Ứng dụng savonius rotor trong hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CAO ĐĂNG LONG ỨNG DỤNG SAVONIUS ROTOR TRONG HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SĨNG Chun ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã ngành: 60 52 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Trương Quốc Thanh Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Lưu Thanh Tùng Cán chấm nhận xét 2: TS Phạm Hữu Lộc Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 11 tháng 01 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Trần Doãn Sơn Chủ tịch HĐ TS Tôn Thiện Phương Thư ký HĐ PGS.TS Lưu Thanh Tùng UV phản biện TS Phạm Hữu Lộc UV phản biện 5.PGS.TS Bùi Trọng Hiếu Ủy viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ PGS.TS Trần Dỗn Sơn PGS TS Nguyễn Hữu Lộc ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCHKHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: CAO ĐĂNG LONG MSHV: 1670750 Ngày, tháng, năm sinh: 21/09/1987 Nơi sinh: Bình Thuận Chun ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số : 60520103 I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG SAVONIUS ROTOR TRONG HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tìm hiểu lượng sóng hệ thống chuyển đổi lượng sóng  Tìm hiểu lý thuyết Savonius Rotor  Thiết kế, chế tạo lắp đặt thiết bị chuyển đổi lượng sóng  Thực nghiệm xây dựng phương trình hồi quy  Đánh giá ảnh hưởng thơng số vị trí định dịng tới hiệu suất chuyển đổi lượng sóng  Viết báo hội nghị quốc tế III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 13/08/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trương Quốc Thanh Tp HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN tháng năm CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Trương Quốc Thanh TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cảm ơn TS Trương Quốc Thanh tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Trong thời gian thực luận văn, Thầy cố vấn cho những lời khun thiết thực giúp tơi tháo gỡ khó khăn q trình nghiên cứu để kịp thời hồn thành luận văn thời hạn Đồng thời, xin cảm ơn q Thầy/Cơ khoa Cơ Khí tham gia giảng dạy chương trình Thạc sĩ thời gian học tập trường Thầy/Cô trang bị cho tơi kiến thức để tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, tơi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến tất người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp (nơi tơi làm việc) thông cảm, giúp đỡ, tạo điều kiện động viên tơi q trình học tập nghiên cứu trường đại học Bách khoa TP.HCM Tơi xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 Học viên CAO ĐĂNG LONG CAO ĐĂNG LONG TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH TĨM TẮT LUẬN VĂN Nội dung luận văn phát triển mơ hình Savonius Rotor, mục đích luận văn nghiên cứu cải thiện hiệu suất chuyển đổi lượng sóng ứng dụng Savonius (PTO) Tấm định dịng gắn vào thiết bị để hướng dịng chảy nước phía cánh tiến Savonius Do nghiên cứu thực nghiệm tiến hành để xác định vị trị tối ưu định dòng đặt lên PTO nhằm cải thiện hiệu suất (Cp) Đồng thời, ảnh hưởng vài thông số đưa vào nghiên cứu, ba thông số biến đổi lựa chọn góc nghiêng định dịng, khoảng cách dọc khoảng cách ngang định dòng đến trục Savonrius đưa vào nghiên cứu Những kết thí nghiệm cho thấy hiệu suất cải thiện đáng kể thiết kế Savonrius với định dịng tích hợp định dịng vào hệ thống PTO ABSTRACT Main contents of this thesis aims to develop a model of Twisted Savonius Rotor (TSR) which consists of a blade in order to investigate the performance of a Power Take-Off (PTO) system The deflector plate is attached to the system to concentrate the fluid flow toward the advanced blade Thus, experimental