Nguyên cứu nâng cao hiệu suất bộ thu năng lượng mặt trời kiểu parabol trụ

Năng l ợng mặt tr ilà một nguồn năng l ợng th a mưn đ ợc nhiều tiêu chí,tuy nhiên việc ng dụng chúng hiện nay đặc biệt là những ng dụng cần nhiệt độ thu đ ợc cao còn nhiều hạn chế,ch a p

Tiêuăđ Trang

Trang tựa

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Lời c m ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục vii

Danh mục các chữ viết tắt xi

Danh mục hình xiv

Danh mục b ng xv

Ch ngă1ă:ăTỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết qu nghiên cứu trong và ngoài nước đã công b 1

1.2 Mục đích của đề tài: 2

1.3 Nhi m vụ của đề tài và giới h n của đề tài 3

1.4 Phương pháp nghiên cứu 4

1.5 Ý nghĩa thực ti n của đề tài 4

Ch ngă2 : C ăSỞ LÝ THUYẾT 2.1.Tổng quan chung về nguồn năng lượng mặt trời 5

2.1.1 Mặt trời 5

2.1.2 Nguồn bức x mặt trời 8

2.1.3.Tính toán năng lượng mặt trời 12

2.1.3.1.Tính toán góc tới của bức x trực x 12

2.1.3.2.Tổng cường độ bức x mặt trời lên bề mặt trái đất 15

2.2 Bộ thu năng lượng mặt trời kiểu Parabol trụ 21

2.2.1.Cấu t o tổng quan bộ thu 21

2.2.2 Ho t động của bộ thu năng lượng mặt trời kiểu Parabol trụ… 23

2.2.2.1 Hội tụ tia sáng 23

2.2.2.2 Nguyên lý gia nhi t đ i lưu 23

2.2.3.Bề mặt ph n x của máng 24

2.2.4 ng thu nhi t 26

2.2.5.H th ng xoay máng 30

2.2.6.Cách nhi t 30

2.3 Truyền nhi t và cách nhi t 30

2.3.1.Dẫn nhi t 30

2.3.2.H s dẫn nhi t của chất khí 31

2.3.3.H s dẫn nhi t của chất l ng 32

2.3.4.H s dẫn nhi t của vật rắn 34

2.3.4.1.Kim lo i và hợp kim 34

2.3.4.2.Vật rắn cách đi n 34

2.4.Trao đổi nhi t đ i lưu 35

Ch ngă3ă: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ T O NÂNG CAO HIỆU SUẤT B Ộ THUăNĂNGăL ỢNG MẶT TRỜI KI U PARABOL TRỤ 3.1.Nguyên lý ho t động của bộ thu parabol trụ 39

3.2.Những yếu t làm gi m hi u suất của bộ thu: 40

3.3.Đặc tính thiết kế 40

3.3.1.Hướng đặt bộ thu 40

3.3.2.Thiết kế máng parabol trụ 43

3.3.3 Thiết kế ng cách ly 45

3.3.4 Thiết kế ng hấp thụ nhi t 46

3.3.5.Thiết kế môi chất l ng trong ng hấp thụ 47

3.3.6.Thiết kế nguyên lý lưu chuyển môi chất l ng của bộ thu 47

3.4.2 Các phương án thực hi n h th ng xoay máng: 51

3.4.2.1 Gi i pháp xoay máng parabol trụ bằng cơ 52

3.4.2.2 Gi i pháp xoay máng parabol trụ bằng c m biến 53

3.4.2.3 Xoay máng kết hợp dùng h th ng cơ và c m biến 54

3.4.2.4 Lựa chọn phương án h th ng xoay máng 56

3.4.3.Những thành phần của h th ng xoay 56

3.4.4.Tính toán h th ng quay máng 61

3.4.5.Gi i pháp reset máng parabol khi ngưng ho t động 62

Ch ngă4 : MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ THÍ NGHIỆM 4.1.Thiết bị đo : 63

4.1.1.Máy đo năng lượng bức x mặt trời: 63

4.1.2.Nhi t kế: 64

4.2.Dự kiến môi chất l ng làm thí nghi m: 64

4.2.1.Mô t bình 64

4.2.2.Chất l ng thí nghi m 65

4.2.2.1.Thông s kỹ thuật 65

4.2.2.2.Dự tính lượng chất l ng làm thí nghi m 67

4.3 Mô hình thực nghi m 67

4.4 Kết qu thí nghi m 69

4.5 Đánh giá kết qu thí nghi m 77

4.6 Đề xuất về ng thu nhi t để nâng cao hi u suất 79

Ch ngă5ă:ăKẾT LUẬN 5.1 Đánh giá kết qu của đề tài 81

5.2 Hướng phát triển 81

5.3 Kiến nghị: 82

TÀI LI U THAM KH O 84

Eμ là cường độ năng lượng bức x mặt

cp : nhi t dung riêng của chất l ng

ρ μ kh i lượng riêng của chất l ng

μ độ nhớt động lực học của chất l ng

Φ μ hình dáng và cách b trí bề mặt trao đổi nhi t

ω μ t c độ chuyển động của dòng chất l ng

Q: dòng nhi t (w)

μ cường độ trao đổi nhi t đ i lưu

F : di n tích bề mặt trao đổi nhi t

tw : nhi t độ bề mặt vật rắn

tf : nhi t độ trung bình của chất l ng

B NG Trang

B ng 2.3: H s truyền nhi t một s kim lo i thông dụng (t i 250 C) 28

B ng 4.1 : Thông s kỹ thuật máy đo năng lượng bức x CEM DT-1307 63

B ng 4.2 : Thông s kỹ thuật máy đo năng lượng bức x CEM DT-1307 64

HÌNH Trang

Hình 2.13: Bề mặt ph n x ánh sáng được ghép từ nhiều tấm phẳng 25

Hình 3.3: Hướng đặt bộ thu với h th ng xoay 42

Hình 3.5 : Nguyên lý gia nhi t chất l ng của mô hình thực nghi m 48

Hình 3.12: Bộ truyền gi m t c trục vít-bánh vít và động cơ bước 58

CH NGă1

1.1.T ng quan chung v lĩnhăv c nghiên c u,các k t qu nghiên c u trong và ngoƠiăn căđƣăcôngăb :

Ngày nay tr ớc nhu cầu ngày càng cao c a con ng i về việc sử dụng năng

l ợng thì v n đề nguồn năng l ợng tr thành một v n đề c p thiết Các nguồn năng

l ợng phổ biến hiện nay đang ngày càng tr nên khan hiếm, giá thành cao, lại gây nhiều ô nhiễm cho môi tr ng Do v y việc tìm ra một nguồn năng l ợng dồi dào,sẵn có, sạch với môi tr ng đang đang đ ợc các nhà khoa học tích cực nghiên

c u Năng l ợng mặt tr ilà một nguồn năng l ợng th a mưn đ ợc nhiều tiêu chí,tuy nhiên việc ng dụng chúng hiện nay đặc biệt là những ng dụng cần nhiệt độ thu

