Nghiên cứu tổng hợp hệ thống điều khiển quá trình nhiệt ẩm trong máy ấp trứng gia cầm có sử dụng năng lượng mặt trời

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

Trng i hc Nụng nghip 1 - Lun Vn Tin s k thut ----------- -------------------------------------- 1 B GIO DC V O TO TRNG I HC NễNG NGHIP I NGUYN VN NG NGHIÊN CứU TổNG HợP Hệ THốNG ĐIềU KHIểN NGHIÊN CứU TổNG HợP Hệ THốNG ĐIềU KHIểNNGHIÊN CứU TổNG HợP Hệ THốNG ĐIềU KHIểN NGHIÊN CứU TổNG HợP Hệ THốNG ĐIềU KHIểN QUá TRìNH NHIệT ẩM TRONG MáY ấP TRứNG GIA CầM QUá TRìNH NHIệT ẩM TRONG MáY ấP TRứNG GIA CầMQUá TRìNH NHIệT ẩM TRONG MáY ấP TRứNG GIA CầM QUá TRìNH NHIệT ẩM TRONG MáY ấP TRứNG GIA CầM Có Sử DụNG NĂNG LƯợng mặt trời Có Sử DụNG NĂNG LƯợng mặt trờiCó Sử DụNG NĂNG LƯợng mặt trời Có Sử DụNG NĂNG LƯợng mặt trời Chuyờn ngnh: in khớ hoỏ sn xut nụng nghip Mó s: 02-18-02 LUN N TIN S K THUT Hng dn khoa hc:1. TS. Nguyn Vn Ho 2. TS. Trn Quang Khỏnh H NI - 2005 Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 2 L ỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng mình. Các số li ệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng ñược công b ố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Văn ðường Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 3 L ỜI CẢM ƠN ðề tài ñược hoàn thành với sự giúp ñỡ của các tập thể và cá nhân, sự cổ v ũ, ñộng viên của bạn bè, ñồng nghiệp, gia ñình và người thân trong suốt quá trình th ực hiện ñề tài và hoàn thiện luận án. Tr ước hết, xin chân thành cảm ơn Bộ môn Cung cấp và Sử dụng ñiện, Bộ môn ðiện Kỹ thuật, Khoa Cơ-ðiện, Khoa Sau ñại học, Trường ðại học Nông nghi ệp I ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và kỹ thuật ñể tôi thực hi ện ñề tài này. Xin chân thành cảm ơn Ban quản lý Dự án 322, Bộ Giáo dục và ðào tạo ñã tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi có cơ hội tiếp cận với phương pháp nghiên c ứu và hệ thống thiết bị hiện ñại, triển khai những thí nghiệm quan trọng cho ñề tài tại Viện Khoa học Nông nghiệp Nhiệt ñới và Cận nhiệt ñới, ðại học Hohenheim, CHLB ðức. Xin bày t ỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến tập thể hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Hoà, B ộ môn Tự ñộng ñiều khiển, Khoa ðiện, Trường ðại học Bách khoa Hà N ội ; TS. Trần Quang Khánh, Trường ðại học Công nghiệp Hà Nội ñã tận tình h ướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài và hoàn thiện luận án. Xin chân thành cảm ơn GS.TS.VS. Muelhbauer, nguyên Viện trưởng Viện Khoa h ọc Nông nghiệp Nhiệt ñới và Cận nhiệt ñới, ðại học Hohenheim, CHLB ðức ñã cho tôi những ý kiến ñóng góp quý báu, sự giúp ñỡ nhiệt tình trong suốt quá trình th ực hiện ñề tài. Xin chân thành c ảm ơn bạn bè, ñồng nghiệp, gia ñình và người thân luôn c ổ vũ, ñộng viên về tinh thần và vật chất ñể tôi thực hiện ñề tài và hoàn thành lu ận án này. Tác gi ả Nguyễn Văn ðường Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 4 MỤC LỤC L ỜI CAM ðOAN i L ỜI CẢM ƠN ii M ỤC LỤC iii KÝ HI ỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH M ỤC HÌNH VẼ xi DANH M ỤC BẢNG BIỂU xiv M Ở ðẦU 1 Ch ương 1. TỔNG QUAN, MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 4 1.1 Tình hình nghiên c ứu trong