Ứng dụng năng lượng mặt trời để chạy động cơ striling.

TIỂU LUẬN MÔN HỌC NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG Ứng dụng năng lượng mặt trời để chạy động cơ striling.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG

Đề tài : Ứng dụng năng lượng mặt trời để chạy động cơ striling

Nhóm SVTH:

1.Lâm Văn Lê Lý 2.Lê Hoài Nam 3.Trần Vũ Phong 4.Lê Anh Đức 5.Ngô Trường Thuận

 Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từ rất sớm

 Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới 1968 và1973,năng lượng mặt trời càng được đặc biệt quan tâm.

 Các ứng dụng bao gồm 2 lĩnh vưc chủ yếu:

- Thứ nhất là năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

- Lĩnh vực thứ hai đó là sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng

- Điện năng lượng mặt trời: Sử dụng Pin NLMT

Các ứng dụng của năng lượng mặt trời:

Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời

Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời

Thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời

Bơm nước chạy bằng năng lượng mặt trời

tại trường BKĐN

Động cơ Stirling chạy bằng năng lượng mặt trời

- Thiết bị làm lạnh và điều hoà không khí dùng năng lượng mặt trời

Sơ đồ hệ thống sản xuất nước đá

Hệ thống điều hòa không khí

Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ nhìn thấy Mỗi giây trôi qua, Mặt Trời giải phóng ra không gian xung quanh 3,827×1026 [J]

 Trên Trái Đất:

Ngay ngoài khí quyển Trái Đất, cứ mỗi một mét vuông diện tích vuông góc với ánh nắng Mặt Trời, chúng ta thu được dòng năng lượng khoảng 1.400 [J] trong một giây

Tính toán năng lượng mặt trời:

 Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyển và thời gian trong năm có thể xác định được:

 Bức xạ mặt trời ngoài khí quyển lên mặt phẳng nằm ngang:

 Tổng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trên trái đất :

Dựa trên năng lượng bức xạ mặt trời tại những vùng,khu vực có

vị trí địa lý khác nhau chúng ta sẻ xây dựng mô hình thích hợp

để tận dụng tốt nhất nguồn năng lượng được xem là vô tận này

1.Giới thiệu về động cơ Stirling:

 Không khí áp suất cao đẩy Piston đi ra.

 Khi chưa cấp nhiệt, lúc này không khí bên trong có áp suất bằng áp suất khí quyển

 Cấp nhiệt cho một đầu xylanh, nhiệt độ và áp suất trong không khí bên trong tăng lên

2.Nguyên lý hoạt động

 Piston chuyển động vào bên trong do

áp suất không khí bên ngoài cao hơn

 Quá trình dãn nở cho đến khi áp suất không khí bên trong bằng áp suất khí quyển bên ngoài

 Nếu ngừng cấp nhiệt và thải nhiệt thì

áp suất không khí bên trong giảm xuống

Nguyên lý hoạt động tự động của động cơ Stirling

Động cơ Stirling dùng NLMT có ít nhất 2 buồng làm việc là buồng nén và buồng giãn nở trong đó môi chất khí công tác điền kín

Động cơ Stirling sử dụng năng lượng mặt trời

3.Cơ sở tính toán cho động cơ Striling

1) Quá trình hồi nhiệt là hoàn hảo

2) Áp suất tức thời là giống nhau trong cả hệ thống

3) Môi chất công tác luôn tuân theo phương trình lý tưởng pV = MRT 4) Không có sự rò rỉ môi chất công tác Nghĩa là khối lượng môi chất công tác là không đổi

5) Không gian làm việc biến thiên theo quy luật hình sin

6) Không có gradient nhiệt độ ở các bộ trao đổi nhiệt

7) Nhiệt độ thành xylanh và piston là không đổi

8) Có sự hoà trộn hoàn hảo của môi chất công tác trong xylanh động

cơ

9) Nhiệt độ của môi chất công tác trong các không gian phụ trợ là không đổi

10) Tốc độ động cơ là không đổi

11) Động cơ luôn làm việc ở chế độ ổn định

 Các phương trình cơ bản:

