Tài liệu Lý Thuyết & Thực Hành Năng Lượng Mặt Trời docx

SÁCH Lý Thuyết & Thực Hành Năng Lượng Mặt Trời PGS TS NGUYỄN BỐN TS HOÀNG DƯƠNG HÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG ĐÀ NẴNG, 2004 Chæång 1: V TRỦ V HÃÛ MÀÛT TRÅÌI 1.1 Cáúu tảo, chuøn âäüng v sỉû dn nåí ca v trủ 1.1.1 Cáúu tảo ca v trủ V trủ m ta biãút bao gọửm vọ sọỳ caùc vỗ Mọựi vỗ l mäüt thiãn thãø phạt sạng, màût tråìi ca chuùng ta Quay quanh mọựi vỗ coù caùc haỡnh tinh, cạc thiãn thảch, chäøi, theo nhỉỵng qu âảo ellip láúy lm tiãu âiãøm, nhåì tỉång tạc ca lỉûc háúp dáùn Quay quanh mäùi hnh tinh cọ cạc vóỷ tinh, caùc vaỡnh õai hoỷc õaùm buỷi Mọựi vỗ tảo quanh mäüt hãû màût tråìi, hãû màût tråìi ca chụng ta Hng t hãû màût tråìi tủ lải thnh mäüt âạm, lỉûc háúp dáùn, tảo mäüt thiãn HÃÛ MÀÛT TRÅÌI 30000nas h Thiãn h ca chụng ta âỉåüc gi l Ngán h hay 15000nas Milky Way, l mäüt säú hng t thiãn h 45000nas v trủ quan sạt âỉåüc, thiãn h cuớa chuùng ta gọửm 1011 ngọi sao, coù hỗnh Hinh 1.1 Ngán h v hãû màût tråìi âéa dẻt xồõn äúc, bạn kênh khong = 45.000nas (nas = nàm ạnh sạng = 365,25x24x60x60x300.000 =9,5.1012km) Mäùi hãû màût tråìi quay quanh tám thiãn haì våïi täúc âäü haìng tràm km/s Hãû mỷt trồỡi cuớa chuùng ta nũm trón rỗa ngoaỡi cuớa Ngán h, cạch tám khong 30.000nas, v quay quanh tám Ngán h våïi váûn täúc: vMT= 230km/s V trủ m ta quan sạt âỉåüc hiãûn chỉïa khong 10 t thiãn h, cọ bạn kênh 3.1025m, chỉïa khong 1020 ngäi våïi täøng khäúi lỉåüng khong 1050kg 1.1.2 Sỉû váûn âäüng v dn nåí ca v trủ Âãø täưn tải dỉåïi tạc dủng ca lỉûc háúp dáùn, cạc thiãn thãø v trủ phi chuøn âäüng khäng ngỉìng Cạc haỡnh tinh tổỷ xoay quanh mỗnh vaỡ quay quanh mỷt tråìi våïi täúc âäü vi chủc km/s, cạc màût tråìi quay quanh tám thiãn haì våïi täúc âäü haìng tràm km/s, cạc thiãn h quay quanh tám âải thiãn h vồùi tọỳc õọỹ haỡng nghỗn km/s Nm 1923, sổớ dủng kênh thiãn vàn vä tuún ghi phäø bỉïc xả phạt tỉì cạc thiãn h, Edwin Hubble nháûn tháúy cạc vảch quang phäø ln dëch chuøn vãư phêa bỉåïc sọng λ di, phêa mu â Hiãûn tỉåüng dëch vãư phêa â ca bỉïc xả âỉåüc gii thêch bàịng hiãûu ỉïng Doppler, l cạc thiãn thãø phạt bỉïc xả âang chuøn âäüng xa nåi thu bỉïc xả, chuøn âäüng råìi xa ca cạc thiãn h âỉåüc phạt hiãûn tháúy theo mi phỉång, våïi váûn täúc tàng dáưn theo khong cạch giỉỵa chụng Nhỉ váûy, cạc thiãn thãø v trủ âang råìi xa nhau, v v trủ âang dn nåí qu bọng âang âỉåüc thäøi 1.1.3 Âënh lût Hubble Dỉûa vo thỉûc nghiãûm, Edwin