63,43 59 0,075 Sao Hải Vương – Neptune 45.00 50,65 53 0,044

CÂU 2:

2.1.1 Lập công thức tính hiệu suất của động cơ gió 𝜼(𝒙 = 𝒗𝟐

𝒗𝟏) ≜ 𝑷đ𝒄

𝑷𝒈

ƒ=𝜋R2 𝜔 𝜔

𝑣1,𝛒 𝑣2,𝛒

R

𝑃đ𝑐 ≜ 𝑃𝑔1− 𝑃𝑔2 (Hiệu công suất vào – ra) (1)

Trong đó: 𝑃đ𝑐 : Công suất động cơ, [𝑊]

𝑃𝑔 : Công suất gió, [𝑊]

Lưu lượng gió đi qua động cơ : G = 𝜌 𝑓 𝑣 [kg/s]

Lưu lượng gió với vận tốc trung bình là G = 𝜌 𝑓 (𝑣1 +𝑣2

2 ) ,[kg/s]

Hiệu suất động cơ gió : 𝜂(𝑥 = 𝑣2

𝑣1) ≜ 𝑃đ𝑐

𝑃𝑔

Trang 7

𝑃đ𝑐 =1

2𝐺(𝑣1

2− 𝑣22) = 1

2[𝜌 𝑓 (

𝑣1+ 𝑣2

2 )] (𝑣1

2 − 𝑣22)

𝑃đ𝑐 =1

4 𝜌 𝑓.

(𝑣1+ 𝑣2)

𝑣1 .

(𝑣12 − 𝑣22)

𝑣12 𝑣1

3

=1

4 𝜌 𝑓 (1 +

𝑣2

𝑣1) [1 − (

𝑣2

𝑣1)

2

] 𝑣13

Sử dụng đổi biến 𝑥 ≜ 𝑣2

𝑣1 , Ta có : 𝑃đ𝑐 = 1

2𝜌𝑓𝑣13.1

2(1 + 𝑥)(1 − 𝑥2) , [𝑊] (2)

𝑉ớ𝑖 ∶ 𝑃𝑔 = 1

2𝜌𝑓𝑣13 , [𝑊] (3)

Từ (1),(2),(3) :

⟹ 𝜂 ≜ 𝑃đ𝑐

𝑃𝑔 = 1

2(1 + 𝑥)(1 − 𝑥2)

2.1.2: Khảo sát 𝜼(𝒙)

𝜂 = 1

2(1 + 𝑥)(1 − 𝑥2)

⟹ 𝜂′ =1

2[(1×(1 − 𝑥2)) + (1 + 𝑥)(−2𝑥)] = 1

2(1 − 2𝑥 − 3𝑥2) = 0 ⇔ {𝑥 = 1/3

𝑥 = −1 Loại 𝑥 = −1 , 𝑥 =

𝑣2

𝑣1 ∀ 𝑣

max 𝜂(𝑥) = 𝜂 (𝑥 = 1

3) =

1

2(1 +

1

3) (1 −

12

32) =16

27 = 59,26%

2.1.3: Phát biểu định luật Bethz:

Theo luật của Betz: không có tuabin nào có thể chiếm được hơn 16/27 (59,3%)

năng lượng động học trong gió Hệ số 16/27 (0.593) được gọi là hệ số của Betz

Các tuabin gió hiệu suất thực tế đạt được ở mức cao nhất 75% đến 80% giới hạn

của Betz

Trang 8

2.2,

Lập công thức tính công suất điện 𝑷đ của động cơ phong điện có (𝜼đ𝒄 = 𝑷đ

𝑷đ𝒄, 𝒙 = 𝒗𝟐

𝒗𝟏, bán kính R, 𝝆, 𝒗𝟏), 𝑷đ = 𝑷đ(𝜼đ𝒄, 𝒙, 𝑹, 𝝆, 𝒗𝟏):

Theo phần thiết lập công thức mục (2.1.1) ta có:

𝜂 ≜𝑃đ𝑐

𝑃𝑔 = 1

2(1 + 𝑥)(1 − 𝑥2)

⇔ 𝑃đ𝑐 = 𝑃𝑔.1

2(1 + 𝑥)(1 − 𝑥2) = 1

2𝜌𝑓𝑣13.1

2(1 + 𝑥)(1 − 𝑥2) = 1

2𝜌𝜋𝑅2 𝑣13.1

2(1 + 𝑥)(1 − 𝑥2) Mặt khác : 𝜂đ𝑐 = 𝑃đ

𝑃đ𝑐 ⟹ 𝑃đ = 𝜂đ𝑐 𝑃đ𝑐 = 1

8𝜌𝜋𝑅2 𝑣13 [(1 + 𝑥)(1 − 𝑥2)]2 ,[W]

