Phương pháp thực nghiệm

3.2.1. Giới thiệu thiết bị đo

3.2.1.1. Thiết bị đo bức xạ Mặt Trời

Máy đo bức xạ Mặt Trời Tenmars TM-750:

Hı̀nh 3. 9 Máy đo bức xạ.

Công dụng: đo năng lượng bức xạ từ Mặt Trời.

Thông Số Kỹ Thuật

Thang đo: 4000W / m2, 634Btu / (ft2 * h) Độ phân giải: 1W / m2, 1Btu / (ft2 * h)

Độ chính xác: thường trong vòng 10W / m2 [± 3 Btu / (ft2 * h)] hoặc ± 5%, giá trị lớn hơn trong ánh sáng Mặt Trời;

Độ chính xác góc: Cosine corrected ºC Thời gian lấy mẫu: Khoảng 0,25 giây Trọng lượng: Khoảng 80g

Kích thước: 108 (L) x 48 (W) x 23 (H) mm Nguồn: 2 pin AAA 1.5V.

Hãng sản xuất: Tenmars- Đài Loan.

Phương pháp đo:

Đặt máy đo vuông góc với mặt phẳng của bộ thu, đầu cảm biến của máy hướng lên bầu trời để thu nhận năng lượng bức xạ Mặt Trời.

3.2.1.2. Máy đo vận tốc gió Máy đo vận tốc gió HT-81.

Công dụng: đo nhiệt độ không khí trung bình, đo tốc độ gió, mô phỏng phản ứng của gió.

Hı̀nh 3. 11 Máy đo vận tốc gió.

Thông Số Kỹ Thuật

Dải đo gió: 196 - 4900 ft/min, 1.00 - 25.00 m/s, 3.6 - 90.0 km/h Dải đo nhiệt độ: 32oF - 122oF (0oC - 50oC)

Độ phân giải đo gió: 1 ft/min, 0.01 m/s, 0.1 km/s Độ phân giải đo nhiệt độ: 0.1oF (0.1oC)

Độ chính xác: ± (3% 40 ft/min), ± (3% 0,20 m/s), ± (3% 0,8 km/h) Độ chính xác đo nhiệt độ: ±4.0oF (2oC)

Phương pháp đo:

Hı̀nh 3. 12.Phương pháp đo vận tốc gió.

Đặt máy đo ngay trước đầu thổi của quạt, chong chóng của máy đo hướng về phía quạt thổi, song song với hướng gió.

3.2.1.3. Thiết bị đo nhiệt độ

Máy đo nhiệt độ AmPe kìm VC3267

Hình 3. 13. Máy đo vận tốc.

Công dụng: Đo dòng, trở, nhiệt độ, tần số, điện dung Đặc biệt: Đo nhiệt độ với dây can nhiệt tích hợp đi kèm. • Xuất xứ: China

• Kích thước: 183mm x 66mm x 35mm

Thông số kỹ thuật:

Bảng 3. 1. Thông số kỹ thuật thiết bị đo nhiệt đo

Tham số Dải đo Sai số % sai số

Điện áp DC 400mV~600V 100uV (1.0% + 3d)

Điện áp AC 4V~600V 1mV (1.5% + 3d)

Dòng điện xoay chiều 40A/400A 10mA (3.0% + 3d)

Điện trở 400[Omega~40mOhm 100m (1.0% + 3d)

Nhiệt độ Deg.]C – 10~ 400o.]C 1o C (1.0% + 3d)

Điện dung 40nF~100uF 10pF (4.0% + 3d)

Phương pháp đo:

Sử dụng que đo cắm vào 2 chân đo của Ampe kìm theo đúng cực (-) và cực (+). Đặt đầu dò que đo vào vị trí cần đo đến khi số hiển thị trên màn hình ổn định. Đối với đo nhiệt độ kính thì dùng thêm keo tản nhiệt để độ tiếp xúc tốt hơn.

Hình 3. 14. Phương pháp đo nhiệt độ dòng khı́.

