(Luận văn thạc sĩ) ứng dụng động cơ stirling trong các thiết bị làm lạnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG THẠCH ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM LẠNH NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG THẠCH ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM LẠNH NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG THẠCH ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM LẠNH NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Hƣớng dẫn khoa học: GVC TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH GVC ThS HỒNG TRÍ Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: TRẦN QUANG THẠCH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 28 – – 1981 Nơi sinh: Bình Dƣơng Quê quán: Phƣờng Dĩ An, Tx Dĩ An, T Bình Dƣơng Dân tộc: Kinh Nơi nay: 22/21 Kp Bình Minh 2, P Dĩ An, Tx Dĩ An, T Bình Dƣơng Điện thoại quan: 06503 878.020 Điện thoại nhà riêng: 06503 730.592 Fax: E-mail: Thachquang06@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Trung cấp Thời gian đào tạo từ 10/1999 đến 6/ 2001 Nơi học: Trƣờng Kỹ thuật Nghiệp vụ Đƣờng sắt II Ngành học: Gia công cắt gọt kim loại Đại học: Hệ đào tạo: Hệ K Thời gian đào tạo từ 10/2001 đến 4/2005 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí Chế tạo máy Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Chế tạo mơ hình máy ép đóng nhãn vào gạch Nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Khoa khí - Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Hồ Viết Bình III Q TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Công việc đảm nhiệm 12/2007-04/2009 Nơi công tác Cơng ty Planex (Phịng nhà 5, Cơng viên Phần mềm Quang Trung) Trƣờng Đào tạo Kỹ thuật Bình Dƣơng 04/2009 - 01/2010 Trƣờng Đào tạo Kỹ thuật Bình Dƣơng Nhân viên Phòng Đào tạo 01/2010 đến Trƣờng TCN Việt – Hàn Bình Dƣơng Phó Trƣởng Phịng Đào tạo 6/2005 - 12/2007 i Thiết kế khuôn mẫu Giáo viên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2012 Ngƣời nghiên cứu Trần Quang Thạch ii MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 1.2 NHIỆM VỤ CỦ A ĐỀ TÀ I 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀ I 1.4 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 1.5 TÍNH THỰC TIỄN Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀ M LẠNH NHÂN TẠO 2.1.1 PHƢƠNG PHÁP BAY HƠI KHUẾCH TÁN 2.1.2 PHƢƠNG PHÁP HÒA TRỘN LẠNH 2.1.3 PHƢƠNG PHÁP DÃ N NỞ KHÍ CÓ SINH NGOẠI CÔNG 2.1.4 PHƢƠNG PHÁP TIẾT LƢU KHÔNG SINH NGOẠI CÔNG VÀ HIỆU Ƣ́NG JOULE - THOMSON 10 2.1.5 PHƢƠNG PHÁP DÃ N NỞ KHÍ TRONG ỐNG XOÁ Y 11 2.1.6 HIỆU Ƣ́NG NHIỆT ĐIỆN , HIỆU Ƣ́NG PELTIER 11 2.1.7 PHƢƠNG PHÁP KHƢ̉ TƢ̀ ĐOẠN NHIỆT 12 2.1.8 BAY HƠI CHẤT LỎNG 13 2.2 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BI ̣ LẠNH 13 2.2.1 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI NÉ N HƠI 13 2.2.2 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI HẤP THỤ 14 2.2.3 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI CẶP NHIỆT ĐIỆN 14 2.3 ĐỘNG CƠ STIRLING 15 2.3.