investigations are conducted to identify the appropriate position of the deflector plate on Power Take – Off (PTO) to improve the coefficient of power (Cp) of the rotor Besides, the effect of some parameter on the coefficient of power (Cp) of rotor are also studied Experiments are conducted in a water channel available in the department Three parameters were chosen as process variables: the highth of the deflector plate, angle made by the deflector plate with the Savonius, vertical distance and horizontal distance between the rotor center to the deflector plate The results shown promising results and can be incorporated into PTO devices to increasing the performance of system CAO ĐĂNG LONG TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tồn nội dung luận văn thân thực hướng dẫn TS Trương Quốc Thanh Nội dung luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Trừ phần tham khảo ghi rõ nội dung luận văn Nếu sai, tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Người thực CAO ĐĂNG LONG CAO ĐĂNG LONG TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 11 1.1 Tổng quan Savonius Rotor hệ chuyển đổi lượng sóng 11 1.1.1 Tình hình tiêu thụ lượng giới 11 1.1.2 Tình hình tiêu thụ lượng châu Á 16 1.1.3 Các công nghệ chuyển đổi lượng sóng 22 1.1.4 Ứng dụng Savonius Rotor hệ thống chuyển đổi lượng sóng 33 1.2 Mục tiêu đề tài 35 1.3 Lợi ích tính cấp thiết đề tài 36 1.4 Ý nghĩa khoa học luận văn 36 1.5 Ý nghĩa thực tiễn luận văn 36 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN 37 2.1 Savonius rotor thông số 37 2.1.1 Nguyên lý làm việc Savonius rotor 37 2.1.2 Các thông số 38 2.2 Các thông số ảnh hưởng đến hiệu Savonius rotor 40 2.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ khung hình (AR -Aspect ratio) 40 2.2.2 Ảnh hưởng chắn bên 42 2.2.3 Ảnh hưởng số lượng cánh Rotor 43 CAO ĐĂNG LONG TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH 2.2.4 Ảnh hưởng biên dạng cánh 44 2.2.5 Ảnh hưởng góc cánh rotor 47 2.2.6 Ảnh hưởng góc xoắn 48 2.2.7 Ảnh hưởng số Reynolds 49 2.2.8 Ảnh hưởng tỉ số tốc độ (TSR) 49 2.3 Chuyển đổi lượng sóng 50 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52 3.1 Chọn thơng số thí nghiệm 52 3.1.1 Thiết kế thông số cánh savonius rotor 52 3.1.2 Thiết kế sơ đồ bố trí định dịng 54 3.2 Mơ hình thí nghiệm 55 3.2.1 Thiết bị dùng để thí nghiệm 55 3.2.2 Hệ thống PTO 57 3.2.3 Phương pháp thực nghiệm 60 3.3 Phương pháp phân tích kết 61 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64 4.1 Kết 64 4.1.1 Kết thí nghiệm hiệu điện U cường độ dòng điện I 64 4.1.2 Kết thực nghiệm Box-Behnken với ba nhân tố 65 4.1.3 Xây dựng phương trình hồi qui 66 4.2 Đánh giá ảnh hưởng thông số thực nghiệm đến hàm mục tiêu 68 4.2.1 Góc nghiêng β cố định, thơng số hoảng cách ngang h khoảng cách ngang v thay đổi 68 4.2.2 Khoảng cách ngang v cố định, thơng số khoảng cách ngang h góc nghiêng β thay đổi 73 CAO ĐĂNG LONG TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH 4.2.3 Khoảng cách ngang h cố định, thơng số góc nghiêng β khoảng cách ngang v thay đổi 78 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 85 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 90 PHỤ LỤC 1: BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ 91 Bài báo 91 Chứng 92 PHỤ LỤC 2: THỰC NGHIỆM BOX-BEHNKEN 93 Kết thực nghiệm 93 1.1 Kết thực nghiệm Box-Behnken với ba nhân tố 93 1.2 Xây dựng phương trình hồi qui 94 1.3 Kiểm tra tính thích hợp phương trình hồi qui 99 CAO ĐĂNG LONG TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Tỷ lệ tiêu thụ lượng tổng thể theo ngành 12 Hình 1.2 Tỉ lệ tiêu thụ lượng Hoa Kỳ cho lĩnh vực cơng nghiệp 14 Hình 1.3 Tỉ lệ tiêu thụ lượng Hoa Kỳ cho