H. 3.18 Sơ đồ động cơ Stirling sử dụng năng lượng mặt trời gián tiếp
4.2. Chương trình tính chu trình nhiệt động của động cơ Stirling sử dụng năng lượng mặt trờ
4.2. Chương trình tính chu trình nhiệt động của động cơ Stirling sử dụng năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời
4.2.1. Các bước tính
4.2.1.1. Nhập các thông số
* Nhập các thông số kết câu động cơ:
- Kiểu loại động cơ: , β, γ;
- Kích thước buồng nén: Đường kính xylanh, hành trình piston; - Kích thước buồng cấp nhiệt: Đường kính, chiều dài buồng cấp nhiệt;
- Kích thước buồng làm mát: Đường kính, chiều dài buồng làm mát; - Kích thước bộ hoàn nhiệt: Đường kính, chiều dài bộ hoàn nhiệt;
- Góc lệnh pha giữa hai piston.
* Nhập các thông số môi trường:
- Nhiệt độ, áp suất môi trường tại buồng làm mát; - Nhiệt độ, áp suất tại bộ thu năng lượng mặt trời.
* Nhập thông số của bộ thu năng lượng mặt trời (kiểu gương Parabol):
Các thông số kết cấu bộ thu:
- Đường kính gương (D);
- Tiêu cự (f);
- Hệ số phản xạ (R);
- Hệ số suy giảm (AA); - Hệ số Stirling (kS).
Các thông số của ánh sáng mặt trời:
- Cường độ bức xạ trung bình (Etb); - Thời gian nắng trong một ngày (n).
4.2.1.2. Tóm tắt quá trình tính toán các thông số
* Tính toán bộ thu năng lượng mặt trời:
Sử dụng các công thức tính toán nhiệt bộ thu đã được trình bày tại chương III,
ta có thể xác định được lương nhiệt mà gương thu trong 1s: Q = E.ηht.F.R
trong đó: ht AAeks gọi là hiệu suất của hệ thống;
4 D F 2 là diện tích hấp thụ ánh sáng; R là hệ số phản xạ; AA là hệ số suy giảm; E là năng suất bức xạ của vật (của gương).
* Tính toán thông số chu trình:
Điều kiện ban đầu để tính được xác định bằng thời điểm góc quay trục khuỷu
theo chu trình lý thuyết (hay lúc Piston nén ở điểm chết trên). Với góc quay trục khuỷu
= 0 ÷ 360o .
- Tính thể tích tức thời:
Sử dụng các công thức 2.22 ÷ 2.25 đã được trình bày tại chương II. Ta tính các
thông số:
+ Thể tích công tác buồng giãn nở;
+ Thể tích công tác buồng nén;
+ Thể tích công tác của toàn bộ động cơ;
- Khối lượng môi chất công tác:
Sử dụng công thức 2.28 ta tính khối lương môi chất công tác của động cơ.
- Tính nhiệt độ:
Chọn nhiệt độ của buồng cấp nhiệt (T). Với giá trị này ta sử dụng để tính nhiệt độ buồng làm mát và nhiệt độ trong bộ hoàn nhiệt.
Ta có nhiệt lượng cấp cho 1 chu trình:
cap dc 60Q Q n
Xác định sơ bộ hiệu suất nhiệt của động cơ: mt min i max T T 1 1 T T
Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát: Qlm = Qcap - Li
Chênh lệch nhiệt độ buồng làm mát tính theo công thức truyền nhiệt:
t
R T
q
trong đó: Rt là nhiệt trở truyền nhiệt: tr 1 ng 2 d 1 1 1 ln 2 d
Với: là hệ số tỏa nhiệt; λ là hệ số dẫn nhiệt.
- Tính áp suất:
Theo các biểu thức 2.39 ÷ 2.45 xác định áp suất công tác.
- Tính công:
Theo biểu thức 2.46 xác định công nén, công giãn nở. Như vậy ta xác định hiệu suất động cơ theo công thức:
i i cap L Q
Với động cơ Stirling, hiệu suất cũng được xác định theo công thức: min i max T 1 T
So sánh 2 kết quả trên nếu chưa phù hợp, chọn lại nhiệt độ buồng cấp nhiệt.
4.2.1.3. Xuất các kết quả
Để thuận lợi trong quá trình nghiên cứu, ta cần có các kết quả như sau:
- Đồ thị biến thiên thể tích buồng nén, buồng giãn nở, và thể tích công tác
chung của động cơ theo góc quay trục khuỷu;
- Đồ thị áp suất tức thời theo góc quay trục khuỷu;
- Đồ thị p-V của buồng giãn nở;
- Đồ thị p-V của buồng nén;
- Công chỉ thị của động cơ trong 1 chu trình công tác; - Hiệu suất có ích động cơ;
- Công suất có ích của động cơ.
Căn cứ vào công việc của quá trình tính toán, lưu đồ thuật toán của quá trình
tính được xây dựng như H. 4.1.
Các thông số tính toán được lưu trong file ketqua.mat, ta có thể lấy các thông số
Bắt đầu
Nhập thông số bộ thu năng lượng
mặt trời
Tính thể tích tức thời Tính năng lượng từ bộ thu năng lượng mặt trời
Tính áp suất tức thời In kết quả: - Các đồ thị - Các thông số công tác KẾT THÚC Nhập thông số kết cấu
Nhập thông số môi trường
Tmax=T0
Tính công giãn nở
Tính công nén Tính công có ích Tính nhiệt độ buồng nén (Tmin)
Tính hiệu suất: i i cap L Q Tính công suất Tmax=Tmax+1 Đ S min i max T 1 T