đ ợc cao còn nhiều hạn chế,ch a phổ biến rộng rãi

Việt Nam là n ớc nhiệt đới, tiềm năng b c xạ mặt tr ivào loại cao trên thế giới, đặc biệt các vùng miền phía Nam có tiềm năng r t lớn trong việc t n dụng nguồn năng l ợng này.Nguồn năng l ợng mặt tr ilà nguồn năng l ợng dồi dào,sẵn

có, thân thiện với môi tr ng,tuy nhiên việc nghiên c u, triển khai,áp dụng tại Việt Nam là ch a t ơng x ng với tiềm năng Các nghiên c u về ng dụng năng l ợng

mặt tr itại Việt Nam còn hạn chế, ch yếu là hệ th ng máy n ớc nóng năng l ợng

mặt tr i,thu đ ợc nhiệt độ th p Trong khi đó, có nhiều ng dụng đòi h i cần ph i

có nhiệt độ cao hơn 1000C,bộ thu có thể đạt đ ợc nhiệt độ cao này là bộ thu năng

l ợng mặt tr isử dụng parabol trụ Với nhiệt độ thu đ ợc cao từbộ thu này ta có thể triển khai nhiều ng dụng nh sử dụng trong lò hơi, trong phát điện…Chính vì v y

đề tài này đi vào h ớng nghiên c u nâng cao hiệu su t bộ thu năng l ợng mặt

tr ikiểu parabol trụ

Các nghiên c u trong n ớc về bộ thu năng l ợng mặt tr i kiểu parabol trụ có thể kể đến nh c a tác gi PGS.TS Hoàng D ơng Hùng trong nghiên c u ắNăng

l ợng mặt tr i,lý thuyết và ng dụng” và một s tác gi khác Tuy nhiên đa s các nghiên c u này hầu nh chỉ trình bày về các lý thuyết, các hệ th ng hiện có, mà

ch a đ a ra đ ợc các mô hình th c nghiệm,các s liệu cụ thể đo đạc đ ợc để có thể làm t liệu cho việc úng dụng tại Việt Nam

Các nghiên c u ngoài n ớc về hệ th ng năng l ợng mặt tr i kiểu parabol trụ khá đầy đ và đa dạng, đ ợc đầu t nghiên c u r t quy mô, một s n ớc nh n

Độ còn có những hệ th ng ng dụng công su t r t lớn nh sử dụng bộ thu năng

l ợng mặt tr i kiểu parabol trụ làm quay tu c-bin trong hệ th ng nhà máy điện…Tuy các nghiên c u này khá đầy đ nh ng không đ ợc công b ra ngoài, các tài liệu có đ ợc cũng chỉ là những lý thuyết đơn gi n đư đ ợc phổ biến rộng rãi,

ch a có đ ợc s liệu phù hợp với khí h u Việt Nam

Với những điều kiện vị trí địa lý thu n lợi, việc ắăNghiênăc u nâng cao hi u

su t b thuănĕngăl ng m t tr i ki u parabol tr ”là cần thiết trong việc đáp ng

nhu cầu năng l ợng ngày càng cao,m ra h ớng mới trong sử dụng nguồn năng

l ợng xanh,sạch và sẵn có này

1.2.M căđíchăc aăđ tài:

Mục đích c a đề tài nhằm nghiên c ucác bộ ph n c a hệ th ng bộ thu năng

l ợng mặt tr i kiểu parabol trụ nhằm nâng cao hiệu su t, đồng th i thiết kế và chế tạo bộ thu năng l ợng mặt tr ikiểu parabol trụ nhằm thực nghiệm nhiệt độ c a bộ thu Nhiệt độ thu đ ợc c a bộ thu có thể phục vụ cho các lò hơi, s y, chạy tu c-bin điện, hệ th ng đun sôi n ớc hoặc các ng dụngcần gia nhiệt khác

Hình 1.1: Một s ph ơng pháp gia nhiệt Năng l ợng mặt tr ilà nguồn năng l ợng hầu nh vô t n, dồi dào, sạch, sẵn

có n ớc ta Việc triển khai ng dụng gia nhiệt cho ch t l ng bằng năng l ợng mặt

tr i,cụ thể là bộ thu năng l ợng mặt tr ikiểu parabol trụ sẽ mang lại lợi ích kinh tế

lớn trong việc tiết kiệm chi phí nguyên liệu đ t

1.3.Nhi m v c aăđ tài và gi i h n c a đ tài

- Nghiên c u cơ s lý thuyết c a bộ thu năng l ợng mặt tr i nhiệt độ cao

dùng parabol trụ

- Nghiên c u thiết kếnhằm nâng cao hiệu su t thu nhiệt

- Chế tạo bộ thu năng l ợng mặt tr ikiểu parabol trụ

Cu i cùng, sẽ đ a ra các kết lu n về kết qu thực hiện, nêu lên các v n đề đư

gi i quyết đ ợc, các v n đề còn tồn đọng ch a đ ợc gi i quyết và đề xu t h ớng

phát triển c a đề tài

Năng l ợ ặ

Gia nhi ệt (Cao hơn 100 0 C)

1.4 Ph ngăphápănghiênăc u

- Dựa vào các tài liệu hiện có về lý thuyết năng l ợng mặt tr iđể tìm hiểu cơ

s lý thuyết đ i với bộ thu năng l ợng mặt tr i kiểu parabol trụ

- Sau đó dựa vào lý thuyết để tính toán,thiết kế,chế tạo một bộ thu năng l ợng

mặt tr inhiệt độ cao dùng parabol trụ

1.5 ụănghĩaăth c ti n c aăđ tài

N ớc ta nằm vị trí thu n lợi trong việc triển khai ng dụng năng l ợng mặt

tr i, s gi n ng quanh năm r t cao, tuy nhiên việc ng dụng năng l ợng mặt tr i còn r t hạn chế, ch yếu chỉ là những bộ thu năng l ợng mặt tr i ng dụng trong máy n ớc nóng hộ gia đình với nhiệt độ thu đ ợc th p ( nh hơn 1000C) , đặc biệt

là những ng dụng khác cần nhiệt độ cao (lớn hơn 1000C)trong s n xu t công nghiệp ch a đ ợc quan tâm đúng m c Tr ớc kho ng tr ng còn b ng đó, việc nghiên c u triển khai bộ thu năng l ợng mặt tr i kiểu parabol trụ vào thực tiễn là nhu cầu cần thiết hiện nay