lĩnh vực vận tải 15 Hình Lượng khí CO2 thải năm 1965-2016 17 Hình Lượng CO2 thải a) 1965 b) 2017 18 Hình Mức tiêu thụ lượng tái tạo theo khu vực vào năm 2017 20 Hình Sơ đồ mức hệ thống công nghệ thu lượng sóng biển 23 Hình Ngun tắc hoạt động ứng dụng khơi 24 Hình Nguyên tắc hoạt động ứng dụng (quay tuabin) khơi 25 Hình 10 Bộ tạo tuyến tính phao cột cố định 26 Hình 11 Mặt cắt ngang cực máy phát PM tuyến tính gắn bề mặt theo chiều dọc 27 Hình 12 Phương pháp Salter Cam 29 Hình 13 Phương pháp thu lượng sóng gần bờ 30 Hình 14 Tuabin khơng khí gần bờ 30 Hình 15 Sơ đồ khối hệ thống điều hịa cơng suất điển hình cho hệ thống chuyển đổi lượng đại dương nối lưới 32 Hình 16 Savonius rotor 34 Hình Savonius rotor 37 Hình 2 Các thơng số hình học sóng biển 38 Hình Ảnh hưởng tỉ lệ khung hình hệ số cơng suất Savonius gió [11] 41 Hình Tấm chắn bên 43 Hình 2.5 Trường lưu chất cánh [11] 44 CAO ĐĂNG LONG TRANG investigation Ibrahim Mabrouki et al [7] presented study effect of the Savonius rotor height on the hydrodynamic characterizations Four parameters are discussed which are power, torque and its coefficient The results shows these parameters increase in the used test section with the decrease of the Savonius rotor height Authors suggest the addition of a deflector to improve the rotors performance Study on the performance of helical Savonius rotor for wave energy conversion is presented by Mohammed Asid Zullah and colleagues [8] Mustafa Tutar and Inaki Veci are applied Savonrius Rotor with 35 blade, which is tested in an experimental wave flume, are highly dependent on the wave characteristics, blade numbers and submergence positioning of the rotor And, the maximum wave energy is available when rotor is placed on and below the water surface level, i.e submergence levels of z = 0mm, and z = -50 [9] M Imtiaj Hassan et al [10] attempted study of a twisted Savonius water current turbine From reviewing some investigation, it is true that there are a lots of important things to improve performance of Savonrius rotor  The fluid resistance is that one of causes can be reduced performance of Savonrius Rotor;  Using modified Savonrius Rotor with deflector plate to improve power of rotor;  Use of deflector plate improves the coefficient of power by reducing the reverse torque on the returning blade;  PTO system be applied increasingly in the energy harvesting system Main contents of this thesis aims to develop a model of Twisted Savonius Rotor (TSR) which consists of a blade in order to investigate the performance of a Power TakeOff (PTO) system The deflector plate is attached to the system to concentrate the fluid flow toward the advanced blade Thus, experimental investigations are conducted to identify the appropriate position of the deflector plate on Power Take – Off (PTO) to improve the coefficient of power (Cp) of the rotor Besides, the effect of some parameter on the coefficient of power (Cp) of rotor are also studied Experiments are conducted in a water channel available in the department Three parameters were chosen as process variables: angle made by the deflector plate with the Savonius β(°), horizontal distance between the rotor center to the deflector plate h (mm), vertical distance between the rotor center to the bottom of deflector plate v (mm) Where, ω is the angular velocity of rotor V is speed of water Power water is given by: Pwater  0.5 AV (3) Where, ρ is density of water (kg/m ) A is the swept area of Twisted Savonius rotor (m2) V is Speed of water (m/s) Coefficient of power is measured by : Poutput Cp  Pwater Power output of Savonius rotor is measured by: Poutput  U I (4) (5) Where, U is