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CHUNG CỦA MỘT ĐỘNG CƠ STIRLING 15 2.3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦ A MỘT ĐỘNG CƠ STIRLING 16 2.3.3 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC STIRLING 18 2.3.4 PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ STIRLING 19 2.3.4.1 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA 19 vi 2.3.4.1.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA 19 2.3.4.1.2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA 20 2.3.4.2 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA 21 2.3.4.2.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA 21 2.3.4.2.2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA 22 2.3.4.3 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA 23 2.3.4.3.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA 23 2.3.4.3.2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA 24 Chƣơng 27 TÍNH TỐN THIẾT BỊ LÀM LẠNH 27 3.1 CẤU TẠO TỦ LẠNH NÉN HƠI VÀ NGUYÊN LÝ QUY TRÌNH LẠNH 27 3.1.1 CẤU TẠO 27 3.1.2 NGUYÊN LÝ QUI TRÌNH LẠNH 28 3.1.3 MÔI CHẤT LẠNH 28 3.2 TÍNH TỐN TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI 29 3.2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU THIẾT KẾ TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI 29 3.2.2 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM 30 3.2.2.1 TÍNH TỐN CÁCH NHIỆT 30 3.2.2.2 TÍNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT QUA VỎ TỦ 32 3.2.2.3 TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƢƠNG BÊN NGOÀI VỎ TỦ 32 3.2.2.4 TÍNH KIỂM TRA CÁCH ẨM 33 3.2.3 TÍNH TỔN THẤT 33 3.2.3.1 TỔNG DÒNG NHIỆT TỔN THẤT 33 3.2.3.2 TÍNH DÕNG NHIỆT TỔN THẤT QUA KẾT CẤU BAO CHE Q1 34 3.2.3.3 TÍNH DÕNG NHIỆT TỎA RA DO VẬN HÀNH Q 35 3.2.4 TÍNH CHỌN MÁY NÉN 37 3.2.4.1 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NGƢNG TỤ t k 37 3.2.4.2 NHIỆT ĐỘ SÔI CỦ A MÔI CHẤT LẠNH t 37 3.2.4.3 NHIỆT ĐỘ QUÁ NHIỆT t qn 37 3.2.4.4 NHIỆT ĐỘ QUÁ LẠNH t ql 37 3.2.4.5 TÍNH TỐN CHU TRÌNH LẠNH 38 3.2.4.5.1 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG 38 3.2.4.5.2 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG THỂ TÍCH 38 3.2.4.5.3 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG q k 39 3.2.4.5.4 TỈ SỐ NÉN 39 3.2.4.5.5 CÔNG NÉ N RIÊNG l 39 3.2.4.5.6 HỆ SỐ LẠNH CỦ A CHU TRÌNH 39 3.2.4.5.7 LƢU LƢỢNG QUA MÁ Y NÉ N m 39 3.2.4.5.8 NĂNG SUẤT THỂ TÍCH THƢ̣C TẾ QUA MÁ Y NÉ N Vtt 39 3.2.4.5.9 HIỆU SUẤT THỂ TÍCH CỦ A MÁ Y NÉ N λ 39 3.2.4.5.10 THỂ TÍCH NÉN LÝ THUYẾT 39 3.2.4.5.11 HIỆU SUẤT NÉ N HƢ̃ U ÍCH 39 3.2.4.5.12 CÔNG NÉ N LÝ THUYẾT N s 40 3.2.4.5.13 CÔNG NÉ N HƢ̃ U ÍCH N e 40 vii 3.2.4.5.14 CÔNG SUẤT TIÊU THỤ THƢ̣C TẾ CHO QUÁ TRÌNH NÉ N N el 40 3.2.4.5.15 CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ LẮP ĐẶT 40 3.2.4.5.16 NĂNG SUẤT NHIỆT DÀN NGƢNG Q k 40 3.2.5 THIẾT BỊ NGƢNG TỤ 40 3.2.5.1 CHỌN THIẾT BI ̣NGƢNG TỤ 40 3.2.5.2 TÍNH DIỆN TÍCH TRAO ĐỞI NHIỆT 41 3.2.5.3 XÁC ĐINH ̣ HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K 41 3.2.5.4 XÁC ĐINH ̣ ĐỘ CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỢ TRUNG BÌNH LOGARIT 41 3.2.5.5 LƢU LƢỢNG KHƠNG KHÍ GIẢI NHIỆT m w 42 3.2.6 THIẾT BỊ BỐC HƠI 47 3.2.7 CÁC THIẾT BỊ PHỤ 49 3.2.7.1 PHIN SẤY LỌC 49 3.2.7.2 RƠLE NHIỆT ĐỘ 49 3.2.7.3 MẮT GA 49 3.2.7.4 VAN BA NGÃ 50 3.2.7.5 BÌNH GOM LỎNG 50 Chƣơng 51 TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ STIRLING 51 4.