CÂU 3:

Phần mô tả bài toán:

𝑡(𝜏)

𝐌𝐂(𝝆, 𝑪𝒑,𝒕𝟎= 𝒕𝒇) 𝒕(𝝉) 𝑷𝑻(𝒓, 𝑳, 𝒇, 𝑹)

𝐎𝐌𝐂(𝒅𝟏, 𝑳, 𝜹 = 𝟎, 𝜺 = 𝑨)

𝐊(𝒅𝟐, 𝑳, 𝜹 = 𝟎, 𝑫)

𝒕𝒇

𝒕 𝒇

𝑮, 𝑪𝒑, 𝒕𝟎= 𝒕𝒇

𝑬𝒕(𝝉) = 𝑬𝟎𝐬𝐢𝐧 (𝟐𝝅

𝝉 𝒏

𝝉)

Trang 9

3.1 Tính hệ số tỏa nhiệt phức hợp từ ống kính đến môi trường theo

𝛼 = 𝛼đ𝑙 + 𝛼𝑏𝑥 = 𝜆

𝑑2𝐶(𝐺𝑟𝑃𝑟)𝑘𝑛+(1−𝐷)𝛿0(𝑇𝑤

4 −𝑇𝑓4)

𝑇𝑤−𝑇𝑓 với 𝑡𝑤 = (𝑡𝑠 + 𝑡𝑓)/2 Theo giả thiết, ta có : 𝑡𝑠 = 100oC ⟹ T𝑠 = 373K

𝑡𝑓 = 27 oC ⟹ T𝑓 = 300K

𝑡𝑤 = (𝑡𝑠 + 𝑡𝑓)/2 = (100 + 27)/2 = 63,5oC = 336,5 K

3.1.1, Tính hệ số tỏa nhiệt bức xạ (𝜶𝒃𝒙):

𝛼𝑏𝑥 = (1−𝐷)𝛿0(𝑇𝑤

4 −𝑇𝑓4)

𝑇𝑤−𝑇𝑓 = (1−0,94).5,67.10

−8 (336.54−3004) 336.5−300 = 0,44 W/m2K (1)

3.1.2, Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu (𝛼đ𝑙):

+ Kích thước định tính : l = d2 = 0,04 m

+ Nhiệt độ định tính : tm = (𝑡𝑤 + 𝑡𝑓)/2 = (63,5 + 27) = 45,25 oC

+ Tại nhiệt độ xác định tm = 45,25 oC không khí có các thông số vật lý như sau :

⟹ {

𝜗 = 17,455 10−6 𝑚2/𝑠

𝜆 = 0,028 𝑊/ 𝑚𝐾

Pr = 0,6985 + Hệ số nở nhiệt : 𝛽 = 1

𝑡𝑚+273 = 1

45,25+273 = 3,142.10−3 1

𝐾 + Tiêu chuẩn Grashoff : Gr = 𝑔.𝛽.∆𝑡.𝑙

3

𝜗2 = 9,81.(3,142.10

−3 ).(63,5−27).(0,043) (17,455.10−6)2

= 236324

+ Tích số (Gr.Pr)m = 236324,27. 0,6985 = 165072,50

Ta thấy (Gr.Pr)m ∈ (5.102÷ 2.107)

⟹ {𝐶 = 0,54

𝑛 = 1/4 (Tra bảng)

+ Tiêu chuẩn Nusselt : Nu = 𝛼.𝑙

𝜆 = C.(Gr Pr𝑚)𝑛

⟹ 𝛼đ𝑙 = C.(Gr.Pr𝑚)

𝑛 𝜆

𝑙 = 0,54.(165072,5)

1

4 (0,028) 0,04 = 7,62 W/m2K (2)

Trang 10

3.1.3, Hệ số tỏa nhiệt phức hợp từ ống kính đến môi trường:

Từ (1),(2) , ta có hệ số tỏa nhiệt phức hợp :

𝛼 = 𝛼đ𝑙 + 𝛼𝑏𝑥 = 7,62 + 0,44 = 8,06 W/m2K

3.2 Bảng tính các thông số trung gian, các thông số đặc trưng của nước nóng,

nước sôi

Loại

TS

B

ư

ớ

c

Tên Thông số Kí hiệu, công thức tính và thay số

Đáp số

GT,

NX Giá trị và

Đơn vị

TSố

trung

gian

1 Diện tích trực

𝑚2

2 Diện tích qua

ÔK 𝐹2=(𝑑2− 𝑑1).L=(0,04−0,03).1,5 0,015

𝑚2

3 Diện tích phản

xạ 𝐹3=(2𝑟 − 𝑑2).L=(2.0,5−0,04).1,5 1,44

𝑚2

4 Diện tích hiệu

quả

F= (F1+F2D 2R+ F3R)D = (0,045+0,015.0,942+1,44.0,95).0,94

1,34

𝑚2

5 Công suất nhiệt

hấp thụ cực đại P = εEnF = 0,95.940.1,34

1196,6 [W]