applied voltage(V) I is electric current intensity (A) EXPERIMENTAL PRODURES Experiments are conducted on PTO equipment as in Fig.1 and based on Box-Behnken’s design of experiments DATA Swept area Savonius rotor is given by: A  DH Where, (1) H is the height of the rotor D is the diameter of the rotor Tip speed ratio is given by: D TSR  2V (2) Fig.1 Experimental Equipment PTO equipment in experiment consists of a Savonrius Rotor with a deflector plate, water channel, and utility system PTO is placed in channel and to be fixed by a support as in Fig.2 And, Dimensions of Savonrius Rotor of 500 mm diameter x 450 mm length and channel of 750mm width x 1310 mm height Fig.3 is show dimensions of Savonrius Rotor Fig.4 shown dimensions of water channel Table shown these inputs Table shown Box-Behnken array Table 1: Three input factors and their levels Symbol Level Level β 110 70 90 h 350 200 150 260 240 250 v Level β(0); h (mm); v(mm) Table 2: Box Behken Array Fig.2 Computed PTO No β h v Response Response Average value 70 150 250 Cp1 0.18 Cp2 0.15 Cp 0.16 110 150 250 0.22 0.19 0.2 70 110 350 350 250 250 0.17 0.2 0.19 0.22 0.18 0.21 70 250 240 0.19 0.2 0.2 110 70 250 250 240 260 0.18 0.13 0.24 0.18 0.21 0.16 110 250 260 0.24 0.2 0.22 90 150 240 0.22 0.27 0.24 10 90 350 240 0.18 0.22 0.2 11 90 150 260 0.23 0.16 0.2 12 13 90 90 350 250 260 250 0.3 0.29 0.32 0.35 0.31 0.32 14 90 250 250 0.32 0.34 0.33 15 90 250 250 0.31 0.33 0.32 RESULT ANALYSIS 4.1 Regression models for Cp Fig.3 Physical dimensions of a Savonrius Rotor with deflector plate Box-Behnken method is used to determine the relationship between these parameters angle, horizontal distance, and vertical distance From experiment results, the coefficient of power (Cp) depends on angle made by the deflector plate with the Savonius, horizontal distance between the rotor center to the deflector plate, vertical distance between the rotor center to the bottom of deflector plate Cp = -0.00022175*β2+ 0.040875*β - 0.000004582*h2 + 0.0000384*h*v - 0.007309*h - 0.000393*v2 + 0.1869*v - 24.00815 (6) 4.2 Effects each factors on regression models Fig.4 (a) Scheme of the wave flum (b) Panoramic view of the wave flume There are 15 tests to study the effects of various parameters like angle made by the deflector plate with the Savonius like β(°), horizontal distance between the rotor center to the deflector plate X1 : h (mm), vertical distance between the rotor center to the bottom of deflector plate X3: v (mm) on coefficient of power (Cp) With this purpose of thesis, the required experimental data are collected here at each run by using three principal input parameters, such as the angle, horizontal distance, and vertical distance, with three levels each, producing runs on full factorial statistical model Having completed the runs in three steps, the required final data and the corresponding ‘mathematical regression equation’ for each output performance parameter is obtained 4.2.1 β is constant Fig.5, 6, and indicates that the changing response surface of β at 700, 900, 1100, respectively The results show that maximum Coefficient of power are 0.25, 0.32, and 0.25, respectively of power are 0.31, 0.32, and 0.28, respectively Max.Cp is available when v is 250mm Fig.8 v = 240mm Fig.5 β= 70 Fig.9 v = 250mm Fig.6 β= 900 Fig.7 β= 1100 Fig.10 v = 260mm 4.2.2 v is constant Fig.8, 9, and 10 indicates that the changing response surface of v at 240mm, 250mm, 260mm, respectively The results show that maximum Coefficient of power are 0.31, 0.32, and 0.31, respectively Max.Cp is available when v is 250mm 4.2.3 h is constant Fig.11, 12, and 13 indicates that the changing