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CƠ BẢN 51 4.2 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA THIẾT KẾ 51 4.2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 51 4.2.1.1 Nhiệt độ Tmin 51 4.2.1.2 Nhiệt độ Tmax 51 4.2.1.3 Áp suất P1: 51 4.2.2 THỂ TÍCH KHƠNG GIAN LÀM VIỆC CỦ A ĐỘNG CƠ 52 4.2.2.1 THỂ TÍCH XYLANH NÉ N V xln 52 4.2.2.2 THỂ TÍCH XYLANH GIÃN NỞ V xlgn 52 4.2.2.3 THỂ TÍCH PHẦN ĐƢỜNG ỐNG DẪN MÔI CHẤT CÔNG TÁC GIƢ̃ A HAI XYLANH Vđd 52 4.2.2.4 THỂ TÍCH CHIẾM CHỔ CỦ A TRỤC V tr 52 4.2.2.5 THỂ TÍCH CHIẾM CHỔ CỦ A PISTON GIÃN NỞ V ptgn 52 4.2.2.6 THỂ TÍCH LỚN NHẤT (Vmax) TOÀN BỘ KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ 53 4.2.2.8 TỶ SỐ THỂ TÍCH 53 4.3 NHIỆT LƢỢNG CẦN THIẾT ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ 53 4.3.1 NHIỆT LƢỢNG CẦN THIẾT ĐỂ NUNG NĨNG MƠI CHẤT CƠNG TÁC : 53 4.3.2 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA XYLANH GIÃN NỞ 54 4.3.3 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA NẮP XYLANH GIÃN NỞ 54 4.3.4 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA PISTON GIÃN NỞ 54 4.3.5 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA BỘ TẢN NHIỆT 55 4.3.6 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA ỐNG NỐI GIƢ̃ A HAI XYLANH 55 4.3.7 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA XYLANH NÉ N 56 4.3.8 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA PISTON NÉ N 56 4.4 TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG HỌC 57 viii 4.4.1 KHỐI LƢỢNG MÔI CHẤT CÔNG TÁC 57 4.4.2 Q TRÌNH NUNG NĨNG ĐẲNG TÍCH - 57 4.4.3 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT - 58 4.4.4 QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH ĐẲNG TÍCH - 58 4.4.5 QUÁ TRÌNH NÉN ĐẲNG NHIỆT - 59 4.5 TÍNH TỐN BÁNH ĐÀ 60 Chƣơng 62 XƢ̃ LÝ DÃY SỐ LIỆU NHIỆT ĐỘ THÍ NGHIỆM 62 5.1 THU THẬP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 62 5.2 XÁC ĐỊNH DẠNG HÀM ĐẶC TRƢNG 62 5.2.1 LẬP HỆ TRỤC TỌA ĐỘ OXY 63 5.2.2 LIÊN TỤC HÓA CÁC ĐIỂM 63 5.2.3 SO SÁNH VỚI ĐỒ THI ̣CÁC DẠNG PHƢƠNG TRÌNH TOÁN HỌC XÁC ĐINH ̣ 64 5.2.4 SAN BẰNG TUYẾN TÍNH HÓA 64 5.3 XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỐ HỒI QUI 65 5.3.1 TÍNH CÁC GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH 65 5.3.2 TÍNH GIÁ TRỊ CỦA HỆ SỐ HỒI QUI 65 5.3.2.1 PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ THEO NHƢ̃ NG ĐIỂM LƢ̣A CHỌN RIÊNG BIỆT 65 5.3.2.2 PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ TRUNG BÌNH 66 5.3.2.3 PHƢƠNG PHÁP BÌNH PHƢƠNG NHỎ NHẤT 67 Chƣơng KẾT LUẬN 69 6.1 KẾT LUẬN 69 6.2 HƢỚNG PHÁ T TRIỂN ĐỀ TÀ I 69 ix Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Từ xa xƣa, để chống lại khắc nghiệt thời tiết, ngƣời biết vận dụng chế ngự điều kiện tự nhiên nhƣ: làm nhà để che mƣa nắng, đốt lị sƣởi vào mùa đơng, thơng gió tự nhiên vào