3.2.2. Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp tiến hành thực nghiệm mô hình:

Trường hợp 1: Thực nghiệm mô hình với lưu lượng gió đầu vào: G1=0,005 m3/s. Trường hợp 2: Thực nghiệm mô hình với lưu lượng gió đầu vào: G2=0.0096 m3/s. Trường hợp 3: Thực nghiệm mô hình với lưu lượng gió đầu vào: G3=0.0101 m3/s. Trường hợp 4: Thực nghiệm mô hình với lưu lượng gió đầu vào: G4=0.0128 m3/s. Trường hợp 5: Thực nghiệm mô hình với lưu lượng gió đầu vào: G5=0.016 m3/s.

- Thông số lưu lượng từng trường hợp:

Đo vận tốc đầu vào của không khí, sau đó tính ra giá trị lưu lượng đầu vào.

Tiến hành đo và lấy thông số bộ thu 5 phút một lần từ 8:00 đến 16:00 - Thông số nhiệt độ:

Đo nhiệt độ đầu vào của không khí tại cửa vào bộ thu. Đo nhiệt độ đầu ra của không khí tại cửa ra bộ thu.

Đo nhiệt độ không khí trong bộ thu tại 8 điểm, sau đó lấy giá trị trung bình. Đo nhiệt độ tấm hấp thụ trong bộ thu tại 5 điểm, sau đó lấy giá trị trung bình. Đo nhiệt độ kính phủ tại 5 điểm, sau đó lấy giá trị trung bình.

Đo nhiệt độ mặt đáy bộ thu tại 5 điểm, sau đó lấy giá trị trung bình.

- Thông số bức xạ:

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Kết quả

Dựa vào cơ sở lý luận chương 2 và các thông số thực nghiệm đo được, quá trình tính toán các thông số của bộ thu được thể hiện sau đây, với các lưu lượng G1 = 0,005 m3/s, G2 = 0,0096 m3/s, G3 = 0,01 m3/s, G4 = 0,0128 m3/s, G5 = 0,016 m3/s. Các kết quả tı́nh toán được thiết lập trên phần mềm Excel 2013.

Những số liệu thu thập được trình bày ở phụ lục.

4.1.1.Trường hợp lưu lượng G1 = 0.005 m3/s

Đồ thi ̣ 4. 1 Quan hệ giữa cường độ bức xạ và hiệu suất tức thời của bộ thu ứng với lưu lượng 0.005 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣ 4.1, cường bức xạ Mặt Trời tăng dần từ 8 giờ sáng đến 12 giờ 30 phút trưa, rồi giảm dần đến lúc kết thúc quá trình đo 4 giờ chiều. Giá trị cường độ bức xạ cao nhất từ khoảng 11 giờ 30 phút đến 13 giờ 30 phút và cao nhất lúc 12 giờ 30 phút là 1407 W/m2. Vì bộ thu đặt hướng Bắc - Nam, Mặt Trời di chuyển theo hướng Đông - Tây.

Với lưu lượng này thì hiệu suất của bộ thu thấp, vì tổn thất lớn. Hiệu suất có xu hướng tăng dần vào buổi sáng sau đó giảm vào buổi trưa-thời điểm có bức xạ cao nhất, buổi chiều hiệu suất tăng trở lại. Vì lưu lượng không khí không thay đổi, buổi trưa bức xạ cao nên dòng khí bên trong bộ thu không đủ để nhận lượng nhiệt cao gây ra quá trình tổn thất lớn làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt bộ thu.

Đồ thi ̣ 4. 2 Quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ đầu vào - ra của thiết bị ứng với lưu lượng 0.005 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣ 4.2, giá trị nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra tỉ lệ thuận với giá trị cường độ bức xạ Mặt trời. Nhiệt độ thấp vào buổi sáng vı̀ cường đô ̣ bức xa ̣ vào thời điểm này bé và tăng dần đến trưa và đa ̣t giá tri ̣ cao nhất vào lúc 12 giờ 30 phút với giá tri ̣ nhiê ̣t đô ̣ là 106 0C do lúc này cường đô ̣ bức xa ̣ đa ̣t giá tri ̣ lớn nhất trong ngày và giảm dần vào buổi chiều do sự giảm dần của bức xa ̣ Mă ̣t Trời.