P< En.Fh

6 Thể tích môi

chất trong V =

𝜋

4 𝑑12𝐿= 𝜋

4 0,032.1,5 1,06.10

−3

𝑚3

7 Khối lượng môi

chất trong m = 𝜌𝑉= 1000.1,06.10 −3 1,06

kg

8 Nhiệt dung của

hệ C = mCp+m0C0 =1,06.4180 +29 4459,8J/K

9 Nhiệt trở 1m ống

Rl = 1

2𝜋𝜆𝑘𝑙𝑛𝑑2

𝑑1+ 1

𝜋𝑑2𝛼= 1

2𝜋 (0,028)𝑙𝑛

0,04 0,03+

1 𝜋0,04.8,06

2,62 [mK/W]

10 Vận tốc trục TĐất 𝜔 = 2𝜋

𝜏𝑛 = 2𝜋

24.3600

7,27.10 −5 [rad/s]

11 Tốc độ gia nhiệt

𝑃𝑛

𝐶= 1196,6

4459,8

0,268 [K/s]

12 Độ gia nhiệt sôi Ts = ts –𝑡𝑓 = (100 − 27) 73 oC

Trang 11

Loại

TS

B

ư

ớ

c

Tên TS Kí hiệu, công thức tính và thay số Đáp số GT,

NX

TSố

Giới

Hạn

Sôi

13 Nhiệt dung tới

𝜔𝑇𝑠 = 1196,6

7,27.10−5.73

225471,5 [J/K]

C s >C

có thể sôi

14 Đương lượng

nước tới hạn sôi Ws ≜ 𝜔√𝐶𝑠

2− 𝐶2=

= 7,27 10 −5 √225471,5 2 − 4459,8 2

16,39 [W/K]

15 Lưu lượng tới

1

𝐶𝑝(𝑊𝑠 − 𝐿

𝑅𝑙) = 1

4180(16,39- 1,5

2,62) 3,78.10−3

[kg/s]

G s = 3785g/s

TSố

Chọn

16 Lưu lượng nước

nóng

G1 = (1+g)Gs = (1 + 0,2)3,78.10 −3 4,54.10−3

[kg/s]

G 1 > G s

chọn

G 1 =

120%G s

17 Lưu lượng nước

sôi G2 = (1-g)Gs = (1 - 0,2)3,78.10

−3 3,03.10−3

[kg/s]

TSố

làm

việc

của

nước

nóng

và

nước

sôi

18

Đương lượng nước của thiết bị nước nóng

W1 ≜ G1Cp+ 𝐿 𝑅⁄ = 𝑙 = 4,54.10 −3.4180 + 1,5/2,62

19,55 [W/K]

W 1 >W s

chỉ có thể tạo nước nóng

19

Đương lượng nước của thiết bị nước sôi

W2 ≜ G2Cp+ 𝐿 𝑅⁄ = 𝑙

= 3,028.10 −3.4180 + 1,5/2,62

13,23 [W/K]

W 2 <W s

có thể tạo nước sôi

20 Tần số dao động

nhiệt nước nóng b1 = W1 / C= 19,55/4459,8

4,38.10−3 [s-1]

21 Tần số dao động

nhiệt nước sôi b2 = W2/ C= 13,23/4459,8

2,97.10−3 [s-1]

TSố

Đặc

trưng

của

quá

trình

sản

xuất

môi

chất

Công thức Thay số , đáp số kèm đơn vị

22 Độ gia nhiệt

max

Tm =

𝑎

√𝑏2+𝜔2

0,268

√0,0044 2 + (7,27 10 −5 ) 2

= 61,2 oC

0,268

√0,00297 2 + (7,27 10 −5 ) 2

= 90,2 oC

23 Nhiệt độ max tm = to + Tm 27+61,2 = 88,2 oC 27+90,2 = 117,2 oC

24 Thời điểm đạt

nhiệt độ τm

𝜏𝑚 = 𝜏𝑛( 0,25 + 1

2𝜋 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝜔

𝑏 )

24.(0,25+

1 2𝜋𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(7,27.10−5

4,38 10−3)

= 6,06h

=12,06 h chiều

24.(0,25+

1 2𝜋𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(7,27.10−5

2,97.10−3)

= 6,09h

=12,09(h chiều)

Trang 12

Công thức Thay số , đáp số kèm đơn vị

25 Nhiệt độ cuối

ngày

tc = to +

𝑎𝜔

𝜔2+𝑏2

27+

0,268.7,27.10−5 (7,27.10−5)2+0,00442

= 28 oC

27+

0,268.7,27.10−5 (7,27.10−5)2+0,00292

= 29,2oC

26 Độ gia nhiệt

trung bình

T n

2 2

.