mùa hè … Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật kinh tế, ngƣời ý thức đƣơ ̣c vai trò to lớn của nhiê ̣t đô ̣ và sƣ̣ nóng lên của trái đấ t , nhu cầ u của ngƣời về ổn định nhiệt độ ngày tăng cao, tiến trình cơng nghiệp hố, có nhiều thiết bị làm lạnh đƣợc phát minh chế tạo, mô ̣t nhƣ̃ng thiế t bi ̣đó đã vào cuô ̣c số ng là thiế t bi ̣ làm lạnh dùng máy nén đóng vai trị quan trọng kỹ thuật làm lạnh điều hồ khơng khí Hơn thế nƣ̃a , thiế t bi ̣ làm lạnh dùng máy nén hoạt động ổn định có suấ t đô ̣ tin câ ̣y tuổi thọ cao nên hiê ̣n đƣơ ̣c sƣ̃ du ̣ng rô ̣ng raĩ hầ u hế t thiết bị làm lạnh nhƣ : tủ lạnh thƣơng nghiệp , tủ lạnh gia đình , kho bảo quản đơng , nhà máy sản xuất nƣớc đá … dùng lƣơ ̣ng điê ̣n để hoạt động máy nén Các nhà máy thủy điện không gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣng la ̣i phá hoa ̣i tài nguyên thiên nhiên và đa da ̣ng sinh ho ̣c nă ̣ng nề , làm biến đổi khí hậu , khu rừng bị tàn phá ngập chìm dƣới đập làm phổi cung cấ p khí CO đồ ng nghiã với viê ̣c tăng phát thải CO vào khí Mă ̣t khác ng̀ n nƣớc cung cấ p cho các thủy điê ̣n không phải vô tâ ̣n , sau mô ̣t thời gian dài sƣ̃ du ̣ng các lòng hồ sẽ ch uyễn thành đầ m lầ y và thủy điê ̣n không còn khả tích nƣớc, nhƣ vâ ̣y nguồ n lƣơ ̣ng tƣ̀ thủy điê ̣n bản không còn , nguồ n cung cấ p điề u tiế t và dƣ̣ trƣ̃ nƣớc cho sản xuấ t nông nghiê ̣p ở vùng ̣ du bị tƣ̀ đó ảnh hƣởng đến đời số ng sản xuấ t của ngƣời dân Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí Nhiệt lƣợng truyền từ cấ p nhiệt cho môi chất công tác: Qmc = 8214,9705 J ; Công thực W1 = 4.4.3 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT - Công đƣợc tạo giãn nở môi chất công tác P3  P2 V2 P2 2,02    1,456 at V3 r 1,387 T3 = T2 = Tmax = 600 oK Phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng P.V  G.R.T  P  Với : R  G.R.T 0,002442x286,7x600 420,072   V V V 8314  286,7 29 (CT 2.4 /29/[7]) Công tạo mơi chất cơng tác: Hình 4.1: Xác định cơng tăng thể tích đồ thị P – V chu trình Stirling Vmax W2   Vmin Vmax P.dv   Vmin 420,072 dv 420,072 x ln V V 0, 00189239 0,00136424  137,465 J (CT 1.38 /20/[7]) 4.4.4 Q TRÌNH LÀM LẠNH ĐẲNG TÍCH - Trong q trình này, nhiệt truyền từ mơi chất cơng tác đến làm mát, làm giảm nhiệt độ mơi chất cơng tác Q trình khơng có cơng thực P4  P3 T4  P3   1,456 x0,5  0,728 at T3 58 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí V3 = V4 = Vmin Cơng thực W3 = 4.4.5 Q TRÌNH NÉN ĐẲNG NHIỆT - Trong trình nén đẳng nhiệt này, nhiệt từ mơi chất cơng tác mơi trƣờng bên ngồi qua tản nhiệt Cơng để nén mơi chất cơng tác có giá trị độ lớn với lƣợng nhiệt từ mơi chất công tác T4 = T1 = Tmin = 300 oK Phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng P.V  G.R.T  P  Với : R  8314  286,7 29 G.R.T 0,002442x286,7x300 210,03642   V V V (CT 2.4 /29/[7]) Hình 4.2 : Xác định công giảm thể tích đồ thị P – V chu trin ̀ h Stirling Vmin W4   Vmax Vmin P.dv   Vmax 210,03642 dv 210,03642 x ln V V 0,00136424 0, 00189239  68,733 J (CT 1.38 /20/[7]) Toàn nhiệt lƣợng cung cấp là: QE  Qđc  2431182,264 J Nhiệt lƣợng