Hubble mä t sỉû dn nåí ca v trủ bàịng âënh lût sau: Mi thiãn thãø v trủ âang chuyãøn âäüng xa ρ ρ ρ våïi váûn täúc ω t lãû thûn våïi khong cạch r giỉỵa chụng: ω = -H r , våïi H≈ 25km/s.106nas l hàịng säú Hubble Thỉûc tãú hàịng säú Hubble chỉa thãø xạc âënh chênh xạc, chè biãút nàịm khong (15ữ30)km/s.106nas 1.2 Sổỷ hỗnh thaỡnh vuợ truỷ vaỡ hóỷ mỷt tråìi 1.2.1 Thuút Big Bang Thỉûc nghiãûm cho biãút v trủ âang dn nåí, cạc thiãn thãø âang råìi xa Váûy nãúu âi ngỉåüc lải thåìi gian, cạc thiãn thãø s tiãún lải gáưn nhau, thãø têch v trủ s co dáưn lải Tải mäüt thåìi âiãøm no âọ, ton bäü v trủ s co lải thnh mäüt cháút âiãøm, cọ khäúi lỉåüng, nàng lỉåüng v nhiãût âäü vä cng låïn Dỉûa trãn l lûn ny, George Lemaitre ngỉåìi Bè v sau âọ George Gamow cng Alexandre Priedmann ngỉåìi Nga, bàịng cạc phẹp cọ cå såí váût l õuùng õừn, õaợ nóu hoỹc thuyóỳt vóử sổỷ hỗnh thnh ca v trủ, gi l thuút Big Bang Thuút ny cho ràịng v trủ âỉåüc sinh cạch âáy khong 15 t nàm tỉì mäüt qu trỉïng cỉûc nh, cọ khäúi lỉåüng (M), nàng lỉåüng (E) v nhiãût âäü (T) cỉûc låïn båíi mäüt vủ näø låïn gi l Big Bang Vủ näø ny tảo khäng gian - thåìi gian v ton bäü V trủ, theo quạ trỗnh daợn nồớ nhổ sau: Baớng 1.1 Toùm từt lởch sỉí ca V trủ Thåìi gian Nhiãût âäü Thnh pháưn ca V trủ Âàûc âiãøm ca V trủ T (K) τ τ ≤10-43s T≥1032K Mäüt cháút âiãøm coï M, E, T cæûc siãu læûc, r = 10-35m låïn 10-35s 1027K Chán khäng lỉåüng tỉí, trỉåìng lỉûc: Âiãûn hảt nhán nàng lỉåüng âäưng nháút (HN), háúp dáùn (HD) -32 25 10 s 10 K Dn nåí tảo khäng gian, ngỉng lỉûc: HN, âiãûn tỉì (ÂT) kãút v HD -12 15 10 s 10 K Nhiãût âäü gim, tảo hảt quarks lỉûc: HN, ÂT v HD 10-6s 1013K Tảo photon, âiãûn tỉí, lepton lỉûc: HN, ÂT, Tỉì trỉåìng ú v HD 3phụt 106K Tảo proton, neutron P = uud, n = udd 3.10 nàm 10 K Taûo nhán H, He He = 2p2n, haût nhán H 10 nàm 10 K Taûo khê H2, He, tinh ván v cạc Cọ khê H2, tinh ván thiãn h 10 10 nàm 10 K Tảo màût tråìi, hãû MT, tảo cạc Cọ thiãn h, cạc sao, ngun täú nàûng hnh tinh 12.10 n 7K Tảo khê quøn, lủc âëa, nụi Tảo ngun täú nàûng, thỉï cáúp, nụi 14.10 n 5K Tảo nỉåïc, âải dỉång, vi khøn, Cọ nỉåïc, âải dỉång, sinh to, sinh váût váût 15.109n 3K Tảo âäüng váût, khè, ngỉåìi Sinh váût cao, khố, ngổồỡi 1.2.2 Sổỷ hỗnh thaỡnh hóỷ mỷt trồỡi Mäüt t nàm sau vủ näø Big Bang, V trủ dn nåí lm nhiãût âäü gim âãún 100K Lục ny cạc nhán H, He kãút håüp våïi âiãûn tỉí tảo phán tỉí khê H2, He Cạc khê ny qy tủ thnh tỉìng âạm thiãn h Tỉì mäùi âạm bủi