response surface of h at 150mm, 250mm, 350mm, respectively The results show that maximum Coefficient Fig.11 h = 150mm Parametric optimization is related to the properties of the result Therefore, the optimal condition produces the greatest value (better is better) for the result CONCLUSIONS In the present study, three factors are considered angle made by the deflector plate with the Savonius, horizontal distance between the rotor center to the deflector plate, vertical distance between the rotor center to the bottom of deflector plate to study power of rotor 15 experiments conducted to obtain an optimum level in achieving high Cp And, to determine effect levels on two outputs Use Box - Behnken method for experimental planning The optimal set of parameters for the process is β = 92, h = 250 mm and v = 250 mm Fig.12 h = 250mm ACKNOWLEDGEMENT The authors would like to thank Vinh Long University of Technology Education for helping to conduct the experiment REFERENCES [1] Kailash Golecha, T.I.Eldho, S.V.Prabhu, “Influence of the deflector plate on the performance of modified Savonius water turbine,” Indian Institute of Technology, Bombay, India, May 2010 [2] K.K Sharma, R Gupta, & A.Biswas, “Performance Measurement of a Two-Stage Two Bladed Savonius Rotor,” International journal of renewable energy research, Vol.4, no.1, 2014 [3] Kaprawi Sahim, Kadafi Ihtisan, Dyos Santoso, and Riman Sipahutar, “Experimental Study of Darrieus-Savonius Water Turbine with Deflector: Effect of Deflector on the Performance,” Hindawi Publishing Corporation International Journal of Rotating Machinery, Vol 2014, ID 203108, 2014, DOI: 10.1155/2014/203108 [4] Jae-Hoon Lee, Young-Tae Lee, Hee-Chang Lim, “Effect of twist angle on the performance of Savonius wind turbine,” Renewable Energy, Volume 2016 (231-244), DOI: 10.1016/j.renene.2015.12.012 [5] Hai-Cheng Zhan, Dao-Lin Xu, Chun-Rong Liu and You-Sheng Wu, “A Floating Platform with Embedded Wave Energy Harvesting Arrays in Regular and Irregular Seas,” www.mdpi.com/journal/energies, Volume 2014, ID 203108, 2014, DOI: 10.3390/en10091348 [6] Deep Patel, Dhruvit Patel, Ketan Patel, Jay Tamboli, Rudrapal Raj, “Design and experimental analysis of stage savonius turbine,” International Journal of Advance Fig.13 h = 350mm 4.3 Effects on power of rotor Main Effects Plot for Y Data Means n v x 235 Mean 230 225 220 21 21 600 700 800 30 40 50 0.2 0.4 0.6 Fig 14 Main effects plot for tensile strength mean From experiment results, the power of rotor depends on angle β, horizontal distance, and vertical distance The influence of various parameters on Cp shown in Fig.14 angle made by the deflector plate with the Savonius has extremely effect on Cp, and then horizontal distance, and then vertical distance Fig.15 Parameter deflector plate curves after optimation Research in Engineering, Science & Technology, Volume 4, Issue 3, March-2017 e-ISSN: 23939877, p-ISSN: 2394-2444 [7] [8] Ibrahim Mabrouki, Zied Driss, Mohamed Salah Abid, “Experimental Investigation of the Height Effect of Water Savonius Rotors,” International Journal of Mechanics and Applications, Vol 2014, 4(1), PP 8-12, DOI: 10.5923/j.mechanics.20140401.02 Mohammed Asid Zullah, Deepak Prasad, YoungDo Choi and Young-Ho Lee, Mohamed Salah Abid, “Study on the performance of helical Savonius rotor for wave energy conversion ” International Journal of Mechanics and Applications, Vol 2014, 4(1), PP 8-12, DOI: 10.1063/1.3464913 [9] Jae-Hoon Lee, Young-Tae Lee, Hee-Chang Lim, “Effect of twist angle on the performance of Savonius wind turbine,” Renewable Energy, Volume 2016 (231-244), DOI: 10.1016/j.renene.2015.12.012 [10] Hai-Cheng