Đang tải... (xem toàn văn)
Trong bài báo này chúng tôi muốn giới thiệu về nghiên cứu ứng dụng một loại động cơ nhiệt có nhiều ưu việt mà ngày nay đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm để ứng dụng vào thực tế, đó là động cơ Stirling.
NGHIấN CU NG C STIRLING DNG NNG LNG MT TRI A RESEARCH ON STIRLING ENGINES USING SOLAR ENERGY HONG DNG HNG PHAN QUí TR Trng i hc Bỏch khoa, i hc Nng PHAN QUANG XNG i hc Nng TểM TT Trong bi bỏo ny chỳng tụi mun gii thiu v nghiờn cu ng dng mt loi ng c nhit cú nhiu u vit m ngy nay ang c nhiu nh nghiờn cu quan tõm ng dng vo thc t, ú l ng c Stirling. ng c Stirling cú th hot ng bi nhiu ngun nhit khỏc nhau m c bit l nú cú th s dng ngun nng lng mt tri, mt ngun nng lng sch v vụ tn. ABSTRACT In this article we introduce one kind of heat engine: the Stirling engine. Currently, Stirling engines are the subject of considerable research and development efforts because of their potential for high efficiency, clean and quiet operation, especially, if they run on solar energy. 1. t vn éng c Stirling l mt thit b cú nhiu u vit v cu to n gin. Mt u ng c c t núng, phn cũn li ngui v cụng hu ớch c sinh ra. éõy l mt ng c kớn khụng cú ng cp nhiờn liu cng nh ng thi khớ. Nhit dựng c ly t bờn ngoi, bt k vt gỡ nu t chỏy u cú th dựng chy ng c Stirling nh: than, ci, rm r, du ha, du la, cn, khớ t t nhiờn, gas mờtan, . v khụng ũi hi quỏ trỡnh chỏy m ch cn cp nhit lm cho ng c Stirling hot ng. éc bit ng c Stirling cú th hot ng vi nng lng mt tri, nng lng a nhit, hoc nhit tha t cỏc quỏ trỡnh cụng nghip. 2. Nguyờn lý hot ng éng c Stirling l mt ng c nhit. éng c nhit l mt thit b cú th liờn tc chuyn i nhit nng thnh c nng. Nu ta t núng mt u xilanh (u núng) ngun nhit c s dng cú th l chựm tia bc x mt tri hi t ti u xilanh hoc mt cỏch n gin l nhỳng u xilanh vo nc núng, thỡ ỏp sut v Hình 3. Không khí áp suất cao đẩy piston đi ra Đầu nóng Đầu lạnh nhit khụng khớ bờn trong tng lờn. ỏp sut cao s y piston chuyn ng v sinh ra cụng hu ớch (Hỡnh: 1,2,3,4). Bt k ngun nhit no cng sinh ra cụng, nhng vi ngun cú nhit cng cao thỡ to ra cụng cng ln. éng c khụng nhng ch chuyn nhit thnh cụng mt ln n gin nh trờn ma cn phi cú kh nng tip tc sinh cụng. Cụng cú th sinh ra t khụng khớ núng trong xilanh chng no cũn cú quỏ trỡnh gión n v n khi ỏp sut bờn trong gim xung bng ỏp sut khớ quyn thỡ quỏ trỡnh sinh cụng kt thỳc (piston dng li). Nu khi piston chuyn ng n u bờn phi ca xilanh, ta ngng quỏ trỡnh cp nhit v tng quỏ trỡnh thi nhit (lm mỏt) thỡ nhit v ỏp sut ca khụng khớ phớa trong xilanh gim xung n khi ỏp sut ca khụng khớ bờn trong thp hn ỏp sut ca khớ quyn bờn ngoi thỡ piston s chuyn ng ngc li v tr li v trớ ban u. (Hỡnh: 5, 6) Vn t ra i vi ng c Stirling trong thc t l lm th no chỳng hot ng mt cỏch t ng, tc l xilanh nhn, thi nhit ỳng lỳc v liờn h cht ch vi nhau. Nht l i vi ng c Stirling s dng nng lng mt tri khi m ngun nng lng cung cp cho ng c liờn tc. Do vy ng c Stirling hot ng c trong thc t thỡ ngoi xi lanh v piston nh trờn thỡ ng c cn phi cú thờm cỏc b phn ph nh piston choỏn ch, bỏnh v.v . v cỏc b phn ny phi kt hp vi nhau sao cho quỏ trỡnh nhn v thi nhit ca mụi cht ỳng chu k. 3. éng c stirling dựng nng lng mt tri éng c Stirling c tớnh toỏn thit k c bn da trờn lý thuyt ca Schmidt. T lý thuyt ny ngi ta xõy dng nờn cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn cho ng c Stirling nhit cao, nhit trung bỡnh. éng c Stirling nhit thp s dng nng lng mt tri n nay vn cha cú tớnh toỏn lý thuyt cng nh kt qu thc nghim c cụng b. Da vo cu trỳc ca ng c Stirling m ngi ta chia ng c Stirling thnh 3 kiu c bn , , . Cỏc kiu ny u cú mt im chung l cú ớt nht 2 bung lm vic ú l bung nộn v bung gión n trong ú mụi cht khớ cụng tỏc c in kớn. Nng lng mt tri l ngun nng lng sch v vụ tn. Tuy nhiờn c im ca NLMT l phõn b khụng tp trung v cng nng lng mt tri ph thuc vo gi trong ngy v thay i theo mựa. Cng bc x mt tri n b mt trờn mt t cao nht khong 1000W/m2. Do vy chỳng tụi la chn loi ng c Stirling dựng nng lng mt tri kiu nghiờn cu. éi vi ng c Stirling kiu thỡ Piston lm vic v Piston choỏn ch c b trớ vo 2 Hình 4. Quá trình giãn nở cho đến khi áp suất không khí bên trong bằng áp suất khí quyển Hình 5. Nêú ngừng cấp nhiệt mà thải nhiệt thì áp suất không khí bên trong giảm xuống Hình 6. Piston chuyển động vào bên trong do áp suất không khí bên ngoài cao hơn xy lanh riờng bit. S liờn kt gia cỏc Piston ny cú th thc hin theo cỏc dng sau: - Liờn kt lnh : Piston lm vic phớa nhit thp - Liờn kt núng : Piston lm vic phớa nhit cao - Liờn kt trung bỡnh : Piston lm vic ni vo b phn hon nhit Qua nghiờn cu v so sỏnh cỏc dng khỏc nhau ca loi ng c Stirling kiu thỡ chỳng tụi a ra mu ng c Stirling s dng NLMT nh Hỡnh 7. Hỡnh 7. Cu to ng c Stirling s dng nng lng mt tri Sau khi nghiờn cu lý thuyt tớnh toỏn thit k v ó ch to ng c Stirling vi cỏc thụng s k thut nh bng sau. ng kớnh 1,55 m p sut lm vic TBỡnh 1 bar Nhit b mt hp th 65-120C Din tớch hp th 1,75 m 2 Cụng sut c khớ 30 W Lm mỏt bng khụng khớ t nhiờn 20C Chiu cao 1,3 m Th tớch ng c 208 dm 3 chờnh nhit gia phn núng v phn lnh > 25C Khi lng 240 kg Hnh trỡnh ca Piston choỏn ch 80 mm Khớ cụng tỏc K.Khớ Hnh trỡnh ca Piston lm vic 190 mm Tc quay 30-40 v/ph T s nộn 1,057 Dng ng c Qua quỏ trỡnh o c th nghim mt lot cỏc thụng s cho thy s khỏc bit gia cỏc giỏ tr tớnh toỏn lý thuyt v giỏ tr o c vo khong 5% (Hỡnh 8). iu ú chng t mụ hỡnh GHI CHú 1- Bộ phận hoàn nhiệt 2- Bề mặt hấp thụ bức xạ mặt trời 3- Piston choán chổ 4- Buồng nóng 5- Piston làm việc 6- ống nhún gắn piston làm việc 7- Trục gắn Piston choán chổ 8- Buồng lạnh 9- Cánh tản nhiệt 9 78 6 5 1 2 3 4 Mặt hấp thụ Cánh tản nhiệt Piston lực Đầu bơm Bánh đà tính toán cho động cơ là thích hợp. Thực tế đã chế tạo thiết bị hoạt động tốt với điều kiện thực tế ở miền Trung. 280 300 320 340 360 380 0 10 20 30 40 50 60 70 Toc do quay (Vòng/phút) Nhiet do (K) TA(Tính toán) TH(Tính toán) TA(Đo) TH(Đo) Hình 8. Nhiệt độ bề mặt hấp thụ (T A ) và nhiệt độ khí công tác nóng (T H ) trong động cơ Hình 9. Bơm nước dùng năng lượng mặt trời công suất 5m 3 /ngày 3. Kết luận Năng lượng mặt trời hoàn toàn có thể ứng dụng để chạy động cơ Stirling, động cơ này có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó bơm nước là một trong các ứng dụng đó. Bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời này có thể sử dụng hiệu quả trong các trường hợp như bơm nước từ bể lên bồn chứa hoặc dùng bơm nước từ ao hồ, sông ngòi dùng cho tưới tiêu cho các nông trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Quang Xưng, Hoàng Dương Hùng, Nghiên cứu bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời, Đề tài nghiên cứu khoa học trọng điểm cấp Bộ, 2005. [2] F. U. Miller, Franzis, Thermische Solarenergie, Germany, 1997. [3] Andy ross, Ross Experimental, Mayking Stirling Enginers, 13425 Bell Rd. Marysville, Ohio 43040, 1993. [4] Colin D. Van Nostrand, Principles And Applications Of Stirling Enginers, West, New York, 1985. [5] Michael F. Modest, Radiative Heat Transfer, McGraw-Hill, Inc, 1993. [6] G. T. Reader C. Hooper, Stirling Enginer, 1983. . PHAN QUANG XNG i hc Nng T M TT Trong bi bỏo ny ch ng t i mun gii thiu v nghi n cu ng dng mt loi ng c nhit c nhiu u vit m ngy nay ang c nhiu nh nghi n cu. cu quan t m ng dng vo thc t, ú l ng c Stirling. ng c Stirling c th hot ng bi nhiu ngun nhit kh c nhau m c bit l n c th s dng ngun nng lng mt tri,