nước và trên thế giới 4 1.1.1 Máy ấp trứng gia cầm công nghiệp 5 1.1.2 C ấu tạo, nguyên lý làm việc của máy ấp trứng công nghiệp 7 1.1.3 Quy trình ấp nở và yêu cầu về nhiệt ẩm trong quá trình ấp 13 1.1.4 M ột số kết quả nghiên cứu về máy ấp trứng gia cầm 15 1.1.5 K ết luận 20 1.2 M ục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu 20 1.2.1 M ục ñích 20 1.2.2 Nhi ệm vụ nghiên cứu 21 Ch ương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Ph ương pháp nghiên cứu lý thuyết 22 2.1.1 Ph ương pháp giải tích 22 2.1.2 Ph ương pháp số 23 2.2 Ph ương pháp mô phỏng 26 2.3 Ph ương pháp nghiên cứu thực nghiệm 27 2.3.1 Xác ñịnh cấu trúc và tham số của mô hình 28 2.3.2 Ph ương pháp tổng hợp tối ưu bộ ñiều chỉnh bền vững 31 Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 5 2.3.3 Tối ưu hoá tham số hệ ñiều chỉnh nhiều chiều 36 Ch ương 3. MÔ HÌNH HOÁ VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH N ĂNG LƯỢNG TRONG BỘ THU NHIỆT MẶT TRỜI 41 3.1 Phân tích ñánh giá mức năng lượng ñầu vào 41 3.1.1 Ph ương pháp phân tích và ñánh giá 41 3.1.2 Tính toán mô ph ỏng cường ñộ bức xạ trên bề mặt tấm thu 45 3.2 Mô hình hoá và mô ph ỏng quá trình năng lượng trong b ộ thu nhiệt mặt trời 48 3.2.1 Mô hình n ăng lượng và quá trình truyền nhiệt của bộ thu 48 3.2.2 Xác ñịnh các hệ số tổn thất nhiệt trong collector không khí 51 3.2.3 H ệ số hiệu suất của bộ thu năng lượng 56 3.2.4 Tính toán mô ph ỏng nhiệt ñộ trong bộ thu năng lượng 57 3.2.5 Các thông s ố cơ bản của collector không khí 69 3.3 Kh ảo nghiệm bộ thu nhiệt năng lượng mặt trời 61 3.3.1 H ệ thống thiết bị và phương pháp tiến hành thí nghiệm 61 3.3.2 K ết quả thực nghiệm 63 3.4 K ết luận 64 Ch ương 4. MÔ HÌNH HOÁ VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NHI ỆT ẨM TRONG BUỒNG ẤP 65 4.1 Mô hình máy ấp trứng gia cầm sử dụng nguồn năng lượng kết hợp 65 4.1.1 C ấu tạo, nguyên lý làm việc 65 4.1.2 K ết cấu và mô hình hai vùng không gian của buồng ấp 66 4.2 Mô hình hoá quá trình trao ñổi nhiệt ẩm trong buồng ấp 70 4.2.1 C ấu tạo và thành phần vật chất cơ bản của trứng gia cầm 70 4.2.2 Mô hình trao ñổi nhiệt ẩm của trứng 74 4.2.3 Quá trình trao ñổi nhiệt ẩm của một trứng trong buồng ấp 77 4.2.4 Mô hình hoá quá trình trao ñổi nhiệt ẩm trong vùng Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 6 chứa trứng 78 4.2.5 Quá trình trao ñổi nhiệt ẩm trong vùng biên 83 4.3 Mô ph ỏng quá trình nhiệt ẩm trong vùng chứa trứng 85 4.3.1 ðơn giản hoá mô hình nhiệt ẩm trong vùng chứa trứng 85 4.3.2 Xác ñịnh ñộ giảm hàm lượng nước của trứng b ằng thực nghiệm 88 4.3.3 Mô ph ỏng quá trình nhiệt ẩm trong vùng chứa trứng 93 4.3.4 Phân tích k ết quả mô phỏng và lựa chọn thông số máy ấp 96 4.4 K ết luận 99 Ch ương 5. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHI ỆT ẨM TRONG MÁY ẤP TRỨNG GIA CẦM 100 5.1 Mô hình hoá và mô ph ỏng mô hình ñối tượng ñiều khiển 100 5.1.1 Mô t ả toán học ñối tượng ñiều khiển 100 5.1.2 Mô ph ỏng quá trình trao ñổi nhiệt ẩm trong buồng ấp 103 5.1.3 S ơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển nhiệt ẩm trong máy ấp trứng gia cầm 108 5.2 T ổng hợp bộ ñiều chỉnh quá trình nhiệt ẩm 109 5.2.1 Nh ận dạng ñối tượng ñiều khiển bằng thực nghiệm 110 