ny, tạc dủng ca lỉûc háúp dáùn, s dỏửn dỏửn hỗnh thaỡnh mọỹt hóỷ mỷt trồỡi Hóỷ mỷt tråìi ca ta thüc thãú hãû thỉï 3, âỉåüc sinh tỉì mäüt âạm máy bủi v khê cọ kêch thổồùc haỡng ngaỡn tyớ kilọmeùt (a) (b) (c) Hỗnh 1.2 Sổỷ hỗnh thaỡnh hóỷ mỷt trồỡi Dổồùi taùc duỷng ca lỉûc háúp dáùn, âạm máy bàõt âáưu co lải, dẻt âi, v tám ca tråí nãn âàûc v nọng dáưn, âãún mỉïc cọ thãø khåíi phạt cạc phn ỉïng hảt nhán v tråí thnh màût tråìi Khê v bủi êt âàûc hån phêa ngoi s quay quanh màût tråìi, kãút thnh cạc vnh âai, ngỉng tủ thnh cạc hnh tinh v tiãøu hnh tinh Pháưn khê long quanh hnh tinh cng ngỉng kãút theo cạch tỉång tỉû âãø tảo cạc vãû tinh quay quanh hnh tinh 1.2.3 Cáúu tảo v cạc thäng säú ca hãû màût tråìi Hãû màût tråìi gäưm cọ màût tråìi v hnh tinh quay quanh nọ, theo cạc qu âảo ellip gáưn trn Vng cọ hnh tinh dảng ràõn l Thy, Kim, qu Âáút, Ha, vng ngoi cọ hnh tinh dảng khê l Mäüc, Thäø, Thiãn Vỉång, Hi Vỉång, Diãm Vỉång Giỉỵa Ha v Mäüc cọ mäüt vnh âai gäưm cẳc tiãøu hnh tinh våïi âỉåìng kênh tỉì vi chủc mẹt tåïi vi tràm kilämẹt Cạc hnh tinh âãưu cọ tỉì âãún 22 vãû tinh, trỉì Thy v Kim Ngoi cn cọ mäüt säú chäøi, gäưm mäüt nhán ràõn chỉïa bủi v nỉåïc âạ våïi mäüt âi håi nỉåïc kẹo di hng triãûu kilämẹt quay quanh màût tråìi theo qu âảo ellip ráút dẻt Bng 1.2 Cạc thäng säú ca cạc thiãn thãø hãû màût tråìi Tãn thiãn thãø M 10 ρ d 24 r g 10 m kg kg/m3 1391 1,4 6000 τN v Thaình Säú m/s ngaìy nàm km/h pháön vãû (N) 274 26n - (618) H, He (65) m 10 11 τn (n) t 10 C tinh Màût tråìi-Sun 2.10 Thy - Mercury 0,33 4,88 5,7 0,58 173 3,78 58n 88n 48 Fe, Si Kim - Venus 4,57 12,1 5,3 1,08 54 8,60 243n 225n 35 Fe Si Âáút - Earth 5,98 12,76 5,5 1,50 9,81 1n 365,25n 30 Fe Si Hoía - Mars 0,64 6,79 4,0 2,27 -50 3,72 1n 687n 24 Fe Si Mäüc - Jupiter 1900 143 1,3 7,77 -150 22,8 9h 11N 13 H, He 16 Thä ø- Saturn 598 121 0,7 14,3 -180 9,05 10h 30N 10 H, He 22 ThVæång-Uranus 87 51 1,6 28,7 -214 7,77 10h 84N H, He 15 HVæång-Neptune 103 50 1,7 45,0 -220 11,0 15h 165N CH4,NH3 DVæång-Pluto 5,5 2,3 2,03 59,1 -230 4,37 6n 248N 4,7 H2O,Si Tràng-Moon 0,073 3,47 3,4 3,74 -170 1,63 27n 365,25 (1) Fe Si - 10-3 +130 7h43’ 1.2 Tỉång lai ca v trủ Trãn cå såí ca váût l thiãn vàn hiãûn âải, cọ thãø dỉû bạo tỉång lai ca v trủ theo mäüt ba këch baớn sau vaỡ phuỷ thuọỹc vaỡo mỏỷt õọỹ trung bỗnh ρ ca v trủ, l mäüt thäng säú hiãûn chỉa xạc âënh chênh xạc, so våïi máût âäü tåïi hản ρ0= 5.10-27 kg/m3, bàịng cåỵ ba ngun tỉí hidro m3 