thoát là: QC  Qtn  Qx ln  Q ptn  Qong  1232171,325  72614,0386  126634,0455  83047,184  1514466,2681 J 59 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí Hiệu suất nhiệt tính tốn là:   Q QQ  E C E 2431182,264  1514466,2681  0,37828 2431182,264 Công suất động là: Wđc  W1  W2  W3  W4  137,465  68,733  68,732 J Vâ ̣y công suấ t đô ̣ng Stirling thiế t kế lớn 1,15 lầ n công suấ t đô ̣ng lắ p thiế t bi ̣la ̣nh Vâ ̣y thiế t kế là hơ ̣p lí 4.5 TÍNH TỐN BÁNH ĐÀ Bánh đà chi tiết khí quay đƣợc sử dụng để lƣu trữ lƣợng quay Bánh đà có mơmen qn tính lớn, chống lại thay đổi tốc độ quay Lƣợng lƣợng đƣợc lƣu trữ bánh đà tỉ lệ với bình phƣơng tốc độ quay Nó đƣợc sử dụng để cung cấp lƣợng liên tục cho nguồn lƣợng khơng liên tục Động Stirling có chu trình gồm bốn q trình nhiệt động học, có q trình sinh cơng (2 – 3) trình tiêu tốn lƣợng (4 – 1) để đảm bảo cho động hoạt động liên tục ta chọn bánh đà dạng vành có kích thƣớc đủ để tích trữ đủ lƣợng thỏa mản bất phƣơng trình: W4  EBĐ  I   W2 Tính tốn động hoạt động ổn định với số vòng quay 500 vòng/phút, f = 8,333 vòng/giây 60 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí   2. f  x3,14 x8,333  52,331 rad/s  I  m rng2  rtr2 Với :  W4 = 68,733 J; W2 = 137,465 J; ρ = 7600 kg/m3 , chọn vật liệu thép cacbon; đƣờng kính ngồi rng = 140 mm; đƣờng kính rtr = 120 mm; chiều dày b = 30 mm; m  V   V   b rng2  rtr2     I   b rng4  rtr4      1  EBĐ   b rng4  rtr4    x3,14 x0,035x 0,154  0,124 x7600 x52,3312  101,1 J 4  68,733  EBĐ  101,1  137,465 Vậy chọn bánh đà có kích thƣớc nhƣ hợp lí 61 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí Chƣơng XƢ̃ LÝ DÃY SỚ LIỆU NHIỆT ĐỢ THÍ NGHIỆM 5.1 THU THẬP SỚ LIỆU THÍ NGHIỆM Thí nghiệm đƣợc tiến hành từ 03/8/2012 đến 04/10/2012 thị xã Dĩ An , tỉnh Bình Dƣơng , đƣơ ̣c thƣ̣c hiê ̣n mô hình đã chế ta ̣o và du ̣ng cu ̣ đo máy đo nhiê ̣t ̣ Pro’sKit có mã số MT – 4001 – K – Type Thermometer, thu đƣơ ̣c bảng số liê ̣u sau: STT 10 X 26,8 27,9 32,2 34,4 35,2 36,4 37,3 38,1 39,2 40,6 Y’ 202,6 197,3 189,4 182,7 179,3 174,2 172,1 171,3 168,7 165,3 Y 336,4 332,6 329,4 327,2 325,6 322,4 319,5 317,7 314,3 309,6 Nhiê ̣t đô ̣ môi trƣờng ( C) Nhiê ̣t đô ̣ bắ t đầ u hoạt động (0C) Nhiê ̣t đô ̣ hoạt động ổn định (0C) Bảng 5.1: Số liê ̣u nhiê ̣t đô ̣ thí nghiê ̣m đo mô hình đô ̣ng Stirling chế ta ̣o Thông qua bảng kế t quả đo , nhâ ̣n xét thấ y nhiê ̣t đô ̣ đô ̣ng Stirling bắ t đầ u hoạt động nhiệt độ hoạt động ổn định phụ thuộc vào nhiê ̣t ̣ mơi trƣờng bên ngồi 5.2 XÁC ĐỊNH DẠNG HÀM ĐẶC TRƢNG 62 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí 5.2.1 LẬP HÊ ̣ TRỤC TỌA ĐỢ OXY Do u cầ u ̣ng lắ p máy nén khí phải hoa ̣t đô ̣ng ổ n đinh ̣ nên không xét nhiê ̣t đô ̣ đô ̣ng Stirling bắ t đầ u hoa ̣t đô ̣ng mà xét mối quan hệ nhiê ̣t đô ̣ môi trƣờng bên ngoài và nhiê ̣t đô ̣ đô ̣ng Stirling hoạt động ổn định , đƣa kết điểm đo vào hệ tọa độ OXY 340 335 330 325 Y 320 315 310 305 10 20 30 40 50 X Hình 5.1: Các kết điểm đo hệ tọa độ OXY 5.2.2 LIÊN TỤC HÓA CÁC ĐIỂM Hình 5.2: Liên tu ̣c hóa các điểm đo hệ tọa độ OXY 63 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí 5.2.3 SO SÁNH VỚI ĐỜ THI ̣CÁC DẠNG PHƢƠNG TRÌNH TOÁN HỌCXÁC ĐỊNH Sau liên tu ̣c hóa các điể m t a thấ y dạng đồ thị gầ n giố ng với dạng đờ thi ̣của phƣơng trình sau: y = a.ebx + c (CT (5) /73/[8]) 5.2.4 SAN BẰNG TUYẾN TÍNH HÓA Kiểm tra khả ứng dụng dạng phƣơng trình chọn phƣơng pháp san tuyến tính hóa Để san ta đặt : X  x Y  Lg y  c  Trên đƣờng cong thƣ̣c nghiê ̣m cho ̣n3 điể m: (32,2 ; 329,4); (40,6 ; 309,6); (36,4 ; 322,4) c y1 y2  y32 329,4 x309,6  322,42   1,526 y1  y2  y3 329,4  309,6  x322,4 (CT /75/[8])  Y  Lg y  1,526 Ta đƣơ ̣c STT X x Y  Lg y  1,526 26.8 29.7 2.529 2.524 32.2 2.52 34.4 2.517 35.2 2.515 36.7 37.3 2.51 2.507 38.1 2.504 10 39.2 40.6 2.499 2.493 Biểu diễn điểm lên hệ trục tọa độ OXY Hình 5.3: Các điểm biể u diễn hệ trục tọa độ OXY 64 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí Sau san tuyến tính hóa, điểm gần nằm đƣờng thẳng nhất, phƣơng trình hồi quy phƣơng trin ̀ h đã cho ̣n 5.3 XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỚ HỜI QUI 5.3.1 TÍNH CÁC GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH X  N  X i  34,99 Y  N  Y  323,47 N i 1 N i 1 i 5.3.2 TÍNH GIÁ TRỊ CỦA HỆ SỐ HỒI QUI 5.3.2.1 PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ THEO NHƢ̃ NG ĐIỂM LƢ̣A CHỌN RIÊNG BIÊ ̣T Phƣơng trình có dạng: y = a.ebx – 1,526 (1) Trên khoảng khảo sát ta chọn cặp giá trị (x,y) thay vào phƣơng trình (1) để nhận kết tính tốn tin cậy ta tiến hành tính tốn kiểm tra với ba điểm lựa chọn khác nhau: 336,4  a.e26,8b  1,526  a  302,557 x , y a  1     y( a )  302,557.e  0,00402 x  1,526 32, b x , y b   , 00402 329 ,  a e  , 526   3  332,6  a.e29,7b  1,526  a  281,071 x , y b  2     y( b )  281,071.e  0,00394 x  1,526 35, b x , y b   , 00394  1,526   5 325,6  a.e 327,2  a.e34,4b  1,526  a  234,834  x4 , y4 c     y( c )  234,834.e  0,00817 x  1,526 37, 3b  1,526 b  0,00817  x7 , y7  319,5  a.e STT 10 X 26.8 29.7 32.2 34.4 35.2 36.4 37.3 38.1 39.2 40.6 Y 336.4 332.6 329.4 327.2 325.6 322.4 319.5 317.7 314.3 309.6 Y(a) 269.4 266.2 263.4 261 260.2 258.9 257.9 257 255.9 254.4 Y(b) 250.7 247.8 245.3 243.1 242.3 241.1 240.2 239.4 238.4 237 65 Y(c) 186.1 181.6 177.8 174.5 173.3 171.6 170.3 169.1 167.6 165.6 dk(a) 67 66.4 66 66.2 65.4 63.5 61.6 60.7 58.4 55.2 dk(b) 85.7 84.8 84.1 84.1 83.3 81.3 79.3 78.3 75.9 72.6 dk(c) 150.3 151 151.6 152.7 152.3 150.8 149.2 148.6 146.7 144 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Ngũn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí Giá trị sai lệch trung bình: 10 da   dk (a) 10 10  63,04 ; db   d k (b) 10 10  80,94 ; dc  d k (c) 10  149,72 Tổ ng biǹ h phƣơng sai lê ̣ch 10 d q ( a )   d k ( a )  39882,46 10 ; d q ( b )   d k2( b )  65680,68 10 d q ( c )   d k2( c )  224226,4 Từ kết tính tốn cho thấy cặp giá trị (a) tức (a = 302,557, b = – 0,00402) cho giá trị tính tốn tốt có d k , d , d q có giá trị bé Vậy với phƣơng pháp xấp xỉ theo điểm lựa chọn riêng biệt ta đƣợc phƣơng trình thƣ̣c nghiê ̣m là: y = 302,557.e-0,00402.x – 1,526 5.3.2.2 PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ TRUNG BÌNH Phƣơng trình có dạng: y = a.ebx + c Đặt: xx y  lg( y  c) ; vơi c = –1,526 đa tinh ̉ ̃ ́ ́  y  lg a  b lg e x  A  B x Trên sở quan sát thực nghiệm ta chia số liệu thành nhóm, lúc cơng thức phía dƣới ta khơng thay giá trị (xk,yk) mà phải (xk, yk ) 10  6 yk 1 yk  5   B  10 d k    yk  ( A  B xk )     1  x  6 k 1 xk  B  0,00276   10 10  A  3,261 5  d k    yk  ( A  B xk )     6  yk  B.1 xk A    66 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí B   b  0,0062 b   lg e   a  10 A a  1823,896 Giá trị sai lệch trung bình tổng bình phƣơng sai lệch 10 d d 10 k 10 d q   d k2  1290455,37  22,823 ; Vậy với phƣơng pháp xấp xỉ trung bình ta đƣợc phƣơng trình thƣ̣c nghiê ̣m là: y = 1823,896.e-0,0062.x – 1,526 5.3.2.3 PHƢƠNG PHÁP BÌNH PHƢƠNG NHỎ NHẤT Tƣơng tự nhƣ ta chuyển đƣợc phƣơng trình có dạng : y = a.ebx + c thành phƣơng trình: y  A  B x Ở phƣơng pháp giá trị tham số xác định từ điều kiện tổng bình phƣơng sai lệch nhỏ d k  10 Ta có :  d k2  yk  ( A  B xk ) A, B nghiệm hệ phƣơng trình :     d k2   2  yk  ( A  B xk )     A  B  xk   y k   A       2    d k   2  yk  ( A  B xk ) xk   A xk  B  xk   xk yk     B   xk2 yk   xk   yk   A   yk   A  2,256 a  180,301 xk2   xk        B  0,0719  b  0,161  xk y k   x k  y k  B   xk2   xk   Giá trị sai lệch trung bình tổng bình phƣơng sai lê ̣ch 67 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí 10 d d 10 k 10  7116,435 ; d q   d k2  5142354,631 Vậy với phƣơng pháp biǹ h phƣơng nhỏ nhấ t ta đƣợc phƣơng trình thƣ̣c nghiê ̣m là : y = 180,301.e0,161.x – 1,526 Khi dùng phƣơng pháp xấp xỉ theo điểm lựa chọn riêng biệt, xấp xỉ theo giá trị trung bình phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ để tìm hệ số hồi quy ba kết có sai lệch khác Trong phƣơng pháp xấp xỉ theo điểm lựa chọn riêng biệt cho kết sai lệch nhỏ Vậy ta tìm đƣợc phƣơng trình thực nghiệm đặc trƣng gần cho kết đo : y = 302,557.e-0,00402.x – 1,526 68 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí Chƣơng KẾT ḶN 6.1 KẾT LUẬN Đối với ngƣời nghiên cứu khoa học - kỹ thuật nói chung , viê ̣c vận dụng chế ngự điều kiện tự nhiên to án xuất phát từ nhu cầu thực tiễn , đƣơ ̣c nhiề u nhà khoa ho ̣c quan tâm Mục tiêu luận văn cung cấp nhìn bao quát lĩnh vực lạnh chế tạo động Stirling để đƣa dãy nhiệt độ hoạt động ổn định động làm sở để chọn nguồn nhiệt cung cấp thích hợp Cấ u ta ̣o và nguyên lý làm viê ̣c thiế t bi ̣la ̣nh dùng máy nén mô ̣t cấ p và đô ̣ng Stirling đƣơ ̣c nghiên cƣ́u trin ̀ h bài khá đầ y đủ , kiến thức mô h ình chế tạo cụ thể phục vụ tốt cho nhu cầu tìm hiể u, nghiên cƣ́u của các kỹ sƣ , sinh viên ngành khí Kế t quả thƣ̣c nghiê ̣m đã đƣa đƣơ ̣c dãy nhiệt độ hoạt động ổn định động Stirling kiể u Gammar với điề u kiê ̣n nhiê ̣t đô ̣ môi trƣờng tƣ̣ nhiên 6.2 HƢỚNG PHÁ T TRIỂN ĐỀ TÀ I Đề tài đã thƣ̣c hiê ̣n đƣơ ̣c khố i lƣơ ̣ng lớn nô ̣i dung mảng nghiên cƣ́u về cấ u tạo, nguyên lý làm viê ̣c của thiế t bi ̣la ̣nh và đô ̣ng Stirling , tiế n hành thí nghiệm đƣa daĩ nhiê ̣t ̣ hoa ̣t đô ̣ng ổ n đinh ̣ của đô ̣ng Trong điề u kiê ̣n thời gian ngắ n tài liê ̣u tham khảo còn ̣n