5.2.2 T ổng hợp các bộ ñiều chỉnh quá trình nhiệt ẩm 114 5.2.3 Th ực thi các bộ ñiều chỉnh 123 5.2.4 ðánh giá chất lượng hệ thống ñiều khiển bằng thực nghiệm 126 5.3 K ết luận 132 K ẾT LUẬN CHUNG VÀ ðỀ NGHỊ 133 CÁC CÔNG TRÌNH ðà ðƯỢC CÔNG BỐ 135 TÀI LI ỆU THAM KHẢO 136 PH Ụ LỤC 148 Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 7 KÝ HI ỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hi ệu Tên gọi ðơn vị A Di ện tích 2 m A c Diện tích mặt cắt ngang 2 m A v Diện tích trao ñổi thể tích 32 / mm a H ệ số b H ệ số C p Nhiệt dung riêng ñẳng áp KkgJ ./ ad D & Lưu khối dòng khí khuếch tán skg / d k ðường kính tương ñương m F’ H ệ số hiệu suất F R Hệ số tải nhiệt H Entanpi J H B ức xạ trung bình ngày 2 / mMJ H d Bức xạ khuếch tán trung bình ngày 2 / mMJ H o Bức xạ trung bình ngày ngoài trái ñất 2 / mMJ H Bức xạ trung bình ngày theo tháng 2 / mMJ h Entanpi riêng kgJ / h H ệ số truyền nhiệt KmW ./ 2 I Dòng ñiện A I b Bức xạ trực tiếp 2 / mMJ I d Bức xạ khuếch tán 2 / mMJ I h Bức xạ tổng theo giờ 2 / mMJ K T ðộ giảm khối lượng của trứng skg / k T ðộ trong bầu khí quyển Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 8 L Chiều dài m m Kh ối lượng kg m & Lưu khối skg / MS ða kỳ N S ố cánh quạt; nhiễu n T ốc ñộ quay vòng/phút n S ố ngày trong năm O ðối tượng P Công su ất tác dụng W p Áp su ất Pa Q Nhi ệt lượng J Q & Dòng nhiệt W ad Q & Dòng nhiệt khuếch tán W q & Mật ñộ dòng nhiệt 2 / mW R ðiện trở Ω r Bán kính m R b Nhiệt liên kết tổng riêng kgJ / r b Nhiệt liên kết riêng kgJ / r v Nhiệt hoá hơi riêng của nước kgJ / r vo Nhiệt hoá hơi riêng của nước ở 0 o C kgJ / s Bi ến ñổi Laplace SIM Mô ph ỏng SS ðơn kỳ T Nhi ệt ñộ C, K, F t Th ời gian s t∆ Bước tính thời gian s Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 9 U ðiện áp V U Hao t ổn nhiệt V Th ể tích 3 m ω Vận tốc sm / X Hàm l ượng nước kg/kg X∆ Chênh lệch hàm lượng nước kg/kg Y Hàm l ượng ẩm không khí kg/kg Y∆ Chênh lệch hàm lượng ẩm kg/kg y To ạ ñộ theo chiều dòng khí m y ∆ Bước tính m W B ề rộng m W Hàm truy ền Ch ữ số Hylạp: α Hệ số truyền nhiệt W/m 2 .K α Góc mở ñộ α Hệ số hấp thụ β Hệ số trao ñổi chất m/s β Góc nghiêng bộ thu ñộ δ Hệ số khuếch tán m 2 /s δ Góc lệch mặt trời ñộ ϕ ðộ ẩm tương ñối decimal φ Góc vĩ ñộ ψ ðộ rỗng ad ∆ Hệ số truyền ẩm khuếch tán dọc trục ad Λ Hệ số truyền nhiệt khuếch tán ∇ Toán tử gradient Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận Văn Tiến sỹ kỹ thuật ----------- -------------------------------------- 10 .∇ Toán tử divergence 2 ∇ Toán tử Laplace η Hiệu suất λ ðộ dẫn nhiệt W/m 2 .K µ ðộ nhớt kg/s.m ν ðộ nhớt ñộng học m 2 /s ρ Khối lượng riêng kg/m 3 ρ Hệ số phản xạ σ Hệ số phát xạ τ Hệ số truyền qua τ Thời gian trễ s Ch ỉ số: O ði ra A Môi tr ường ngoài B M ặt ñáy a Không khí trong bu ồng ấp C Collector c ðối lưu in Cách nhi ệt D H ơi d Khu ếch tán d D ẫn nhiệt DP ðọng sương dr Khô E ðiện f Ẩm G Mặt ñất . NHIệT ẩM TRONG MáY ấP TRứNG GIA CầM Có Sử DụNG NĂNG LƯợng mặt trời Có Sử DụNG NĂNG LƯợng mặt trờiCó Sử DụNG NĂNG LƯợng mặt trời Có Sử DụNG NĂNG LƯợng mặt. ĐIềU KHIểN QUá TRìNH NHIệT ẩM TRONG MáY ấP TRứNG GIA CầM QUá TRìNH NHIệT ẩM TRONG MáY ấP TRứNG GIA CầMQUá TRìNH NHIệT ẩM TRONG MáY ấP TRứNG GIA CầM QUá TRìNH