CH NGă2

C ăSỞ LÝ THUYẾT

2.1.T ng quan chung v ngu nănĕngăl ng m t tr i:

2.1.1 M t tr i:

Mặt tr ilà ngôi sao trung tâm và nổi b t nh t trong Thái D ơng Hệ Kh i

l ợng khổng lồ c a nó (332.900 lần kh i l ợng trái đ t), tạo ra nhiệt độ và m t độ

đ lớn tại lõi để x y ra ph n ng tổng hợp hạt nhân, làm gi i phóng một l ợng năng

l ợng khổng lồ, phần lớn phát xạ vào không gian d ới dạng b c xạ điện từ, với cực đại trong d i quang phổ từ 400 tới 700 nm mà chúng ta gọi là ánh sáng kh kiến

Mặt tr ilà một sao nhóm I, nhóm sao có nhiều nguyên t nặng Sự hình thành mặt tr i có thể đư đ ợc b t đầu từ các sóng ch n động từ một hay nhiều siêu tân tinh bên cạnh Lý thuyết này đ ợc đ a ra do sự phong phú c a nguyên t nặng trong hệ mặt tr i, nh vàng và uranium, nếu những sao có nhiều nguyên t này thì gọi là sao nhóm II (ít nguyên t nặng) Các nguyên t này theo kh năng có thể nh t

đư đ ợc tạo ra b i các ph n ng hạt nhân thu năng l ợng trong một quá trình hình thành sao siêu mới, hay b i sự biến đổi thông qua h p thụ neutron bên trong một ngôi sao lớn thế hệ hai

C u trúc c a mặt tr ikhông có ranh giới cụ thể , phần phía ngoài c a nó,

m t độ các khí gi m gần nh theo hàm mũ theo kho ng cách từ tâm Tuy nhiên, c u trúc bên trong c a nó đ ợc xác định rõ ràng, nh đ ợc miêu t bên d ới Bán kính mặt tr iđ ợc đo từ tâm tới cạnh ngoài quang quyển Đây đơn gi n là lớp mà bên trên nó các khí quá lạnh hay quá m ng để b c xạ một l ợng ánh sáng đáng kể, và vì thế là bề mặt dễ quan sát nh t bằng m t th ng

Phía trong mặt tr ikhông thể đ ợc quan sát trực tiếp và chính mặt tr ilà v t

ch n b c xạ điện từ Tuy nhiên, t ơng tự nh trong địa ch t học sử dụng sóng do các tr n động đ t tạo ra để xác định c u trúc bên trong c a Trái Đ t, ngành nh t

ch n học sử dụng các sóng ngoại âm đi xuyên qua phần trong mặt tr iđể đo và hình dung c u trúc bên trong c a ngôi sao.Mô hình máy tính về mặt tr icũng sử dụng một công cụ lý thuyết để xác định các lớp bên trong c a nó

Hình 2.1 : Mặt c t ngang mặt tr i Lõi c a mặt tr iđ ợc coi là chiếm kho ng 0,β tới 0,β5 bán kính mặt tr i Nó

có m t độ lên tới 150g/cm³(150 lần m t độ n ớc trên trái đ t) và có nhiệt độ gần 1γ.600.000 độ K (so với nhiệt độ bề mặt mặt tr ikho ng 5.800 0K).Những phân tích gần đây cho th y t c độ tự quay c a lõi cao hơn vùng b c xạ Trong hầu hết vòng

đ i c a mặt tr i, năng l ợng đ ợc tạo ra b i ph n ng tổng hợp hạt nhân thông qua một loạt b ớc đ ợc gọi là dãy pập (protonậproton)để biến hydro thành heli Ch a tới β% heli đ ợc tạo ra trong mặt tr icó từ chu trình CNO (Cacbon-Nitơ-Ôxy) Lõi

là vùng duy nh t trong mặt tr i tạo ra một l ợng đáng kể nhiệt thông qua ph n ng tổng hợpμ phần còn lại c a ngôi sao đ ợc đ t nóng b i năng l ợng truyền ra ngoài

từ lõi T t c năng l ợng đ ợc tạo ra từ ph n ng tổng hợp hạt nhân trong lõi ph i

đi qua nhiều lớp để tới quang quyển tr ớc khi đi vào không gian d ới dạng ánh sáng mặt tr i hay động năng c a các hạt

T c độ ph n ng tổng hợp hạt nhân phụ thuộc nhiều vào m t độ và nhiệt độ,

vì t c độ ph n ng tổng hợp hạt nhân diễn ra lõi trong trạng thái cân bằng tự điều chỉnhμ nếu t c độ ph n ng hơi lớn hơn sẽ khiến lõi nóng lên nhiều và hơi m rộng

ch ng lại trọng l ợng c a các lớp bên ngoài, làm gi m t c độ ph n ng và điều chỉnh sự nhiễu loạn; và nếu t c độ hơi nh hơn sẽ khiến lõi lạnh đi và hơi co lại, làm tăng t c độ ph n ng và một lần nữa lại đ a nó về m c cũ Các photon (tia gamma) nhiều năng l ợng phát ra trong các ph n ng tổng hợp hạt nhân bị h p thụ trong một plasma mặt tr ichỉ vài millimét, và sau đó tái phát xạ theo h ớng ngẫu nhiên (và m c năng l ợng khá th p),vì thế cần một th i gian dài các b c xạ mới lên tới bề mặt mặt tr i Những ớc tính về "th i gian di chuyển c a photon" trong kho ng từ 10.000 tới 170.000 năm.Sau chuyến du hành cu i cùng qua lớp đ i l u bên ngoài để tới "bề mặt" trong su t c a quang quyển, các photon thoát ra nh ánh sáng kh kiến Mỗi tia gamma trong lõi mặt tr iđ ợc chuyển thành hàng triệu photon ánh sáng nhìn th y đ ợc tr ớc khi đi vào không gian Các neutrino cũng

đ ợc phát sinh từ các ph n ng tổng hợp hạt nhân trong lõi, nh ng không gi ng

nh photon, chúng hiếm khi t ơng tác với v t ch t, vì thế hầu nh toàn bộ chúng thoát kh i mặt tr ingay l p t c Trong nhiều năm những đo đạc về s l ợng neutrino do mặt tr itạo ra cho kết qu th p hơn các dự đoán lý thuyết kho ng γ lần

Sự không nh t quán này gần đây đư đ ợc gi i quyết thông qua sự khám phá các hiệu ng dao động neutrino