Zhan, Dao-Lin Xu, Chun-Rong Liu and You-Sheng Wu, “A Floating Platform with Embedded Wave Energy Harvesting Arrays in Regular and Irregular Seas,” www.mdpi.com/journal/energies, Volume 2014, ID 203108, 2014, DOI: 10.3390/en10091348 Ứng dụng Savonius Rotor hệ thống chuyển đổi lượng sóng Tác giả: Cao Đăng Long, Cao Hùng Phi, Đào Thanh Liêm, Trương Quốc Thanh Tóm tắt_ Nội dung nghiên cứu đưa mơ hình Twisted Savonius Rotor (TSR) với định dòng để nghiên cứu hiệu suất chuyển đổi lượng sóng Power Take-Off (PTO) Tấm định dịng gắn vào hệ thống có nhiệm vụ hướng dòng chảy nước cánh rotor tiến Trong nghiên cứu này, TSR sử dụng góc cong cánh 40 độ, góc xoắn cánh 30 độ TSR hứa hẹn kết khả quan việc tăng hiệu suất hệ thống Từ khóa_ Rotor Savonius , Chuyển đổi lượng sóng, Power take-off, cánh xoắn, góc cánh LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH Chứng CAO ĐĂNG LONG TRANG 92 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH PHỤ LỤC 2: THỰC NGHIỆM BOX-BEHNKEN Kết thực nghiệm 1.1 Kết thực nghiệm Box-Behnken với ba nhân tố Kết thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng nhân tố đến hệ số công suất thể chi tiết bảng Góc nghiêng STT β (độ) 𝛽 Khoảng cách Khoảng Kết Kết Giá trị Phương cách dọc thí thí trung (mm) nghiệm nghiệm bình h v Y1 Y2 Y s 2j ngang (mm) sai 70 150 250 0.18 0.15 0.16 0.00061 110 150 250 0.22 0.19 0.20 0.00057 70 350 250 0.17 0.19 0.18 0.00013 110 350 250 0.2 0.22 0.21 0.00026 70 250 240 0.19 0.20 0.20 0.00010 110 250 240 0.18 0.24 0.21 0.00208 70 250 260 0.13 0.18 0.16 0.00131 110 250 260 0.24 0.20 0.22 0.00096 90 150 240 0.22 0.27 0.24 0.00110 10 90 350 240 0.18 0.22 0.20 0.00100 CAO ĐĂNG LONG TRANG 93 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH 11 90 150 260 0.23 0.16 0.20 0.00214 12 90 350 260 0.3 0.32 0.31 0.00020 13 90 250 250 0.29 0.35 0.32 0.00180 14 90 250 250 0.32 0.34 0.33 0.00020 15 90 250 250 0.31 0.33 0.32 0.00020 n Với s 2j   y u 1 ju  yj  Trong đó: n số thí nghiệm lặp, yju kết thí n 1 nghiệm, y j giá trị trung bình 1.2 Xây dựng phương trình hồi qui Để thuận tiện cho q trình tính tốn, ta mã hóa nhân tố thực xét đến ảnh hưởng tương tác đôi thể bảng Bảng Ma trận qui hoạch thực nghiệm X Nhân tố Bậc Tương tác đôi STT X0 X1 X2 X3 X12 X22 X32 X1X2 X1X3 X2X3 1 -1 -1 1 0 1 -1 1 -1 0 -1 1 -1 0 1 1 1 0 -1 -1 1 CAO ĐĂNG LONG TRANG 94 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 0 10 1 -1 1 0 -1 11 -1 1 0 -1 12 1 1 0 13 0 0 0 0 14 0 0 0 0 15 0 0 0 0 Phương trình hồi qui có dạng k k k i 1 i 1 i j i , j 1 y  b0   bi xi   bii xi2   bij xi x j Ma trận để xác định hệ số phương trình hồi qui B  XT X  X Y  1 T Ma trận chuyển vị XT CAO ĐĂNG LONG TRANG 95 LUẬN VĂN THẠC SĨ 1 1  1 1   1 1  0 0 1 1 XT   1 1 0 0   1 1 0 0   0 GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0  1 1 1 0  0 0 0 0  1 1 0 0 1 1 0 0  0 0 0 0 0 0 0 0  1 1 0  1 Nhân ma trận 15 0  0  0 8 XTX   8 8  0 0   0 0 8 0 0 0 0 0 0  0 0 0 0  0 0 0 0 0 4 0 0  0 0 0 0 4 0 0  0 0 0 0 0 0 0 0  0 0 0 0  Nghịch đảo ma trận (XTX)-1 0 0.167 0.167 0.167 0   0.333  0.125 0 0 0 0    0 0.125 0 0 0    0 0.125 0 0 0    0.167 0 0.271 0.021 0.021 0  1   X T X   0.167 0 0.021 0.271 0.021 0    0.167 0 0.021 0.021 0.271 0    0 0 0 0.25 0    0 0 0 0 0.25     0 0 0 0 0.25  CAO ĐĂNG LONG TRANG 96 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH Nhân ma trận (XTY)  3.4593  0.1539     0.0944     0.0274   1.5364  X TY     1.7080   1.7341    0.0070   0.0466     0.1536  Ma trận xác định hệ số phương trình hồi qui  0.3233  0.0192    0.0118    0.0034  0.0887  1 B   X T X   X TY      0.0458  0.0393    0.0017   0.0116    0.0384  Xác định hệ số phương trình hồi qui b0 = 0.3233; b1 = 0.0192; b2 =0.0118 ; b3 = 0.0034 b11 = -0.0887; b22 = -0.0458; b33 = -0.0393 b12 = -0.0017; b13 = 0.0116; b23 = 0.0384  Phương trình hồi qui dạng mã hoá: Y = 0.3233 + 0.0192*X1 - 0.04582*X2*X2 + 0.0118*X2 - 0.03930*X3*X3 + 0.0034*X3 - 0.0017*X1*X2 - 0.0887*X1*X1 + 0.0116*X1*X3 + 0.0384*X2*X3 Với giá trị X1, X2, X3 giá trị mã hoá X1=(β-90)/20 X2=(h-250)/100 X3=(v-250)/10  Phương trình hồi qui dạng khơng mã hố: Y = -22.83 + 0.0265*β - 0.00711*h + 0.1820*v - 0.000222*β*β - 0.000005*h*h - 0.000393*v*v - 0.000001*β*h + 0.000058*β*v + 0.000038*h*v CAO ĐĂNG LONG TRANG 97 LUẬN VĂN THẠC SĨ Term Effect constant β h v β*β h*h v*v β *h β *h h*v 0.03847 0.02359 0.00684 -0.17744 -0.09164 -0.07860 -0.00348 0.02329 0.07681 GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH Coef SE Coef TPVIF Value Value 0.3233 0.01923 0.01180 0.00342 -0.08872 -0.04582 -0.03930 -0.00174 0.01164 0.03841 0.0101 0.00619 0.00619 0.00619 0.00911 0.00911 0.00911 0.00875 0.00875 0.00875 32.01 3.11 1.91 0.55 -9.74 -5.03 -4.32 -0.20 1.33 4.39 0.000 0.027 0.115 0.604 0.000 0.004 0.008 0.850 0.241 0.007 1.00 1.00 1.00 1.01 1.01 1.01 1.00 1.00 1.00 Phương trình hồi quy: Cp = -22.83 + 0.0265 β-0.00711h+0.1820v-0.00022 β* β-0.000005h*h0.000393v*v-0.000001 β*h+ 0.000058 β*v+0.000038 h*v Kiểm tra phương trình hồi qui Mintab Dựa kết có từ Minitab ta nhận thấy với mức ý nghĩa p = 0.05, loại hệ số b2, b3, b12, b13 với P-Value > 0.05 Ta chạy lại phần mềm Minitab, lúc loại bỏ hệ số số b13, b33 khỏi mơ hình phương trình hồi quy Ta có phương trình hồi quy mới, với n, v, x nhân tố chưa mã hoá CAO ĐĂNG LONG TRANG 98 LUẬN VĂN THẠC SĨ Y = 0.3233 GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH + 0.01923*X1 - 0.08872*X1*X1 - 0.04582*X2*X2 - 0.03930*X3*X3 + 0.03841*X2*X3 1.3 Kiểm tra tính thích hợp phương trình hồi qui Xác định tổng bình phương, đặc trưng thích hợp mơ hình Sth Khi số thí nghiệm lặp thí nghiệm N   Sth    y j  y j   464.2064 Với y j tính theo phương trình hồi qui j 1  STT Giá trị y j phương trình hồi qui y 0.1695 9.08209E-05 0.2080 6.38401E-05 0.1695 0.000109621 0.2080 4.0401E-06 0.1761 0.000573603 0.2145 2.03401E-05 0.1761 0.000257602 0.2145 3.01401E-05 0.2766 0.001338828 10 0.1998 5.29E-08 11 0.1998 5.29E-08 12 0.2766 0.001116228 CAO ĐĂNG LONG j   yj TRANG 99 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH 13 0.3233 1.089E-05 14 0.3233 4.489E-05 15 0.3233 1.089E-05 Tính bậc tự fth phương sai thích hợp fth  N  p 15   Trong đó: p số hệ số phương trình hồi qui Tính phương sai thích hợp: sth2  S th 0.003672   0.000612 f th Nhờ tiêu chuẩn Fisher ta kiểm tra tính đồng Khi ta tính giá trị tính tốn Ftt theo phương sai thích hợp sth phương sai tái s2  y N s 2j j 1 N Phương sai tái s  y   Ftt   0.000844 s th2 0.000612   0.72 s  y  0.00 0844 Và so sánh với giá trị bảng Fb = 3.51 (tra theo q=0.05 fth = fy = N(n-1) = 15x(2-1) = 15)  Ftt < Fb nên phương trình hồi qui thích hợp để mơ tả tượng Kết luận - Kết tính tốn kiểm tra kết phần mềm Mintab trùng khớp - Phương trình hồi qui phù hợp để mô tả tượng CAO ĐĂNG LONG TRANG 100 ... ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG SAVONIUS ROTOR TRONG HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tìm hiểu lượng sóng hệ thống chuyển đổi lượng sóng  Tìm hiểu lý thuyết Savonius Rotor  Thiết... 3000km hệ thống sơng ngịi phân bố chằng chịt nước ta, việc ứng dụng hệ thống chuyển đổi lượng sóng savonius khả thi chi phí chế tạo, vận hành hệ thống thấp nhiều so với hệ thống chuyển đổi lượng. .. số hệ thống chuyển đổi điều chỉnh cách sử dụng chuyển đổi điện tử công suất Sơ đồ khối hệ thống điều hịa cơng suất điển hình cho hệ thống chuyển đổi lượng đại dương nối lưới thể hình 1.15 Sóng