1- Nóỳu < thỗ váût thãø dn nåí khäng giåïi hản, bạn kênh r tàng âãún vä cuìng, nhiãût âäü tiãún tåïi 0oK, goüi laỡ mọ hỗnh vỏỷt thóứ mồớ Theo kởch baớn naỡy, Màût tråìi ca chụng ta s tàõt hàón sau hån t nàm nỉỵa, biãún thnh mäüt xạc sàõt hỗnh cỏửu Caùc thóỳ hóỷ lión tióỳp õổồỹc sinh ra, tiãu hy hãút cạc hảt nhán nhẻ Sau 1012 nàm, táút c mi ngäi âãưu tàõt, v trủ s l mäüt khäng gian bao la, âen täúi v lảnh lo, chỉïa cạc xạc dảng qu cáưu sàõt, neutron hồûc läù âen v cạc hnh tinh lảnh Sau 1018 nàm, dỉåïi tạc âäüng láu di ca lỉûc háúp dáùn, mäùi thiãn h s bë phán hy thnh cạc xạc tỉû v mäüt läù âen thiãn h, cọ âỉåìng kênh hng t km v khäúi lỉåüng cåỵ 109.M0 (Mo = 2.103kg l khäúi lỉåüng màût tråìi) Sau 1027 nàm, caïc läù âen caïc âaïm thiãn h s phán hy thnh cạc siãu thiãn h V trủ tiãúp tủc dn nåí, nhiãût âäü tháúp âãún 10-10 K, â lảnh âãø cạc läù âen bàõt âáưu bay håi Cạc läù âen cåỵ màût tråìi s bay håi hãút sau 1062 nàm, läù âen thiãn haì biãún máút sau 1092 nàm, vaì läù âen siãu thiãn haì s bay håi hãút thnh ạnh sạng sau 10100 nàm Lục ny V trủ chè cn cạc qu cáưu sàõt, neutron v cạc hnh tinh lỉu lảc khäng gian bao la, âen täúi, nhiãût âäü cåỵ10-60 K Sau 101500 nàm, nhiãût âäü v trủ l 10-1000 K, ton bäü váût cháút åí ngoi cạc neutron s co lải thnh cạc qu cáưu sàõt Tiãúp theo âọ, cạc neutron v qu cáưu sàõt s co lải thnh cạc läù âen Cạc läù âen cúi cng s bay håi hóỳt thaỡnh aùnh saùng sau 1010exp70 nm Hỗnh boùng cuọỳi cng ca V trủ l mäüt khong khäng vä hản chỉïa cạc hảt photon v neutrino, cọ máût âäü v nhiãût âäü tiãún dáưn tåïi khäng Theo nhỉỵng thäng tin måïi nháút, V trủ ca ta cọ thãø phạt triãøn theo kởch baớn naỡy 2- nóỳu = thỗ V trủ s dn nåí cháûm dáưn, tiãún tåïi mäüt bạn kênh äøn âënh sau thåìi gian láu vä hản goỹi laỡ mọ hỗnh Vuợ truỷ phúng Caùc quaù trỗnh V trủ phàóng tỉång tỉû V trủ måí, nhỉng xy cháûm dáưn v tiãún tåïi äøn âënh lục thåìi gian tiãún âãún vä cng 3- Nãúu > thỗ Vuợ truỷ seợ daợn nồớ chỏỷm dáưn, âảt bạn kênh r cỉûc âải, sau âọ co lải ngy cng nhanh, tảo vủ sủp âäø låïn, gi l Big Crunch Këch bn ny gi l mä hỗnh Vuợ truỷ kờn Gia tọỳc vaỡ thồỡi gian nồớ - co s phủ thüc tè säú ρ/ρ0 Theo toạn, V trủ cọ ρ/ρ0=2 s xy cạc quạ trỗnh sau : Quaù trỗnh daợn nồớ chỏỷm dỏửn, xaớy khong 50 t nàm Màût tråìi ca ta s diãùn tiãúp këch bn V trủ måí Caùc vỗ tióỳp tuỷc sinh vaỡ chóỳt õi, nhiãût âäü V trủ gim dáưn Vo nàm thỉï 50 t, V trủ cọ bạn kênh cỉûc âải, gáúp ba láưn hiãûn nay, nhiãût âäü bàịng K, lục ny lỉûc háúp dáùn cán bàịng våïi lỉûc dn nåí Big Bang taỷo ra, quaù trỗnh daợn nồớ dổỡng laỷi Sau õoù quaù trỗnh co laỷi õổồỹc khồới õọỹng, caùc thiãn thãø bàõt âáöu råi vãö phêa nhau, våïi gia täúc tàng dáưn Nàm thỉï 99 t, V trủ co lải cn 1/5 kêch thỉåïc hiãûn nay, lục âọ cạc âạm thiãn h s håüp lải thnh mäüt âạm nháút V trủ co tiãúp 900 triãûu nàm sau âọ, cạc thiãn h håüp nháút, tảo mäüt khäng gian bàịng 1/100 kêch thỉåïc V trủ hiãûn nay, våïi nhiãût âäü nãưn T≈ 300K, chỉïa âáưy cạc Sau âọ 99 triãûu nàm, V trủ co lải cn 1/1000 kêch thỉåïc hiãûn v nhiãût âäü nãưn T=3000K Sau 900.000 nàm nỉỵa, nhiãût âäü V trủ âảt T=104K, cạc bàõt âáưu bay håi, cạc ngun tỉí bë phán hy thnh cạc hảt nhán v âiãûn tỉí, chiãúm âáưy khäng gian V trủ lục ny l mäüt váût âủc nháút, lục 300.000 nàm âáưu tiãn ca 90.000 nàm tiãúp theo, v trủ âảt nhiãût âäü 107K, gáy phn ỉïng hảt nhán cạc sao, lm näø cạc Nhiãût âäü tiãúp tủc tàng lm cạc hảt nhán phán hy thnh proton v neutron, cạc läù âen hụt v hụt cạc váût cháút xung quanh Sau 103 nàm tiãúp theo, nhiãût âäü V trủ âảt T >1012K, phạ hu cạc proton, neutron âãø tảo mọn xụp nọng gäưm cạc hảt quarks, neutrino v cạc phn hảt Mäüt nàm sau âọ, l nàm cúi cng, V trủ co lải âãún âỉåìng kênh r =10-30cm, nhiãût âäü T=1032K, lục khåíi âáưu Big Bang, tảo vuỷ Big Crunch Caùc quaù trỗnh sỏu xa hồn khọng thãø suy theo cạc âënh lût váût l â biãút Ráút cọ thãø, sau co tåïi trảng thại tåïi hản cỉûc nh no âọ, V trủ lải bng phạt mäüt phn ỉïng tỉïc thåìi biãún ton bäü váût cháút thnh nàng lỉåüng, tảo vủ Big Bang måïi, làûp lải chu k tiãúp theo ca V trủ [10 nas] í må VT ρο ρ< VT phàóng ρ = ρο VT kên ρ =2ρο 15 Big bang 100 Big crunch 50 Hỗnh 1.3 - Tổồng lai cuớa v trủ τ [10 nàm] Ở Đà Nẵng với cường độ xạ trung bình P = 850 W/m2 từ cơng thức (4.28) ta tính M = 1.0 kg/m2h hay với 6giờ nắng ngày ngày 1m2 bề mặt hấp thụ thiết bị sản xuất M = 6kg nước Đối với hệ thống lớn thường đặt cố định với diện tích lớn dịng lượng chủ yếu thiết bị chưng cất nước sử dụng lượng mặt trời hoạt động biểu diễn hình 4.20 G Q bx Qpxa Q hthu Qtrq Qdl Qpxa Q Qbx Qbh Q hthu Qdl Qnuoc Qdat Hình 4.20 Các dịng lượng thiết bị chưng cất nước kiểu bể Mục đích việc thiết kế thiết bị chưng cất nước cho nhiệt lượng dùng cho nước bay Qbh lớn Quá trình truyền lượng xạ mặt trời hấp thụ đến bề mặt ngưng xảy nước, trình tỷ lệ thuận với nước ngưng thu Hơn tất phần lượng khác truyền từ đáy đến phần xung quanh phải hạn chế nhiều tốt 78 Hầu hết dịng lượng có Ta thể xác định theo nguyên lý bản, rò rỉ tổn thất q c,c-s q r,c-s qua góc cạnh khó xác định gộp lại xác định thực Tc qe q c,b-c G τα nghiệm thiết bị chưng cất thực tế q r,b-c Sơ đồ mạng nhiệt thiết bị chưng cất nước dạng bể tương tự Tb sơ đồ nhiệt collector phẳng có khác biệt sau (hình 4.21) q r,c-s Năng lượng truyền từ đáy đến phủ xảy trình bay hơi-ngưng tụ Tg cộng thêm đối lưu xạ Tổn thất phía đáy chủ yếu trình truyền Hình 4.21 Sơ đồ mạng nhiệt nhiệt xuống đất Chiều sâu nước thiết bị hay dung lượng bể phải xác định tính tốn Lượng nước chưng cất tính từ trình bay ngưng tụ truyền từ đáy đến phủ Sơ đồ nhiệt trình bày hình 4.21, nhiệt trở tương ứng với dịng lượng hình 4.20 (Các phần rị rỉ, tổn thất qua cạnh, nước vào không trình bày đây) H×nh 4.22 HƯ thèng ch−ng cÊt nớc dùng lợng mặt trời 79 4.4 Động Stirling Động Stirling thiết bị có nhiều u việt cấu tạo đơn giản Một đầu động đợc đốt nóng, phần lại để nguội công hữu ích đợc sinh Đây động kín đờng cấp nhiên liệu nh đờng thải khí Nhiệt dùng đợc lấy từ bên ngoài, vật đốt cháy dùng để chạy động Stirling nh: than, củi, rơm rạ, dầu hỏa, dầu lửa, cồn, khí đốt tự nhiên, gas mêtan, nhng không đòi hỏi trình cháy mà cần cấp nhiệt đủ để làm cho động Stirling hoạt động Đặc biệt động Stirling hoạt động với lợng mặt trời, lợng địa nhiệt, nhiệt thừa từ trình công nghiệp Nguyên lý hoạt động: Đợc phát minh từ 1816 động Stirling đà thiết bị lớn làm việc môi trờng công nghiệp Sau kiểu động Stirling nhỏ êm đà trở thành đồ dùng gia đình phổ biến nh: quạt, máy may, bơm nớc Các động Stirling ban đầu chứa không khí đợc chế tạo từ vật liệu bình thờng phổ biến nh động hot air Không khí đợc chứa đối tợng để dÃn nở nhiệt, làm lạnh nén chuyển động phần khác động Động Stirling động nhiệt Để hiểu cách đầy đủ hoạt động tiềm sử dụng nó, điều chủ yếu biết vị trí lĩnh vực chung động nhiệt Động nhiệt thiết bị liên tục chuyển đổi nhiệt thành Một ví dụ thực động nhiệt đầu máy xe lửa chạy nớc năm trớc Năng lợng nhiệt đợc cung cấp cách đốt than củi, lợng nhiệt nung nóng nớc chứa lò sản có áp suất cao, dÃn nở xi lanh đẩy piston chuyển động kéo theo bánh đà, kéo xe lửa chuyển động Sau hành trình piston, đà sử dụng nóng đợc thải nhờng chỗ cho có áp suất cao vào xylanh Động diesel dạng động nhiệt nhng dạng khác thờng gọi động đốt Trong động đốt trong, nhiệt đợc cung cấp đốt cháy nhiên liệu phần bên động cơ, nhiên liệu