Nhận thấy, với lưu lượng này G1= 0.005 m3/s thì độ chênh nhiệt đạt giá trị cao nhất vào lúc 12 giờ 30 phút là 64 0C. Nhưng trong quá trı̀nh tı́nh toán vı̀ lưu lượng dòng khı́ quá nhỏ và tổn thất lớn nên nhóm nhâ ̣n thấy không nên sử du ̣ng với lưu lượng này.

Đồ thi ̣ 4. 3 Quan hệ nhiệt độ giữa tấm hấp thụ, dòng khí và bề mặt kính trong thiết bị ứng với lưu lượng 0.005 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣ 4.3, giá trị nhiệt độ trung bı̀nh tấm hấp thu ̣, dòng khı́ và bề mă ̣t kı́nh tỉ lệ thuận với giá trị cường độ bức xạ Mặt trời. Nhiệt độ thấp vào buổi sáng vı̀ cường đô ̣ bức xa ̣ vào thời điểm này bé và tăng dần đến trưa và đa ̣t giá tri ̣ cao nhất vào lúc 12 giờ 30 phút với giá tri ̣ nhiê ̣t đô ̣ tấm hấp thu ̣ là 119 0C do lúc này tấm hấp thu ̣ nhâ ̣n lượng cao nhất từ bức xa ̣ mă ̣t trời lớn nhất, dòng khı́ là 102 0C và bề mă ̣t kı́nh 69 0C do nhiê ̣t lươ ̣ng từ tấm hấp thu ̣ truyền nhiê ̣t đối lưu và bức xa ̣. Nhiê ̣t đô ̣ tấm hấp thu ̣ và dòng khı́ cách nhau lớn vı̀ khả năng trao đổi nhiê ̣t của không khı́ kém. Nhiê ̣t đô ̣ sẽ giảm dần vào buổi chiều do sự giảm dần của bức xa ̣ Mă ̣t Trời.

Nhận thấy, với lưu lượng này G1= 0.005 m3/s thì nhiê ̣t đô ̣ tấm hấp thu ̣, dòng khı́ và kı́nh cao. Nhưng trong quá trı̀nh tı́nh toán vı̀ lưu lượng dòng khı́ quá nhỏ và tổn thất lớn nên nhóm nhâ ̣n thấy không nên sử du ̣ng với lưu lượng này.

Bảng 4. 1 Bảng nhiê ̣t lượng hấp thụ và nhiê ̣t lượng có ı́ch lưu lượng 0.005 m3/s.

Đồ thi ̣ 4. 4 Đồ thi ̣ biểu diễn cường độ bức xạ ứng với lưu lượng 0.005 m3/s.

Thời gian Nhiệt lượng hấp thụ

KJ Nhiệt lượng có ích KJ Hiệu suất % 08:00-09:00 2944 1096 37.24 09:00-10:00 4703 1761 37.44 10:00-11:00 6176 2230 36.11 11:00-12:00 7301 2524 34.58 12:00-13:00 7452 2577 34.58 13:00-14:00 6348 2299 36.21 14:00-15:00 4919 1886 38.35 15:00-16:00 3159 1280 40.51 Cả ngày: 08:00-16:00 43002 15653 36.40

Đồ thi ̣ 4. 5 Quan hệ giữa nhiệt lượng hấp thụ và nhiệt lượng có ích ứng với lưu lượng 0.005 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣ 4.4 và 4.5 lượng nhiệt được hấp thụ trên tấm hấp thụ và lượng nhiệt có ı́ch truyền cho dòng khí tăng dần từ sáng đến trưa và giảm dần từ trưa đến chiều tı̉ lê ̣ thuâ ̣n với cường đô ̣ bức xa ̣. Tuy nhiên nhiệt lượng hấp thụ trên tấm tăng cao nhưng nhiệt lượng có ích dòng khı́ hấp thu ̣ được tăng châ ̣m do quá trı̀nh trao đổi nhiê ̣t của dòng khı́ kém làm cho tổn thất ở bộ thu lớn gây ra giảm hiê ̣u suất của bô ̣ thu.

Sự thay đổi năng lượng có ích theo giờ được thể hiện trên hình 4.4. Trong đó, sự biến thiên của nhiệt lượng hữu ích Qu tương đối cao ở các trường hợp lưu lượng khác nhau.

Nhận thấy nhiệt lượng có ích tăng dần đến khoảng giữa trưa và giảm xuống sau buổi trưa. Qua đồ thị ta nhận thấy rằng nhiệt lượng cao nhất vào buổi trưa thời gian từ 11h đến 13h. Có thể nói rằng nhiệt lượng hữu ích tỷ lệ thuận với lưu lượng của dòng khí trong bộ thu.

4.1.2. Trường hợp lưu lượng G2 = 0.0096 m3/s

Đồ thi ̣ 4. 6 Quan hệ giữa cường độ bức xạ và hiệu suất tức thời của bộ thu ứng với lưu lượng 0.0096 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣ 4.6, cường bức xạ Mặt Trời tăng dần từ 8 giờ sáng đến 12 giờ trưa, rồi giảm dần đến lúc kết thúc quá trình đo 4 giờ chiều. Giá trị cường độ bức xạ cao nhất từ khoảng 11 giờ đến 13 giờ và cao nhất lúc 11 giờ 50 phút là 1415 W/m2.

Đồ thi ̣ 4. 7 Quan hệ giữa Cường độ bức xạ và nhiệt độ đầu vào- ra của thiết bị ứng với lưu lượng 0.0096 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣ 4.7, giá trị nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra tỉ lệ thuận với giá trị cường độ bức xạ Mặt trời. Nhiệt độ thấp vào buổi sáng vı̀ cường đô ̣ bức xa ̣ vào thời điểm này bé và tăng dần đến trưa và đa ̣t giá tri ̣ cao nhất vào lúc 12 giờ với giá tri ̣ nhiê ̣t đô ̣ là 85 0C do lúc này cường đô ̣ bức xa ̣ đa ̣t giá tri ̣ lớn nhất trong ngày và giảm dần vào buổi chiều do sự giảm dần của bức xa ̣ Mă ̣t Trời.

Nhận thấy, với lưu lượng này G2 = 0.0096 m3/s thì độ chênh nhiệt đạt giá trị cao nhất là 46 0C. Giá trị này nhỏ hơn đối với trường hợp lưu lượng G1 = 0.005 m3/s.

Đồ thi ̣ 4. 8 Quan hệ nhiệt độ giữa tấm hấp thụ, dòng khí và bề mặt kính trong thiết bị ứng với lưu lượng 0.0096 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣ 4.8, giá trị nhiệt độ trung bı̀nh tấm hấp thu ̣, dòng khı́ và bề mă ̣t kı́nh tỉ lệ thuận với giá trị cường độ bức xạ Mặt trời. Nhiệt độ thấp vào buổi sáng vı̀ cường đô ̣ bức xa ̣ vào thời điểm này bé và tăng dần đến trưa và đa ̣t giá tri ̣ cao nhất vào lúc 12 giờ với giá tri ̣ nhiê ̣t đô ̣ tấm hấp thu ̣ là 106 0C do lúc này tấm hấp thu ̣ nhâ ̣n lượng cao nhất từ bức xa ̣ mă ̣t trời, dòng khı́ là 80 0C và bề mă ̣t kı́nh 620C do nhiê ̣t lươ ̣ng từ tấm hấp thu ̣ truyền nhiê ̣t đối lưu và bức xa ̣. Nhiê ̣t đô ̣ tấm hấp thu ̣ và dòng khı́ cách nhau lớn vı̀ khả năng trao đổi nhiê ̣t của không khı́ kém. Nhiê ̣t đô ̣ sẽ giảm dần vào buổi chiều do sự giảm dần của bức xa ̣ Mă ̣t Trời.

Nhận thấy, với lưu lượng này G2 = 0.0096 m3/s thì nhiê ̣t đô ̣ tấm hấp thu ̣, dòng khı́ và kı́nh cao.

Bảng 4. 2 Nhiê ̣t lượng hấp thụ và nhiê ̣t lượng có ı́ch với lưu lượng 0.0096 m3/s.

Đồ thi ̣ 4. 9 Cường độ bức xạ Mặt Trời theo thời gian lưu lượng 0.0096 m3/s

Thời gian Nhiệt lượng hấp thụ

KJ Nhiệt lượng có ích KJ Hiệu suất % 08:00-09:00 3012 1572 52.20 09:00-10:00 4612 2406 52.17 10:00-11:00 6210 3035 48.88 11:00-12:00 7355 3510 47.72 12:00-13:00 7038 3385 48.09 13:00-14:00 5753 2906 50.51 14:00-15:00 4386 2251 51.32 15:00-16:00 2949 1556 52.78 Cả ngày: 08:00-16:00 41316 20621 49.91

Đồ thi ̣ 4. 10 Quan hệ giữa nhiệt lượng hấp thụ và nhiệt lượng có ích ứng với lưu lượng 0.0096 m3/s. Nhâ ̣n xét:

Ở đồ thi ̣ 4.9 và 4.10 lượng nhiệt được hấp thụ trên tấm hấp thụ và lượng nhiệt có ı́ch truyền cho dòng khí tăng dần từ sáng đến trưa và giảm dần từ trưa đến chiều tı̉ lê ̣ thuâ ̣n với cường đô ̣ bức xa ̣. Tuy nhiên nhiệt lượng hấp thụ trên tấm tăng cao nhưng nhiệt lượng có ích dòng khı́ hấp thu ̣ được tăng châ ̣m do quá trı̀nh trao đổi nhiê ̣t của dòng khı́ kém làm cho tổn thất ở bộ thu lớn gây ra giảm hiê ̣u suất của bô ̣ thu.

Sự thay đổi năng lượng có ích theo giờ được thể hiện trên hình 4.10. Trong đó, sự biến thiên của nhiệt lượng hữu ích Qu tương đối cao ở các trường hợp lưu lượng khác nhau.

4.1.3. Trường hợp lưu lượng G3 = 0.0101 m3/s

Đồ thi ̣ 4. 11 Quan hệ giữa cường độ bức xạ và hiệu suất tức thời của bộ thu ứng với lưu lượng 0.0101 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣ 4.11, cường bức xạ Mặt Trời tăng dần từ 8 giờ sáng đến 11 giờ 50 phút trưa, rồi giảm dần đến lúc kết thúc quá trình đo đến 4 giờ chiều. Giá trị cường độ bức xạ cao nhất từ khoảng 11 giờ 30 phút đến 13 giờ phút và cao nhất lúc 11 giờ 50 phút là 1438 W/m2. Vì bộ thu đặt hướng Bắc - Nam, Mặt Trời di chuyển theo hướng Đông - Tây.

Đồ thi ̣ 4. 12 Quan hệ giữa Cường độ bức xạ và nhiệt độ đầu vào, ra của thiết bị ứng với lưu lượng 0.0101 m3/s.

Nhận xét:

Ở đồ thi ̣, giá trị nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra tỉ lệ thuận với giá trị cường độ bức xạ Mặt trời. Nhiệt độ thấp vào buổi sáng vı̀ cường đô ̣ bức xa ̣ vào thời điểm này bé và tăng dần đến trưa và đa ̣t giá tri ̣ cao nhất vào lúc 11 giờ 50 phút với giá tri ̣ nhiê ̣t đô ̣ là 85 0C do lúc này

Cách tăng hiệu suất cho thiết bị

So sánh và đánh giá kết quả