2

b b

b a











T n1=0,268((7,27.10

−5 )2+2.0,00442) 𝜋.0,0044((7,27.10−5) 2 +0,00442)

T n2=0,268((7,27.10

−5 )2+2.0,00292) 𝜋.0,0029((7,27.10−5) 2 +0,00292)

T n1=38,8 oC T n2=58,8 oC

27

Nhiệt độ trung bình ngày của môi chất

tn = to + Tn 27+38,8=65,8 oC 27+58,8=85,8 oC

TSố

thiết

bị

nước

nóng

28

Công suất nhiệt trung bình trên ngày

Qn = GiCpTn 4,54.10

−3 4180.38,8

= 736 W

3,03.10 −3 4180.58,8

=745 W

29 Sản lượng nhiệt

trên ngày Q = Qn.

𝜏𝑛 2

⁄ 736 86400 2⁄ =31,5

[MJ]

745 86400⁄2=31,5

[MJ]

30 Sản lượng nước

nóng trên ngày Gi

𝜏𝑛 2

⁄ 4,54.10

−3 86400 2⁄ =

=392,3 [kg] ở 65,8 oC

3,03.10−3 86400 2 ⁄

=261,8 kg ở 85,8 oC

31 Hiệu suất thiết

bị nước nóng

𝜂𝑛𝑛= 𝜋.G1.Cp.𝑇𝑛1 2.𝐸𝑛.𝐹ℎ

𝜋 4,54.10−3 4180.38,8 2.940 (2.0,5.1,5)

= 82,03%

-

Trang 13

Loại

TS

B

ư

ớ

c

Tên TS Kí hiệu, công thức tính và thay số Đáp số GT,

NX

TSố

thiết

bị

nước

sôi

theo

G2

32 Thời điểm bắt đầu sôi

𝜏𝑠1= 𝜏𝑛

2𝜋[𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝜔

𝑏 + 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛𝑇𝑠√𝑏2+𝜔2

𝑎 ]

= 24 2𝜋[𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔7,27.10−5

2,97.10−3 +

𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛73.√2,97.10

−32 +7,27.10 −52

3,2h 9,2 h sáng

33 Thời điểm hết

sôi

𝜏𝑠2= 𝜏𝑛

2𝜋[𝜋 + 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝜔

𝑏 − 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛𝑇𝑠√𝑏2+𝜔2

𝑎 ]

=24 2𝜋[𝜋 +𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔7,27.10−5

2,97.10−3 −

𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛73.√2,97.10

−32 +7,27.10−52

9h 15h chiều

34 Thời gian sôi ∆𝜏𝑠= 𝜏𝑠2− 𝜏𝑠1 =9 – 3,2 5,8h

35 Lượng nước sôi Ms = G2.∆𝜏𝑠 = 3,03.10−3.5,8.3600 63,3 kg

36 Hiệu suất quá trình nước sôi 𝜂𝑛𝑠=𝜋.Ms.𝐶𝑝.𝑇𝑠

𝐸̅.𝐹ℎ.𝜏𝑛 = 𝜋.63,3.4180.73

598 ( 2.0,5.1,5 ) 86400 49,8%

Trang 14

20

0

6

2

8

4

10

6

12

8

14

10

16

12

18

0C

t(𝜏, G1=1,2Gs)

3,2

60

88oC

80

160

oC

t

(h)

t(𝜏, G2=0,8Gs),P↑

29

9

3.3 Vẽ đồ thị các quá trình gồm t(𝝉, 𝑮𝟏) và t( 𝝉, 𝑮𝟐) trên cùng đồ thị (t- 𝝉) và

nhận xét

Nhận xét, đánh giá:

Thiết bị nhiệt mặt trời dùng gương parabol trụ để đun nước nóng hoặc nước sôi khá

dễ chế tạo, hiệu quả kinh tế cao

Với các thông số tính toán được, ta thấy thiết bị đạt hiệu quả kinh tế cao:

+ Lượng nước sôi đủ sử dụng cho gia đình, với thời gian sôi 5,8h

+ Sản lượng nước nóng đạt 261,8 kg ở 85,8 oC với hiệu suất 82,3%, nhưng hiệu suất giảm mạnh khi đun nước sôi ( khoảng 49,8%)

+ Sản lượng nhiệt trên ngày đạt 31,5MJ tương đương khi đốt cháy 1kg than đá

28

P k =const

Tn=58,8 oC t(𝜏, G2=0,8Gs)

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	1,06 MB