thờng nhiên liệu lỏng nh dầu diesel, xăng Một phần nhiệt biến thành công dÃn nở 80 khí nóng (sản phẩm cháy) tác động vào piston Phần nhiệt lại bị thải thoát xạ hay tỏa từ cánh làm mát động Động tiếp tục sinh công hữu ích chừng nhiên liêu cung cấp để tạo nhiệt Ba trình: cấp nhiệt, sinh công thải nhiệt đặc tính chung động nhiệt Động Stirling chế cấp nhiệt, thải nhiệt sinh công có khác Để nghiên cứu kỹ hoạt động động Stirling ta Đầu nóng Đầu lạnh xét xi lanh kín đầu với piston nh hình 5.23 Hình 5.23 Không khí bên bên có áp suất nhiệt độ không khí chứa bên Piston chuyển động qua lại tự nhng hầu nh kín Giả sử lúc đầu toàn thiết bị có nhiệt độ nhiệt độ đầu lạnh, lúc không khí bên Hình 5.24 Cấp nhiệt đầu xylanh, nhiệt độ áp suất không khí tăng lên có áp suất áp suất không khí bên Với điều kiện đó, piston đứng yên vị trí ban đầu Nếu ta đốt nóng đầu xilanh (đầu Hình 5.25 Không khí áp suất cao đẩy piston nóng) nguồn nhiệt đợc sử dụng chùm tia xạ mặt trời hội tụ đầu xilanh cách đơn giản nhúng đầu xilanh vào nớc nóng, áp suất nhiệt độ không khí bên tăng lên áp suất cao đẩy piston chuyển động sinh công hữu ích (hình: 5.23, 5.24, 5.25) BÊt kú ngn nhiƯt nµo cịng sinh công, nhng với nguồn có nhiệt độ cao tạo công lớn Động chuyển nhiệt thành công lần đơn giản nh mà cần phải có khả tiếp tục sinh c«ng 81 C«ng cã thĨ sinh tõ kh«ng khÝ nóng xilanh chừng có trình dÃn nở không khí bên Nếu piston di chuyển xa vọt Hình 5.26 Quá trình dÃn nở áp suất không khí bên áp suất khí khỏi xilanh trình sinh công kết thúc Do trình dÃn nở cần phải kết thúc trớc điều xảy Nếu xilanh đợc chế tạo thật dài trình dÃn nở Hình 5.27 Nêú ngừng cấp nhiệt mà thải nhiệt áp suất không khí bên giảm xuống xa nhng có giới hạn piston đến áp suất bên giảm xuống áp suất khí Nếu piston chuyển động đến đầu bên phải xilanh, ta Hình 5.28 Piston chuyển động vào bên áp suất không khí bên cao ngừng trình cấp nhiệt tăng trình thải nhiệt (làm mát) nhiệt độ áp suất không khí phía xilanh giảm xuống đến áp suất không khí bên thấp áp suất khí bên piston chuyển động ngợc lại trở lại vị trí ban đầu (hình 5.26, 5.27, 5.28) Hình 5.29 Nguyên lý hoạt ®éng tù ®éng cđa ®éng c¬ Stirling 82 VÊn ®Ị đặt động Stirling làm để chúng hoạt động cách tự động, tức xilanh nhận, thải nhiệt lúc liên hệ chặt chẽ với chuyển động piston Hình 5.29 biểu thị nguyên lý hoạt động đơn giản động Stirling Hiện thực nhiệm kiểu động Stirling đà đạt đợc độ tin cậy cho thực thi Với