chế nên không tránh khỏi nhƣ̃ng thiế u sót Đề tài này sẽ đƣơ ̣c tiế p tu ̣c phát triể n theo hƣớng nghiên cƣ́u sau: Nghiên cƣ́u nâng cao hiê ̣u suấ t đô ̣ng Stirling điề u kiê ̣n hoạt động với nhiê ̣t đô ̣ môi trƣờng tƣ̣ nhiên Nghiên cƣ́u ƣ́ng du ̣ng đô ̣ng Stirling vào các liñ h vƣ̣c khác nhƣ : loại máy dùng nông nghiệp, sƣ̉ du ̣ng chấ t thải nơng nghiê ̣p làm nguồ n nhiê ̣t… 69 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hồng Trí TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy – Đinh Văn Thuận, Kỹ thuật lạnh ứng dụng, NXB GD, 2006, 363 trang Nguyễn Đức Lợi , Giáo trình Thiết kế hệ thống lạnh, NXB GD, 2009, 263 trang Trần Thanh Kỳ, Máy lạnh, NXB ĐHQG TP.HCM, 2006, 625 trang PGS TS Nguyễn Đức Lợi – PGS TS Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh sở, NXB GD, 2009, 379 trang PGS TSKH Trần Đức Ba - TS Trần Thu Hà - TS Nguyễn Văn Tài - ThS Đỗ Hữu Hoàng - Lê Quang Liêm , Kỹ Thuật Lạnh Đại Cương, NXB ĐHQG TP HCM, 2007, 425 trang PGS TS Nguyễn Đức Lợi, Bài tập tính tốn Kỹ thuật lạnh, NXB BKHN, 2008, 398 trang GS TSKH Trần Văn Phú, Giáo trình Kỹ Thuật Nhiệt, NXB GD, 2007, 319 trang PGS TS PHÙ NG RÂN, QUI HOẠCH THỰ C NGHIỆM ỨNG DỤNG, Trƣờng Đa ̣i ho ̣c Sƣ phạm Kỹ thuật TP HCM, 2006, 147 trang TIẾNG NƢỚC NGOÀ I http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html 10 http://www.decatur.de/javascript/dew/index.html : 11 www.sensirion.com/humidity 12 http://www.google.com.vn/url?sa=t&rct=j&q=stirling%20engine%20marten%20byl&source= web&cd=1&sqi=2&ved=0CE4QFjAA&url=http%3A%2F%2Fdspace.mit.edu%2Fbitstream% 2Fhandle%2F1721.1%2F39424%2F2-141Fall-2002%2FNR%2Frdonlyres%2FMechanicalEngineering%2F2-141Fall-2002%2FF8B3C435-9B58-4477-A50B25E0B8B6774E%2F0%2Fbyl_2141_final.pdf&ei=4T3kT7icOcWmQWy1K2ACw&usg=AFQjCNFu-LNv6aNva1c48JvIR25gq86bKA&cad=rja 70 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch Ngƣời Hƣớng Dẫn: GVC TS Nguyễn Trƣờng Thinh ̣ GVC ThS Hoàng Trí 13 http://crown.panam.edu/thermodynamics/homework/javascript/gaslaw1f.htm 14 http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%99_d%E1%BA%ABn_nhi%E1%BB%87t 15 http://www.robertstirlingengine.com/history.php 16 http://www.robertstirlingengine.com/principles.php 17 http://www.robertstirlingengine.com/Alpha engine.mht 18 http://www.robertstirlingengine.com/Beta engine.mht 19 http://www.robertstirlingengine.com/Gamma engine.mht 71 Học Viên: Trầ n Quang Tha ̣ch ... TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG THẠCH ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM LẠNH NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Tp Hồ Chí Minh,... TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG THẠCH ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM LẠNH NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Hƣớng dẫn khoa... 2.3 ĐỘNG CƠ STIRLING 15 2.3.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CHUNG CỦA MỘT ĐỘNG CƠ STIRLING 15 2.3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦ A MỘT ĐỘNG CƠ STIRLING 16 2.3.3 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC STIRLING