 Thể tích tức thời của không gian nén(Vc):

 Thể tích tức thời của không gian giãn nở (Ve):

 Khối lượng của toàn bộ môi chất công tác (M):

o Theo giả thiết thứ ba, môi chất công tác là khí lý tưởng và tuân theo phương trình pV= MRT nên ta có:

 Áp suất tức thời của hệ thống (p):

Từ công thức trên rút ra:

Với giả thiết quá trình hồi nhiệt là hoàn hảo thì Tr sẽ được cho bởi công thức sau:

 Vậy, áp suất có giá trị:

Với e, c, d là các đại lượng không thứ nguyên:Rút gọn công thức thành:

Áp suất trung bình của chu trình được cho bởi công thức sau:

Trong đó:

C-cạnh huyền của tam giác vuông

 Công thực hiện của chu trình (W):

Công thực hiện bởi không gian nén:

Công thực hiện bởi không gian giãn nở:

Công thực hiện của chu trình:

Với các giả thiết đơn giản hoá chúng ta sẽ có:

 Nhiệt trao đổi trong chu trình(Q):

 Hiệu suất nhiệt của chu trình (η):

Động cơ Stirling năng lượng mặt trời công

suất 5W tốc độ 1000 v/ph

Động cơ này có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như chạy quạt và bơm công suất nhỏ

Cấu tạo bơm nước dùng động cơ Stirling sử dụng

NLMT

1- Bề mặt hấp thụ NLMT2- Cánh tản nhiệt

3- Piston choán chổ4,5- Bộ phận hoàn nhiệt6- Thân động cơ

7- bộ phận giải nhiệt8- Tấm chắn mềm9- Bánh đà

10- Piston lực

Bộ phận hấp thụ

 Bộ phận hấp thụ NLMT có thể dùng gương phản xạ tập trung vào bộ thu hoặc bề mặt chỏm cầu có lớp phủ trong suốt tạo lòng kính

Bộ phận giải nhiệt không khí

 Bộ phận giải nhiệt có thể bằng nước nhưng trong thực tế giải nhiệt bằng không khí tự nhiên đơn giản và thuận tiện hơn

Bơm nước dùng NLMT công suất 5m 3 /ngày

Hệ thống chảo thu động cơ Stirling

 Kết cấu bệ thu nhiệt của động cơ stirling khác

Ưu điểm khi sử dụng năng lượng mặt trời:

- Giá cả cạnh tranh

- Nguồn tiếp liệu đảm bảo và bền vững

- HT không gây ô nhiễm không khí, không gây hiệu ứng nhà kính

- Không tạo ra phế thải

Nhược điểm:

- Kỹ thuật chế tạo phức tạp đòi hỏi công nghệ chế có độ chính xác cao

- Giá thành khi lắp các thiết bị cao

- Chỉ áp dụng được cho những nơi có nguồn nhiệt mặt trời ổn định

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Văn Công Minh (2005), Phân tích chu trình nhiệt động, đặc điểm kết cấu và

khả năng ứng dụng động cơ Stirling trong ngành thủy sản Việt Nam, Luận văn

thạc sỹ, trường Đại học Thủy Sản

2.Nguyễn Lưu Thịnh (2005), Phân tích đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt

động của động cơ Stirling, Luận văn tốt nghiệp, trường Đại học Thủy Sản

3.Vũ Duy Trường (2001), Kỹ thuật nhiệt, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội

4.Ts Hoàng Dương Hùng ,Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng,Công

nghệ Nhiệt Điện Lạnh, trường Đại Học Bách khoa Đà Nẵng

5 Nguồn tài liệu từ internet:

http://vi.wikipedia.org/wiki/Năng_lượng_Mặt_Trời

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_energy

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power

http://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/Sun7enrg.htm http://www.energyquest.ca.gov/story/