hợp kim chịu nhiệt độ cao, thiết bị công nghệ mới, thiết kế trình trao đổi nhiệt có trợ giúp máy tính đợc nạp khí Hêli Hyđrô với áp suất cao, kiểu Stirling dễ dàng vuợt trội động diesel vỊ hiƯu st cịng nh− vỊ tû lƯ gi÷a lợng trọng lợng Với đặc chuyển động êm độ ô nhiễm thấp, động Stirling đối thủ cạnh tranh tơng lai / Hình 5.30 Bơm nớc Stirling dùng NLMT 83 Chơng 5: CáC loại gơng phản xạ óứ tỏỷp trung nng lổồỹng bỉïc xả chiãúu tåïi màût thu Ft, nhàịm náng cao nhiãût âäü ca Ft v mäi cháút tiãúp xục nọ, ngỉåìi ta dng thãm cạc gỉång phn xả Gỉång phn xả l cạc bãư màût nhàơn bọng, coi l váût âủc D = 0, cọ hãû säú háúp thủ A bẹ, v hãû säú phn xả R = (1-A) låïn Gỉång phn xả cọ thãø cọ dảng phàóng, cän, nọn, parabol trủ hồûc parabol trn xoay Gỉång phn xả thỉåìng âỉåüc chãú tảo bàịng màût kim loải bọng inox, nhäm, tän âạnh bọng, hồûc kênh hay plastic cọ trạng bảc Âàûc trỉng ca mäüt gỉång phn xả bao gäưm: - Caùc thọng sọỳ hỗnh hoỹc vaỡ kóỳt cỏỳu - Âäü phn xả R, âiãưu kiãûn âãí màût thu cọ thãø hỉïng ton bäü phn xả tỉì gỉång - Âäü táûp trung nàng lỉåüng bỉïc xả (kê hiãûu l k) Âäü táûp trung nàng lỉåüng bỉïc xả k : -Âënh nghéa: Âäü táûp trung nàng lỉåüng bỉïc xả k ca mäüt hãû gỉång phn xả v màût thu, l tè säú ca cỉåìng âäü bỉïc xả tåïi màût thu Ft trãn cỉåìng âäü bỉïc xả tåïi màût hỉïng nàõng: k = Et E Cỉåìng âäü bỉïc xả tåïi màût hỉïng nàõng E thỉåìng l cỉåìng âäü bỉïc xả tåïi màût âáút nåi âàût thiãút bë, tỉïc l cỉåìng âäü bỉïc xaỷ luùc trồỡi nừng bỗnh thổồỡng, chổa coù gổồng phaớn xả -Láûp cäng thỉïc k: cho mäüt hãû E gäưm màût thu Ft âàût vng gọc våïi tia Fh nàõng, xung quanh cọ gỉång phn xả våïi hãû säú phn xả R, D = v màût hỉïng nàõng R diãûn têch Fh, màût Fh thỉåìng cng vng R goùc vồùi tia nừng (hỗnh 5.1) Giaớ thióỳt caùc gổồng âàût cho ton bäü cạc tia phn xả Ft tỉì gỉång âỉåüc chiãúu hãút lãn màût thu Ft Khi õoù, cọng suỏỳt bổùc xaỷ chióỳu õóỳn Ft laỡ: Hỗnh 5.1 Hãû gỉång v màût thu Qt = E Ft + E.( Fh - Ft).R =E.(1 - R) Ft + E.R.Fh Cỉåìng âäü bỉïc xả âãún Ft l: Et = Qt/Ft = E.(1 - R) + E.R Fh/ Ft Do âoï, k = Et/E = - R + R Fh/ Ft = + R.( Fh/ Ft - 1) Nóỳu coi R thỗ k Fh/Ft 84 5.1 Gỉång phàóng Xẹt gỉång phàóng BC cọ hãû säú phn xả R, âàût nghiãng gọc γ so våïi màût thu AB Dỉûa vo âënh lût phn xả ạnh sạng i1 = i2 , coù thóứ tỗm õổồỹc õióửu kióỷn âãø ton bäü phn xả tỉì gỉång BC chiãúu hãút lãn màût AB âàût vng gọc våïi tia nàõng l: = arcsin a+b 2a Vỗ sin < nón phi cọ b < a v π i1 π