Trong quá trình diễn biến c a ph n ng có một phần v t ch t kh i l ợng c a mặt tr i bị m t đi, kh i l ợng c a mặt tr i vì thế mỗi giây gi m gần 4.106 t n, tuy nhiên theo các nhà nghiên c u thì trạng thái c a mặt tr i sẽ không thay đổi trong hàng tỷ năm nữa Mỗi ngày mặt tr i s n xu t một nguồn năng l ợng qua ph n ng nhiệt hạch lên tới λ.1024 kWh

Nh v y ta có thể th y nguồn năng l ợng mặt tr i đ ợc xem nh vô t n, sẵn

có và có trữ l ợng hết s c to lớn

2.1.2 Ngu n b c x m t tr i:

Ánh sáng nói riêng, hay b c xạ điện từ nói chung, từ bề mặt c a mặt tr i

đ ợc xem là nguồn năng l ợng chính cho trái đ t Hằng s năng l ợng mặt tr i

đ ợc tính bằng công su t c a l ợng b c xạ trực tiếp chiếu trên một đơn vịdiện tích

bề mặt trái đ t; nó bằng kho ng 1γ70 Watt trên một mét vuông Ánh sáng mặt tr ibị

h p thụ một phần trên bầu khí quyển trái đ t, nên một phần nh hơn tới đ ợc bề mặt trái đ t, gần 1.000 Watt/m² năng l ợng mặt tr i tới trái đ t trong điều kiện tr i quang đưng khi mặt tr i gần thiên đỉnh.Năng l ợng này có thể dùng vào các quá trình tự nhiên hay nhân tạo Quá trình quang hợp trong cây sử dụng ánh sáng mặt

tr ivà chuyển đổi CO2 thành ôxy và hợp ch t hữu cơ, trong khi nguồn nhiệt trực tiếp là làm nóng các bình đun n ớc dùng năng l ợng mặt tr i, hay chuyển thành điện năng bằng các pin năng l ợng mặt tr i Năng l ợng dự trữ trong dầu m và các nguồn nhiên liệu hóa thạch khác đ ợc gi định rằng là nguồn năng l ợng c a mặt

tr i đ ợc chuyển đổi từ xa x a trong quá trình quang hợp và ph n ng hóa sinh c a sinh v t cổ

Trong toàn bộ b c xạ mặt tr i, b c xạ liên quan trực tiếp đến các ph n ng hạt nhân x y ra trong nhân mặt tr ikhông quá γ% B c xạ ban đầu khi đi qua 5.105 km chiều dày c a lớp v y ch t mặt tr ibị biến đổi r t mạnh T t c các dạng

c a b c xạ điện từ đều có b n ch t sóng B c xạ là sóng ng n nh t trong các sóng

đó Từ tâm mặt tr iđi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng l ợng c a chúng gi m

đi và bây gi chúng ng với sóng có b ớc dài Nh v y b ớc sóng tr thành b ớc sóng rơnghen có b ớc sóng dài hơn Gần đến bề mặt mặt tr i,nơi có nhiệt độ đ

th p để có thể tồn tại v t ch t trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác b t đầu

x y ra

Hình 2.2: Dưy b c xạ điện từ

Đặc tr ng c a b c xạ điện từ truyền trong không gian bên ngoài mặt tr ilà một phổ rộng, trong đó cực đại c a c ng độ b c xạ nằm trong dưy 10-1

-10 µm và hầu nh một nửa tổng năng l ợng mặt tr it p trung trong kho ng b ớc sóng 0.38 -0.78 µm đó là vùng nhìn th y đ ợc c a phổ

Chùm tia truyền thẳng từ mặt tr igọi là b c xạ trực xạ Tổng hợp các tia trực

xạ và tán xạ gọi là tổng xạ M t độ dòng b c xạ trực xạ ngoài lớp khí quyển, tính

đ i với 1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia b c xạ, đ ợc tính theo công th cμ

có thể xem q là không đổi và đ ợc gọi là hằng s mặt tr i

Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc lớp trái đ t, các chùm tia b c xạ bị h p thụ và tán xạ b i tầng ôzon, hơi n ớc và bụi trong không khí, chỉ một phần năng

l ợng đ ợc truyền trực tiếp tới trái đ t Đầu tiên oxy phân tử bình th ng O2 phân

ly thành oxy nguyên tử O, để phá vỡ liên kết phân tử đó, cần ph i có các photon

b ớc sóng ng n hơn 0.18 µm, do đó các photon (xem b c xạ nh các hạt r i rạc ậ photon) có năng l ợng nh v y bị h p thụ hoàn toàn Chỉ một phần các nguyên tử oxy kết hợp thành các phân tử,còn đại đa s các nguyên tử t ơng tác với các phân

tử oxy khác để tạo thành phân tử ozon O3, ôzôn cũng h p thụ b c xạ tử ngoại nh ng với m c độ th p hơn so với oxy, d ới tác dụng c a các phoyon với b ớc sóng ng n hơn 0,γβ µm , sự phân tách O3 thành O2 và O x y ra Nh v y hầu nh toàn bộ năng l ợng c a b c xạ tử ngoại đ ợc sử dụng để duy trì quá trình phân ly và hợp

ch t c a O, O2 và O3, đó là một quá trình ổn định Do quá trình này , khi đí qua khí quyển, b c xạ tử ngoại biến đổi thành b c xạ với năng l ợng nh hơn

Các b c xạ với b ớc sóng ng với các vùng nhìn th y và vùng hồng ngoại

c a phổ t ơng tác với các phân tử khí và các hạt bụi c a không khí nh ng không phá vỡ các liên kết c a chúng, khi đó các photon bị tán xạ khá đều theo mọi h ớng

và một s photon quay tr lại không gian vũ trụ B c xạ chịu dạng tán xạ đó ch yếu là b c xạ có b ớc sóng ng n nh t sau khi ph n xạ từ các phần khác nhau c a khí quyển b c xạ tán xạ đi đến chúng ta mang theo màu xanh lam c a bầu tr i trong sáng và có thể quan sát đ ợc những độ cao không lớn Các giọt n ớc cũng tán xạ

r t mạnh b c xạ mặt tr i B c xạ mặt tr ikhi đi qua khí quyển còn gặp một trơ ngại đáng kể nữa đó là do sự h p thụ c a các phần tử hơi n ớc, khí cacbonic và các hợp

ch t khác, m c độ c a sự h p thụ này phụ thuộc vào b ớc sóng, mạnh nh t kho ng giữa vùng hồng ngoại c a phổ

Phần năng l ợng b c xạ mặt tr itruyền tới bề mặt trái đ t trong những ngày quang đưng (không có mây) th i điểm cao nh t vào kho ng 1000 W/m2

Hình 2.4 μ Quá trình truyền năng l ợng b c xạ mặt tr iqua lớp khí quyển c a trái

đ t

Yếu t cơ b n xác định c ng độ b c xạ mặt tr i một điểm nào đó trên trái

đ t là quưng đ ng nó đi qua Sự m t mát năng l ợng trên quưng đ ng đó g n liền với sự tán xạ, h p thụ b c xạ và phụ thuộc vào th i gian trong ngày, mùa, vị trí địa

lý Các mùa hình thành là do sự nghiêng c a trục trái đ t đ i với mặt phẳng quỹ đạo

c a nó quanh mặt tr igây ra Góc nghiêng vào kho ng 23,5o và thực tế xem nh không đổi trong không gian Sự định h ớng nh v y c a trục quay trái đ t trong chuyển động c a nó đ i với mặt tr igây ra những sự dao động quan trọng về độ dài ngày và đêm trong năm

2.1.3 Tínhătoánănĕngăl ngăm tătr i:

C ng độ b c xạ mặt tr i trên mặt đ t ch yếu phụ thuộc vào yếu t μ

- Góc nghiêng c a các tia sáng trong khí quyển hay nói chung là phụ thuộc vào độ cao c a mặt tr i (góc giữa ph ơng từ điểm quan sát đến mặt tr ivà mặt phẳng nằm ngang đi qua điểm đó ) Yếu t cơ b n xác định c ng độ c a b c xạ mặt tr i một điểm nào đó trên trái đ t là quưng đ ng nó đi qua Sự m t mát năng

l ợng trên quưng đ ng đó g n liền với sự tán xạ, h p thụ b c xạ và phụ thuộc vào

th i gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý

- Quan hệ giữa b c xạ mặt tr ingoài khí quyển và th i gian trong năm có thể xác định theo ph ơng trình sauμ

Eng= Eo(1+0,333cos360

365) W/m2Trong đó Eng là b c xạ ngoài khí quyển đ ợc đo trên mặt phẳng vuông góc với tia

b c xạ vào ngày th n trong năm

2.1.3.1 Tínhătoánăgócăt iăc aăb căx ătr căx :

Trong quá trình tính toán cần định nghĩa một s khái niệm nh sauμ

- Hệ s kh i không khí mμ là tỷ s giữa kh i l ợng khí quyển theo ph ơng tia

b c xạ truyền qua và kh i l ợng khí quyển theo ph ơng thẳng đ ng ( t c là khi mặt

tr i thiên đỉnh) Nh v y m=1 khi mặt tr i thiên đỉnh, m=β khi góc thiên đỉnh θz

là 60o Đ i với các góc thiên đỉnh từ 0-70o thì độ cong c a bề mặt trái đ t ph i đ ợc

đ a vào tính toán Riêng đ i với tr ng hợp tính toán b c xạ mặt tr ingoài khí quyển m=0

- Trực xạ μ là b c xạ mặt tr inh n đ ợc khi không bị bầu khí quyển phát tán Đây là dòng b c xạ có h ớng và có thể thu đ ợc các bộ thu kiểu t p trung (hội tụ)

- Tán xạ μ là b c xạ mặt tr inh n đ ợc sau khi h ớng c a nó đư bị thay đổi do

sự phát tán c a bầu khí quyển ( trong một s tài liệu khí t ợng, tán xạ còn đ ợc gọi

là b c xạ c a bầu tr i, đây cần phân biệt tán xạ c a mặt tr ivới b c xạ hồng ngoại

- Năng l ợng b c xạ ( J/m2) : là năng l ợng b c xạ mặt tr itruyền tới một đơn

vị diện tích bề mặt trong một kho ng th i gian, nh v y năng l ợng b c xạ là một đại l ợng bằng tích phân c a c ng độ b c xạ trong kho ng th i gian nh t định

- Gi mặt tr iμ là th i gian dựa trên chuyển động biểu kiến c a mặt tr itrên bầu

tr i, với quy ớc gi mặt tr i chính ngọ là th i điểm mặt tr iđi qua thiên đỉnh c a

ng i quan sát Gi mặt tr ilà th i gian đ ợc sử dụng trong mọi quan hệ về góc mặt

tr i, nó không đồng nghĩa với gi theo đồng hồ

Quan hệ hình học giữa một mặt phẳng b trí b t kỳ trên mặt đ t và b c xạ c a mặt

tr itruyền tới, t c là vị trí c a mặt tr iso với mặt phẳng đó có thể đ ợc xác định theo các góc đặc tr ng:

- Góc vĩ độ ϕμ vị trí góc t ơng ng với vĩ độ về phía b c hoặc về phía nam

đ ng xích đạo trái đ t, với h ớng phía b c là h ớng d ơng

-900≤ ϕ≤λ00

- Góc nghiêng μ góc giữa mặt phẳng c a bề mặt tính toán và ph ơng nằm ngang

0 ≤ ≤ 1800( >900 nghĩa là bề mặt nh n b c xạ h ớng xu ng phía d ới)

- Góc ph ơng vị c a bề mặt μ góc lệch c a hình chiếu pháp tuyến bề mặt trên mặt phẳng nằm ngang so với đ ng kinh tuyến Góc = 0 nếu bề mặt quay về phía

h ớng chính nam, l y d u (+) nếu bề mặt quay về phía tây và l y d u (-) nếu bề mặt quay về phía đông

-1800 ≤ ≤ 1800

- Góc gi ω μ góc chuyển động c a vị trí mặt tr ivề phía đông hoặc phía tây c a kinh tuyến địa ph ơng do quá trình quay c a trái đ t quanh trục c a nóvà l y giá trị

150 cho 1 gi đồng hồ, buổi sáng l y d u (-), buổi chiều l y d u (+)

Góc tới θμ góc giữa tia b c xạ truyền tới bề mặt và pháp tuyến c a bề mặt đó

- Góc thiên đỉnh θz μ góc giữa ph ơng thẳng đ ng (thiên đỉnh) và tia b c xạ tới trong tr ng hợp bề mặt nằm ngang thì góc thiên đỉnh chính là góc tới θ

- Góc cao mặt tr iα μ góc giữa ph ơng nằm ngang và tia b c xạ truyền tới, t c

là góc phụ c a góc thiên đỉnh

Góc ph ơng vị mặt tr i sμ góc lệch so với ph ơng nam c a hình chiếu tia b c xạ mặt tr itruyền tới trên mặt phẳng nằm ngang Góc này l y d u (-) nếu hình chiếu lệch vế phía đông và l y d u (+) nếu lệch về phía tây

- Góc lệch δ μ là góc tạo b i tia trực xạ và mặt phẳng xích đạo c a trái đ t Trong thực tế trục quay c a trái đ t lệch kh i đ ng thẳng đ ng so với mặt phẳng qui đạo c a trái đ t một góc βγ,450

-23,450 ≤ δ ≤ βγ,450Góc lệch δ có thể tính toán theo ph ơng trình c a Copperμ

δ = βγ,45.sin(γ60.284+

365 ) trong đó n là th tự ngày c a 1 năm với quy ớc l y giá trị n c a ngày 1 tháng giêng là 1

Quan hệ giữa các loại góc đặc tr ng trên có thể biểu diễn bằng ph ơng trình giữa vĩ độ ϕ và các góc khác nh sauμ

Cosθ = sinδ.sinϕ.cos ậ sinδ.cosϕ.sin cos + cosδ.cosϕ.cos cosω +

cosδ.sinϕ.sin cos cosω + cosδ.sin sin sinω

Đ i với bề mặt nằm ngang góc tới θ chính là góc thiên đỉnh c a mặt tr iθz, giá trị c a nó ph i nằm trong kho ng 00 và 900 từ khi mặt tr imọc đến khi mặt tr i thiên đỉnh ( =0)

Cos θz = cosϕ.cosδ.cosω + sinϕ.sinδ

2.1.3.2 T ngăc ngăđ ăb căx ăm tătr ilờnăb ăm tătrỏiăđ t:

Tổng b c xạ mặt tr ilờn một bề mặt đặt trờn mặt đ t bao gồm phần chớnh đú là trực xạ và tỏn xạ phần trực xạ đư đ ợc kh o sỏt trờn, cũn thành phần tỏn xạ thỡ khỏ ph c tạp H ớng c a b c xạ khuếch tỏn truyền tới bề mặt là hàm s c a độ mõy

và độ trong su t c a khớ quyền, cỏc đại l ợng này lại thay đổi khỏ nhiều Cú thể xem b c xạ tỏn xạ là tổng hợp c a γ thành phần :

- Thành phần tỏn xạ đẳng h ớng μ phần tỏn xạ nh n đ ợc đồng đều từ toàn bộ vũm tr i

- Thành phần tỏn xạ quanh tia μ phần tỏn xạ bị phỏt tỏn c a b c xạ mặt tr ixung quanh tia mặt tr i

- Thành phần tỏn xạ chõn tr i μ phần tỏn xạ t p trung gần đ ng chõn tr i

Hỡnh 2.5 μSơ đồ phõn b cỏc thành phần b c xạ khuếch tỏn

Gúc khuếch tỏn m c độ nh t định phụ thuộc vào độ ph n xạ Rg (cũn gọi là allbedo-su t phõn chiếu ) c a mặt đ t Những bề mặt cú độ ph n xạ cao ( vớ dụ bề mặt tuyết x p cú Rg=0,7 ) sẽ ph n xạ mạnh b c xạ mặt tr itr lại bầu tr i và lần

l ợt bị phỏt tỏn tr thành thành phần tỏn xạ chõn tr i

Thành phần tán xạ chân trời

Thành phần tán xạ quanh tia

Thành phần tán xạ

đẳng h- ớng

Tia trực xạ

Nh v y b c xạ mặt tr i truyền đếm một bề mặt nghiêng là tổng c a các dòng

b c xạ bao gồmμ trực xạ Eb , γ thành phần tán xạ Ed1 ,Ed2, Ed3 và b c xạ ph n xạ từ các bề mặt khác lân c n Er :

EƩ = Eb + Ed1 +Ed2 + Ed3 +Er

Tuy nhiên việc tính toán các đại l ợng tán xạ này r t ph c tạp Vì v y ng i ta

gi thiết là sự kết hợp c a b c xạ khuếch tán và b c xạ ph n xạ c a mặt đ t là đẳng

h ớng, nghĩa là tổng c a b c xạ khuếch tán từ bầu tr i và b c xạ ph n xạ c a mặt

đ t là nh nhau trong mọi tr ng hợp, không phụ thuộc h ớng c a bề mặt Nh v y tổng xạ trên bề mặt nghiêng sẽ là tổng xạ c a trực xạ Eb.Bb và tán xạ trên mặt nằm ngang Ed

Khi đó một bề mặt nghiêng tạo một góc so với ph ơng nằm ngang sẽ có tổng xạ bằng tổng c a γ thành phầnμ

E Ʃ = EbBb + Ed

1+ �

2 + EƩRg 1−�

2 Trong đó μ EƩlà tổng xạ trên bề mặt nằm ngang,

En là c ng độ b c xạ mặt tr itới theo ph ơng b t kỳ

Ebnglà b c xạ mặt tr itheo ph ơng vuụng gúc với mặt nằm ngang,

Ebngh là b c xạ mặt tr itheo ph ơng vuụng gúc với mặt phẳng nghiờng

Cosθ và Cosθzđ ợc xỏc định b i cỏc ph ơng trỡnh trờn và cỏc gúc đ ợc biễu diễn trờn

Trong tớnh toỏn kỹ thu t, cú thể coi c ng độ b c xạ tới mặt đ t là hàm c a

th i gian τ, tớnh từ lỳc mặt tr imọc, τ = 0 đến khi mặt tr ilặn τ = τ

2,với τn = 24h = β4.γ600 (s) nh sauμ

E(τ) = En.sinφ(τ)

tán xạ quanh tia

mặt đất

tán xạ quanh tia

tán xạ chân

trời

phản xạ từ mặt đất

ò

φ(τ) = ω.τ là góc nghiêng tia n ng so với mặt đ t

ω = 2τ

n = 2

En(W/m2) là c ng độ b c xạ cực đại trong ngày, l y trung bình c năm theo s liệu

đo l ng thực tế tại vĩ độ cần xét

2.1.3.3 Đoăc ngăđ ăb căx ăm tătr i:

Ph ơng pháp xác định c ng độ b c xạ mặt tr itại một điểm b t kỳ dựa trên

vị trí địa lý ( độ cao mặt tr i) nh trên r t ph c tạp, khó ng dụng, trong thực tế

ng i ta đư chế tạo ra các dụng cụ đo c ng độ b c xạ mặt tr itrực tiếp tại điểm cần

đo Thiết bị đo b c xạ mặt tr ith ng có β loạiμ đo trực xạ nh purheliometer, actionmeter và đo tổng xạ nh pyranometer, solarimeter

Hình2.7μ Trực xạ kế Ngày nay với kỹ thu t vi xử lý, ng i ta có thể dùng các đầu đo (sensor) b c

xạ để đo tự động c ng độ b c xạ mặt tr i một nơi nào đó tại kho ng th i gian b t

kỳ

Hình 2.8: Thiết bị đo năng l ợng b c xạ mặt tr ihiện s

2.1.3.4.Ngu nănĕngăl ng m t tr it i khu v c nghiên c u:

Nghiên c u này hiện nay đ ợc nghiên c u tại khu vuc nam bộ, cụ thể là TPHCM Với lợi thế nằm trong d i phân bổ ánh sáng mặt tr inhiều trong năm trên

b n đồ b c xạ c a thế giới, nên c ng độ b c xạ mặt tr it ơng đ i cao TPHCM có điều kiện thiên nhiên thu n lợi để phát triển các dạng năng l ợng mới, đặc biệt là năng l ợng mặt tr i Theo ớc tính, trung bình mỗi ngày TPHCM nh n l ợng b c

xạ mặt tr ilà 27 tỷ MJ (t ơng đ ơng với l ợng điện c n ớc s n xu t ra trong một quý).Nh v y rõ ràng vị trí địa lý tại TPHCM r t thu n lợi cho việc ng dụng các

2.2 B thuănĕngăl ng m t tr iki u Parabol tr :

2.2.1 C u t o t ng quan b thu:

Máng ph n xạ năng l ợng mặt tr ikiểu parabol trụ đ ợc chế tạo bằng cách tạo hình t m ph n xạ theo biên dạng parabol trụ Máng parabol đ ợc chế tạo bằng cách

u n t m phẳng theo đ ng parabol y=x2

4f Trong những bộ thu công su t lớn ng i

ta có thể sử dụng nhiều t m kiếng ph n chiếu phẳng, l p ghép thành biên dạng

Trên đ ng thẳng hội tụ c a máng, ta đặt ng h p thụ nhiệt có đ ng tâm trùng với đ ng thẳng hội tụ này Bao phía ngoài ng h p thụ nhiệt là ng trong

su t cách ly,nhằm cách nhiệt giữa ng h p thụ nhiệt và môi tr ng không khí xung quanh

C u tạo cơ b n máng parabol trụ:

Hình 2.10 : C u tạo máng parabol trụ

Hình 2.11: Bộ thu năng l ợng parabol trụ thực tế

èng c¸ch ly

èng hÊp thô nhiÖt

parabol trô

tia tíi tia tíi

m«i chÊt láng

2.2.2.Ho tăđ ng c a b thuănĕngăl ng m t tr iki u Parabol tr :

2.2.2.1 H i t tia sáng:

Chùm tia tới chiếu vào bề mặt ph n xạ c a Parabol trụ, tia ph n xạ sẽ đ ợc

t p trung tại ng h p thụ c a Parabol với điều kiện h ớng c a chùm tia tới vuông góc với mặt thoáng Parabol

Do đ ng kính ng h p thụ lớn nên khi góc tia tới không vuông góc với mặt thoáng c a máng parabol thì ng h p thụ nhiệt vẫn nh n đ ợc năng l ợng b c xạ,

với điều kiện góc lệch c a tia tới so với vị trí chuẩn (vị trí chuẩn là vị trí tia sáng hội

tụ trên đ ng thẳng qua tiêu điểm)nằm trong phạm vi cho phép, sao cho dãi sáng

hội tụ từ tia tới vẫn còn nằm trên ng h p thụ nhiệt

Chùm tia tới mang năng l ợng b c xạ, xuyên qua ng cách ly và nung nóng lõi h p thụ, nhiệt l ợng từ lõi h p thụ sẽ truyền qua môi ch t l ng trong ng và gia nhiệt cho môi ch t l ng này

2.2.2.2 Nguyên lý gia nhi tăđ i l u:

Môi ch t l ng sẽ ch y trong ng h p thụ và đ ợc ng h p thụ này gia nhiệt, dòng môi ch t l ng sẽ ch y trong ng theo hai ph ơng pháp sau đâyμ

Dòng môi ch t l ng sẽ ch y tuần hoàn thông qua lực đẩy c a bơm

cao

-cần có nguồn điện cho máy bơm

Dòng môi ch t l ng tự ch y thông qua nguyên lý ch t l ng nóng nổi lên trên, lạnh

sẽ di chuyển xu ng d ới

Hình 2.12 : Nguyên lý đ i l u gia nhiệt ch t l ng 1μ đ ng ra ch t l ng nóng

b c để nâng cao hiệu su t Đ i với các bộ thu có công su t nh thì dùng đ i l u

c ỡng b c trong ng sẽ t n kém, ph c tạp, hơn nữa do đ ng ng ng n nên có thể

sử dụng đ i l u tự do Do đó, tùy thuộc vào công su t, độ dài đ ng ng mà ta chọn nguyên lý đ i l u thích hợp

2.2.3.B m t ph n x c a máng:

Tùy theo độ lớn nh khác nhau mà bề mặt t m ph n xạ sẽ có thiết kế chế tạo

khác nhau Với những hệ th ng thu nh hay trung bình ng i ta th ng sử dụng cách u n t m kim loại rồi ph lên lớp v t liệu ph n xạ nh màng nhôm, màng

bạc…hay đơn gi n hơn là sử dụng v t liệu inox bóng u n thành biên dạng Parabol

trụ,và sử dụng trực tiếp bề mặt inox bóng đó làm bề mặt ph n xạ Việc u n t m kim

loại rồi ph lên t m ph n xạ có u điểm là có thể thay thế dễ dàng, còn nếu dùng

trực tiếp bề mặt kim loại làm t m ph n xạ sẽ dễ bị oxi hóa làm gi m hiệu su t theo

th i gian

Với những bề mặt ph n xạ có diện tích lớn, ng i ta th ng dùng nhiều t m

ph n chiếu phẳng ghép lại với nhau

áp dụng đặc tr ng đó c a màng nhôm để chế tạo các v t liệu cách nhiệt ph n xạ

- Độ ph n xạ: đặc tr ng cho kh năng ch ng lại sự thâm nh p c a các tia b c

xạ Đây chính là tỉ lệ năng l ợng ph n xạ ng ợc lại sau khi chạm vào một bề mặt

Màng nhôm có độ ph n xạ là 95% Độ ph n xạ và độ phát xạ là phần bù c a nhau

và có tổng bằng một Nghĩa là một bề mặt có độ phát xạ càng th p thì có độ ph n xạ càng cao

B ng 2.2: Hệ s ph n xạ c a một s v t liệu kim loại

ch©n kh«ng hoÆc kh«ng khÝ m«i chÊt láng

 Độ trong su t c a ng để tia n ng có thể truyền qua dễ dàng Th y tinh là v t

liệu đáp ng đ ợc yêu cầu đó, nó có hệ s truyền sáng t i đa kho ng 95% , phụ thuộc vào c u tạo v t liệu và độ dày c a ng mà nó sẽ có hệ s truyền sáng khác nhau

th p, làm c n tr quá trình truyền năng l ợng tia sáng hội tụ tới ng h p thụ Do đó khi thiết kế ng cách ly nên chọn ng có độ dày nh ,tuy nhiên ng có độ dày nh lại

dễ vỡ,khó gia công, cho nên phụ thuộc vào kh năng công nghệ gia công ng mà ta

h p thụ nhiệt nằm trong kho ng 10-15 mm là t t nh t

 ng h p th nhi t :

Đây là bộ ph n thu năng l ợng nh n đ ợc từ mặt tr i, làm bằng v t liệu kim

loại có hệ s truyền nhiệt cao Năng l ợng b c xạ từ mặt tr ixuyên qua ng cách

ly,năng l ợng này nung nóng ng kim loại,nhiệt l ợng từ ng kim loại sẽ truyền qua môi ch t l ng bên trong ng, từ đó ch t l ng bên trong đ ợc nung nóng

Thông s quan trọng c a ng h p thụ nhiệt là độ dẫn nhiệt, và kh năng h p

thụ nhiệt t c màu s c và cơ tính lớp bên ngoài c a ng V t liệu làm ng càng có độ dẫn nhiệt, h p thụ nhiệt càng cao càng t t nhằm truyền nhiệt từ năng l ợng hội tụ tia sáng tới môi ch t l ng bên trong ng.Thông th ng đ i với b t kỳ ng kim loại nào cũng có lớp ph ngoài màu đen nhằm nâng cao hiệu su t h p thụ nhiệt, tuy nhiên việc sử dụng lớp ph không phù hợp có thể gây ra tác dụng ng ợc, nếu lớp

ph không phù hợp nó sẽ đóng vai trò nh một lớp cách nhiệt làm gi m kh năng truyền nhiêt từ ng h p thụ tới môi ch t bên trong Một lớp ph t t ph i có những đặc điểm sau:

- Độ kết dính với ng kim loại t t, không bị bong tróc

- Có hệ s truyền nhiệt cao

Đặc biệt là trong những ng h p thu nhiệt có nhiệt độ cao nh trong bộ thu

sử dụng parabol trụ thì lớp ph ngoài sơn đen không phù hợp th m chí sẽ làm gi m

r t nhiều hiệu su t bộ thu

B ng sau trình bày một s kim loại có độ dẫn nhiệt cao có thể sử dụng làm

Để bộ thu làm việc đạt hiệu su t cao thì máng parabol ph i đ ợc xoay theo

h ớng mặt tr i để tia tới có thể hội tụ vào đúng ng thu nhiệt Tùy vào công su t

c a bộ thu, điều kiện làm việc mà ta có thể thiết kế hệ th ng xoay máng khác nhau

2.2.6 Cách nhi t

Để tránh th t thoát nhiệt làm gi m hiệu su t thì các đ ng ng dẫn tiếp xúc trực tiếp với môi tr ng không khí ph i đ ợc cách nhiệt V t liệu cách nhiệt ph i

đ m b o có hệ s truyền nhiệt th p và ổn định với nhiệt độ cao

2.3 Truy n nhi tvà cách nhi t:

2.3.1.D n nhi t:

Dẫn nhiệt là một dạng truyền nhiệt năng từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ th p do sự truyền động năng hoặc va chạm c a các phân tử và nguyên tử Định lu t cơ b n về dẫn nhiệt đ ợc thực hiện đầu tiên b i Biot dựa trên cơ s quan sát thực nghiệm nh ng mang tên sau này là tên c a nhà toán lý Joseph Fourier, ông

là ng i đư ng dụng các kết qu này vào sự phân tích lý thuyết về nhiệt Định lu t này phát biểu: M t độ dòng nhiệt truyền qua bằng ph ơng th c dẫn nhiệt theo

ph ơng quy định tỷ lệ thu n với diện tích vuông góc với ph ơng truyền và gradient nhiệt độ theo ph ơng y

Hệ s dẫn nhiệt c a một v t nói chung phụ thuộc vào áp su t, nhiệt độ và

đ ợc xác định bằng thực nghiệm Thông th ng trong các thực nghiệm làm thế nào xác định m t độ dòng nhiệt và gradient nhiệt độ thì hệ s dẫn nhiệt sẽ tìm theo công

0 : hệ s dẫn nhiệt 00C

b: hằng s xác định bằng thực nghiệm

Trong tính toán thực tế có thể xem hệ s dãn nhiệt là một hằng s t ơng ng

với nhiệt độ trung bình c a nhiệt độ giới hạn hai đầu

2.3.2.H s d n nhi t c a ch t khí:

Theo thuyết động học phân tử, trong điều kiện áp su t và nhiệt độ bình

th ng, sự truyền nhiệt năng bằng dẫn nhiệt trong ch t khí đ ợc xác định b i sự truyền động năng phân tử chuyển động hỗn loạn và sự va chạm c a các phân tử ch t khí Hệ s dẫn nhiệt đ ợc xác định theo công th c:

λ = 13ω l cv

Với:

� : t c độ toàn ph ơng trung bình c a phân từ khí

� : kho ng đ ng tự do trung bình c a phân tử khí

cv : nhiệt dung riêng đẳng tích c a ch t khí

�: kh i l ợng riêng c a ch t khí

Khi áp su t tăng thì � tăng ,� gi m và tích s �� vẫn giữ không đổi, vì thế nói chung với áp su t th ng g p trong kỹ thu t thì hệ s dẫn nhiệt hầu nh không phụ thuộc váo áp su t, chỉ trừ tr ng hợp áp su t quá th p ( <20 mmHg) và áp su t quá cao (>20.000 bar)

T c độ toàn ph ơng trung bình c a các phân tử khí phụ thuộc nhiệt độ:

� = 3.� �

Với: � : hằng s phổ biến c u ch t khí, bằng 8γ14,1 (J/kmol độ) : phân tử l ợng c a khí

T: nhiệt độ ch t khí (0K)

Khi nhiệt độ tăng, nhiệt dung riêng c a ch t khí tăng, do đó hệ s dẫn nhiệt cũng tăng Hệ s dẫn nhiệt c a ch t khí nằm trong giới hạn = 0,006÷0,6 W/mđộ Trên hình sau cho th y hệ s dẫn nhiệt c a không khí phụ thuộc nhiệt độ

hợp với lý thuyết trên cơ s c a lý thuyết y, hệ s dẫn nhiệt c a ch t l ng có thể

đ ợc tính theo công th c sau: