2. Sử dụng phần mềm EES để mô phỏng và giải quyết một số bài toán cơ bản trong nhiệt động kỹ thuật và truyền nhiệt.
2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ các nguồn nhiệt tới công suất và hiệu suất của động cơ nhiệt
nhiệt
Vấn đề 2: Một động cơ nhiệt hoạt động giữa một nguồn nhiệt ở 550oC và một nguồn nhả nhiệt ở 25oC. Nếu nhiệt được cung cấp cho động cơ nhiệt với một dòng nhiệt ổn định bằng 1200 kJ/min, xác định cơng suất tối đa có thể sinh ra bởi động cơ nhiệt này. Sử dụng phần mềm EES, nghiên cứu ảnh hưởng của các nhiệt độ của nguồn nhiệt cấp và nguồn thải nhiệt tới công suất được sinh ra và hiệu suất nhiệt của chu trình. Hãy cho nhiệt độ nguồn nhiệt cấp thay đổi từ 300 đến 1000oC, và nhiệt độ nguồn thải nhiệt thay đổi từ 0 đến 50oC. Vẽ công suất sinh ra và hiệu suất chu trình theo nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho nhiệt độ nguồn thải nhiệt lần lượt bằng 0oC, 25oC, và 50oC, và nhận xét về các kết quả.
Giải pháp:
Sử dụng phương pháp truyền thống: - Hiệu suất của chu trình Carnot
𝜂𝑡ℎ 𝑚𝑎𝑥= 𝜂𝑡ℎ 𝐶 = 1 −𝑇𝐿
𝑇𝐻= 1 − 25 + 273.15
Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 04 – 11/2018 73 - Công suất lớn nhất động cơ nhiệt có thể phát ra
𝑊̇𝑜𝑢𝑡= 𝜂𝑡ℎ 𝑄̇𝐻≈ 0.638 × 1200 ≈ 765.6 kJ/min = 12.76 kW
Các bước tính tốn được lặp lại cho các giá trị nhiệt độ khác nhau của các nguồn nhiệt !!!. Sử dụng phần mềm EES:
Nhập từ bàn phím hoặc copy và paste đoạn code chương trình vào Equations Window của phần mềm EES như thể hiện trên hình 5 dưới đây.
Hình 5: Equation Window cho vấn đề 2.
Chạy chương trình và phần mềm EES trả lại các kết quả trong cửa sổ Solution như được thể hiện trong hình 6.
Hình 6: Cửa sổ Solution cho vấn đề 2.
Sử dụng tính năng nghiên cứu tham số của EES để khảo sát sự ảnh hưởng các nhiệt độ của nguồn nhiệt cấp và nguồn thải nhiệt tới công suất được sinh ra và hiệu suất nhiệt của chu trình. Bảng tham số (hình 7) và đồ thị biểu diễn cơng suất sinh ra và hiệu suất chu trình theo nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho nhiệt độ nguồn nhiệt thải lần lượt bằng 0oC, 25oC, và 50oC (hình 8) dưới đây.
Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 04 – 11/2018 74
Hình 8: Đồ thị 𝑻𝑯− 𝑾̇𝒏𝒆𝒕,𝒌𝑾 và 𝑻𝑯− 𝜼𝒕𝒉 cho vấn đề 2.
Cũng có thể kết hợp tính năng nghiên cứu tham số của EES với khả năng nhập dữ liệu trực tiếp từ Diagram Window để khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số vào tới các thông số ra. Cụ thể là trong bài tốn này ta có thể thay đổi các giá trị của các thông số vào là nhiệt độ nguồn nhiệt cấp 𝑇𝐻, tốc độ cấp nhiệt 𝑄̇𝐻, và nhiệt độ nguồn thải nhiệt 𝑇𝐿 trực tiếp trong Diagram Window và theo dõi sự thay đổi của các thơng số ra là cơng suất của chu trình, 𝑊̇𝑛𝑒𝑡, hiệu suất nhiệt của chu trình,
𝜂𝑡ℎ, và tốc độ thải nhiệt, 𝑄̇𝐿 (xem hình 9).
Hình 9: Nhập dữ liệu từ Diagram Window cho vấn đề 2.