Sản phẩm sáng tạo khoa học khai thác năng lượng mặt trời bằng động cơ đốt ngoài

CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP QUỐC GIA DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC Năm học 2014-2015 TÊN ĐỀ TÀI : KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BẰNG ĐỘNG CƠ ĐỐT NGOÀI LĨNH VỰC DỰ ÁN: KỈ THUẬT ĐIỆN VÀ CƠ KHÍ Nhóm tác giả: 1) Đậu Văn Thuận - Lớp 9B 2) Nguyễn Ngọc Chính - Lớp 9B Trường THCS Diễn Hải - Huyện Diễn Châu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………….3 TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN……………………………………………… .4 GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU……………………5 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC VÀ PHÁT BIỂU MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU…… PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………………………………… .8 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU……………………………………………… .11 THẢO LUẬN ……………………………………………… 12 KẾT LUẬN……………………………………………… .13 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… .15 LỜI CẢM ƠN Đề tài hoàn thành vào tháng 12 năm 2014 trường THCS Diễn Hải hướng dẫn thầy giáo Nguyễn Đình Hòa, Thầy giáo Nguyễn Minh Đồng , Thầy Ngơ Xuân Sơn Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ban lãnh đạo trường tạo điều kiện cho chúng em học tập nghiên cứu Cũng em xin trân trọng cảm ơn sâu sắc tới giúp đỡ nhiệt tình ban lãnh đạo Phòng GD & ĐT Diễn Châu, Các thầy giáo Sở GD ĐT Nghệ An động viên cho chúng em nhiều lời khuyên quý báu Cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo : Nguyễn Đình Hòa, Thầy giáo Nguyễn Minh Đồng, Thầy Ngơ Xuân Sơn trường THCS Diễn Hải giúp đỡ, cho chúng em lời khuyên sâu sắc để chúng em hoàn thành sản phẩm nghiên cứu Chúng em chân thành cảm ơn gia đình, người thân ln ủng hộ suốt thời gian qua Đề tài hoàn thành tất nỗ lực cố gắng thân chúng em , song không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo, giáo chuyên gia để đề tài hoàn thiện TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN Hiện nay, nguồn lượng trái đất dầu mỏ, than đá… cạn kiệt khơng còn để khai thác Ngoài nguồn lượng ngun nhân gây nhiễm khơng khí làm ảnh hưởng đến đời sống người Trong lượng mặt trời lại dồi giảm tình trạng nhiễm mơi trường Vì tập trung nghiên cứu sử dụng lượng mặt trời hướng lượng công nghiệp, thời dại ngày vấn đề tiết kiệm lượng đặt lên hàng đầu Chúng ta dụng lượng Mặt trời cung cấp nhiệt cho động đốt Đầu tiên dùng hệ thống gương cầu lõm hứng ánh sáng Mặt trời chiếu đến gương Gương cầu lõm có tác dụng biến đổi chùm sáng song song thành chùm sáng hội tụ cung cấp nhiệt cho động đốt hoạt động Chúng ta sử dụng động đốt cho việc làm máy phát điện hoạt động làm máy công tác cho động khác Sử dụng động đốt ngồi đạt hiệu suất cao so với loại động nhiệt khác Bên cạnh có ưu điểm tiếng ồn nhỏ làm việc, chu trình làm việc kín khí làm việc khơng ngồi ảnh hưởng đến mơi trường Mặt khác, sử dụng nguồn lượng mặt trời nguồn lượng vơ tận, sẵn có, sạch, thân thiện bền vững với môi trường GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tính cấp thiết lý việc nghiên cứu đề tài Hiện nay, nguồn lượng trái đất dầu mỏ, than đá… cạn kiệt khơng còn để khai thác Ngoài nguồn lượng ngun nhân gây nhiễm khơng khí làm ảnh hưởng đến đời sống người Trong lượng mặt trời lại dồi giảm tình trạng nhiễm mơi trường Vì tập trung nghiên cứu sử dụng lượng mặt trời hướng lượng công nghiệp, thời dại ngày vấn đề tiết kiệm lượng đặt lên hàng đầu Chúng ta biết lượng mặt trời lượng dòng xạ điện từ xuất phát từ mặt trời, cộng với phần nhỏ lượng hạt hạ ngun tử khác phóng từ ngơi Năng lượng mặt trời nguồn lượng quan trọng điều khiển q trình khí tượng học trì sống trái đất Ngay ngồi khí trái đất, mét vng diện tích vng góc với ánh nắng mặt trời, thu dòng lượng khoảng 1.400Jun giây Để tận dụng nguồn lượng mặt trời, cần tìm giải pháp cơng nghệ cho loại động điện nhiệt, phổ biến rộng rãi ứng dụng đời sống hàng ngày, vừa mang lại hiệu kinh tế cao, vừa đảm bảo giải vấn đề lượng môi trường, đồng thời đảm bảo mục tiêu phát triển bền vững Động đốt loại động đốt ngồi với chu trình làm việc khép kín Động bao gồm hai phần trì nhiệt độ làm việc khác chất khí lưu thông hai phần Không giống loại động thông thường động nước, động đốt ngồi khơng có cấu van đóng mở đặc điểm loại động thể tích khối khí làm việc ln khơng đổi khí ln tái sử dụng Sử dụng động đốt ngồi đạt hiệu suất cao so với loại động nhiệt khác Bên cạnh có ưu điểm tiếng ồn nhỏ làm việc, chu trình làm việc kín cho khí làm việc khơng ngồi ảnh hưởng đến môi trường Thêm nữa, việc sử dụng hoàn toàn nguồn lượng lượng tái tạo đáp ứng đầy đủ tiêu chí khí thải vấn đề đảm bảo mơi trường loại hình động Nhận thấy lợi ích to lớn mà loại hình động mang lại: sử dụng nguồn lượng mặt trời nguồn lượng vơ tận, sẵn có, sạch, thân thiện bền vững với môi trường; đồng thời q trình làm việc khơng thải khí gây ô nhiễm môi trường, chúng em gồm Đậu Văn Thuận Nguyễn Ngọc Chính học sinh trường THCS Diễn Hải , Diễn Châu, Nghệ An tiến hành nghiên cứu,đề tài ”Khai thác lượng Mặt Trời động đốt ngoài” Lý việc nghiên cứu đề tài Thứ nhất, nhằm áp dụng kiến thức tiếp thu trình học tập ghế nhà trường Thực phương châm "học đôi với hành", nâng cao hiệu học tập Thứ hai, góp cơng sức vào cơng bảo vệ mơi trường Với mục đích chúng em tận dụng lượng Mặt trời nguồn lượng vơ tận cung cấp nhiệt liên tục cho động Mặt khác động đốt ngồi đạt hiệu suất cao so với loại động nhiệt khác Bên cạnh có ưu điểm tiếng ồn nhỏ làm việc, chu trình làm việc kín cho khí làm việc khơng ngồi ảnh hưởng đến mơi trường GIẢ THUYẾT KHOA HỌC VÀ PHÁT BIỂU MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Giả thuyết khoa học: Như đề cập trên, nguồn lượng trái đất dầu mỏ, than đá… cạn kiệt khơng để khai thác Ngoài nguồn lượng nguyên nhân gây nhiễm khơng khí làm ảnh hưởng đến đời sống người Trong lượng mặt trời lại dồi giảm tình trạng nhiễm mơi trường Vì tập trung nghiên cứu sử dụng lượng mặt trời hướng lượng công nghiệp, thời dại ngày vấn đề tiết kiệm lượng đặt lên hàng đầu Ánh sáng Mặt trời nguồn lượng vơ tận, chúng có mặt nơi Trái Đất Chúng ta cần phải biết khai thác nguồn lượng hiệu ? Chúng ta biến lượng ánh sáng thành nhiệt để từ cung cấp nhiệt cho động hoạt động khơng ? Nếu có cách ? Mục đích nghiên cứu: Tìm cách khai thác lượng Mặt trời động đốt ngồi Từ sử dụng động đốt ngồi làm máy phát điện có cơng suất nhỏ hoạt động làm máy công tác cho động khác hoạt động PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguồn nhiệt Cung cấp nhiệt cho động đốt - Cấu tạo: + Một gương cầu lõm + Giá đỡ - Nguyên lý hoạt động: Gương cầu lõm dùng để hứng ánh sáng Mặt trời, ánh sáng Mặt trời chùm sáng song song chiếu đến gương cầu lõm, gương cầu lõm có tác dụng biến đổi chùm sáng song song thành chùm sáng hội tụ nghĩa biến đổi quang thành nhiệt Nhiệt cung cấp cho động đốt ngồi làm hoạt động * Ưu điểm: sử dụng nguồn lượng vô tận ánh sáng Mặt trời có mặt nơi Trái Đất * Nhược điểm: cường độ ánh sáng phụ thuộc thời tiết Mặt khác, Mặt trời ln di chuyển từ Đơng sang Tây khó hứng ánh sáng Vì cần cải tiến hệ thống điều chỉnh hứớng gương cầu lõm cho hứng ánh sáng Mặt trời Động đốt Biến đổi nhiệt thành - Cấu tạo: + phận làm nóng + phần làm lạnh + hệ thống truyền chuyển động - Nguyên lý hoạt động: Ðộng nhiệt thiết bị liên tục chuyển đổi nhiệt thành Nếu ta đốt nóng đầu xilanh (đầu nóng) nguồn nhiệt sử dụng chùm tia xạ mặt trời hội tụ đầu xilanh áp suất nhiệt độ khơng khí bên tăng lên áp suất cao đẩy pít tơng chuyển động sinh cơng hữu ích (Hình: 1,2,3,4) Bất kỳ nguồn nhiệt sinh cơng, với nguồn có nhiệt độ cao tạo cơng lớn Ðộng chuyển nhiệt thành công lần đơn giản mà cần phải có khả tiếp tục sinh cơng Cơng sinh từ khơng khí nóng xilanh chừng có q trình giãn nở đến áp suất bên giảm xuống áp suất khí q trình sinh cơng kết thúc (pít tơng dừng lại) Nếu pít tơng chuyển động đến đầu bên phải xilanh, ta ngừng trình cấp nhiệt tăng trình thải nhiệt (làm mát) nhiệt độ áp suất khơng khí phía xilanh Hình Q trình dãn nở áp suất khơng khí bên áp suất khí giảm xuống đến áp suất khơng khí bên thấp áp suất khí bên ngồi pít tơng chuyển động ngược Hình : Nếu ngừng cung cấp nhiệt mà thải nhiệt áp suất khơng khí bên giảm xuống lại trở lại vị trí ban đầu (Hình: 5, 6) Do nguồn lượng mặt trời nguồn lượng cung cấp cho động liên tục Do HÌnh : Pít tơng chuyển động vào bên áp suất khơng khí bên ngồi cao để động nhiệt hoạt động thực tế ngồi xi lanh pít tơng động cần phải có thêm phận phụ pít tơng chốn chỗ, bánh đà v.v phận phải kết hợp với cho trình nhận thải nhiệt chất chu kỳ Sử dụng động đốt ngồi đạt hiệu suất cao so với loại động nhiệt khác Bên cạnh có ưu điểm tiếng ồn nhỏ làm việc, chu trình làm việc kín chất khí làm việc khơng ngồi ảnh hưởng đến mơi trường Thêm nữa, việc sử dụng hồn tồn nguồn lượng lượng tái tạo đáp ứng đầy đủ tiêu chí khí thải vấn đề đảm bảo môi trường bánh đà pít tơng sinh cơng pít tơng chốn chỗ phần lạnh phần nóng 10 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chúng ta biết cách khai thác lượng ánh sáng Mặt trời chuyển hóa lượng thành lượng nhiệt, sử dụng nguồn lượng nhiệt vừa tạo để cung cấp cho động đốt ngồi hoạt động Chúng ta sử dụng động đốt cho việc làm máy phát điện có cơng suất nhỏ hoạt động làm máy cơng tác cho động khác 11 THẢO LUÂN Chúng em dùng hệ thống gương cầu lõm để hứng ánh sáng Mặt trời từ cung cấp nhiệt lượng cho động nhiệt Tuy nhiên, cường độ ánh sáng Mặt trời phụ thuộc vào thời tiết thời gian ngày ảnh hưởng đến việc cung cấp nhiệt lượng cho động đốt hoạt động Mặt khác, Mặt trời luôn chuyển động theo thời gian để hứng ánh sáng Mặt trời cần thiết kế hệ thống gương cầu lõm tự động xoay theo hướng Mặt trời Đối với động đốt ngồi, cung cấp nhiệt cho phần nóng xi lanh nhiệt truyền nhiệt làm nóng phần lạnh Do đó, phần lạnh động đốt cần lắp đặt hệ thống tản nhiệt lắp đặt thêm hệ thống cách nhiệt, ngăn không cho nhiệt truyền vào phần lạnh động Ngồi ra, mơ hình động đốt ngồi , phận pít tơng sinh cơng chúng em làm bong bóng nên hoạt động khơng bền Trong thực tế cần sử dụng pít tơng phải làm vật liệu tốt 12 VIII KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết Qua trình nghiên cứu đề tài thu kết sau : Chúng em khai thác nguồn lượng Mặt trời vào việc cung cấp nhiệt lượng cho động đốt ngồi hoạt động Từ sử dụng động đốt vào việc làm máy phát điện có cơng suất nhỏ hoạt động Từ cung cấp điện cho thiết bị điện dùng gia đình Ngồi ra, động đốt ngồi tạo đóng vai trò máy cơng tác giúp cho động khác máy bơm nước, máy khoan, .hoạt động Đặc biệt lắp đặt hệ thống máy nơi khơng có điện lưới hải đảo hay vùng sâu vùng xa 2) Những ưu điểm đề tài So với việc sử dụng nhiên liệu đốt cháy than, dầu , xăng, khí đốt làm nguồn nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cho động hoạt động thải mơi trường chất độc hại làm ảnh hưởng xấu đến môi trường sống người Việc khai thác lượng Mặt trời để cung cấp nhiệt cho động đốt ngồi hoạt động góp phần bảo vệ mơi trường sống Mặt khác, tận dụng khai thác nguồn lượng Mặt trời nguồn lượng vô tận hướng đặc biệt thời đại ngày khan tài nguyên môi trường sống người ngày bị đe dọa Sử dụng động đốt ngồi đạt hiệu suất cao so với loại động nhiệt khác Bên cạnh có ưu điểm tiếng ồn nhỏ làm việc, chu trình làm việc kín chất khí làm việc khơng ngồi ảnh hưởng đến mơi trường Thêm nữa, việc sử dụng hoàn toàn nguồn lượng lượng tái tạo đáp ứng đầy đủ tiêu chí khí thải vấn đề đảm bảo mơi trường Động đốt ngồi ứng dụng cho việc chạy máy phát điện làm máy công tác cho động khác hoạt động Điều áp dụng cho nơi khơng có điện lưới ngồi hải đảo, hay vùng sâu vùng xa 3) Hạn chế đề tài Do sử dụng nguồn nhiệt lấy lượng Mặt trời nên khơng ổn định cường độ ánh sáng Mặt trời phụ thuộc đặc điểm thời tiết thời gian ngày Động đốt ứng dụng ngồi thực tế kích thước phải to lớn 4) Khả ứng dụng vào thực tiển Để giải toán lượng tương lai việc bảo vệ mơi trường sống với ưu điểm đề tài “khai thác lượng Mặt trời động đốt “ ứng dụng vào thực tiễn đem lại hiệu định 13 5) Kết luận Việc sử dụng lượng Mặt trời vào việc làm động đốt hoạt động, từ àm máy phát điện dùng gia đình hoạt động hay làm máy cơng tác cho động khác Như vậy, tạo hệ thống máy móc mà làm việc thải môi trường sống chất độc hại giảm bớt việc ô nhiễm tiếng ồn Chúng ta gải toán lượng mà giới quan tâm Mặt khác, dùng lượng Mặt trời chạy động đốt ứng dụng vào việc chạy máy phát điện hay làm máy công tác chạy động áp dụng nơi hải đảo xa xôi hay vùng sâu vùng xa , nới chưa có điện lưới Tuy nhiên với tầm hiểu biết hạn chế lý thuyết lẫn thực tiễn việc nghiên cứu đề tài chắn điều sai sót hay chưa hợp lý Chúng em mong muốn nhận giúp đỡ góp ý người am hiểu lĩnh vực Xin trân trọng cảm ơn hướng dẫn thầy Nguyễn Đình Hòa, thầy giáo Nguyễn Minh Đồng thấy cô giáo khác, cảm ơn bạn bè người giúp đỡ chúng em q trình hồn thành đề tài 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật Lí – Nhà xuất giáo dục Sách giáo khoa Vật Lí – Nhà xuất giáo dục Sách giáo khoa Vật Lí – Nhà xuất giáo dục Sách giáo khoa Công nghệ – Nhà xuất giáo dục Đề tài : nghiên cứu động stirling lượng mặt trời – Hoàng Dương Hùng Phan Quý Trà (ĐH Đà nẵng) 15 ... nhiệt lượng cho động đốt hoạt động Mặt khác, Mặt trời luôn chuyển động theo thời gian để hứng ánh sáng Mặt trời cần thiết kế hệ thống gương cầu lõm tự động xoay theo hướng Mặt trời Đối với động đốt. .. lượng ánh sáng Mặt trời chuyển hóa lượng thành lượng nhiệt, sử dụng nguồn lượng nhiệt vừa tạo để cung cấp cho động đốt ngồi hoạt động Chúng ta sử dụng động đốt cho việc làm máy phát điện có cơng... đích nghiên cứu: Tìm cách khai thác lượng Mặt trời động đốt ngồi Từ sử dụng động đốt ngồi làm máy phát điện có cơng suất nhỏ hoạt động làm máy công tác cho động khác hoạt động PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN