bộ giáo dục đào tạo trường đại học thuỷ sản Văn Công Minh Đề tài : phân tích chu trình nhiệt động, đặc điểm kết cấu khả ứng dụng động stirling ngành thuỷ sản việt nam Luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Tàu thuỷ Nha Trang - 9/2005 giáo dục đào tạo trường đại học thuỷ sản Đề tài : phân tích chu trình nhiệt động, đặc điểm kết cấu khả ứng dụng động stirling ngành thuỷ sản việt nam Luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Kü tht Tµu thủ M· sè : 60.52.32 H­íng dÉn khoa học : PGS TS Nguyễn Văn Nhận Học viên : Văn Công Minh Lớp : Cao học KTTT - 2002 Nha Trang - 9/2005 chữ viết tắt sử dụng luận văn ĐHTS - Trường Đại học Thuỷ sản ĐCĐT - Động đốt ĐCT - Điểm chết ĐCD - Điểm chết MCCT - Môi chất công tác NCKH - Nghiên cứu khoa học lời nói đầu Động Stirling loại động nhiệt ông Robert Stirling - người Scotland - sáng chế vào năm 1816 Động Stirling có kết cấu đa dạng, công suất từ vài Watt để trang bị cho trạm hải đăng, trạm khí tượng tự động, v.v đến hàng ngàn kilowatt cho hệ thống lạnh Sau giai đoạn sử dụng phổ biến vào năm cuối kỷ 19 đầu kỷ 20, động Stirling đà bị loại động đốt thay dần Gần đây, động Stirling lại nhiều sở nghiên cứu hÃng chế tạo động quan tâm tới khả sử dụng nguồn nhiệt thay để sinh công học, đặc biệt khả chạy lượng mặt trời Động Stirling đà thử nghiệm sử dụng nhiều lĩnh vực, ví dụ : làm lạnh, phát điện, dẫn động chân vịt tàu thuỷ, v.v Mới đây, động Stirling nghiên cứu sử dụng kĩnh vực chinh phục vũ trụ Mặc dù đà đời từ trước có động xăng, động diesel đà có giai đoạn sử dụng phổ biến châu Âu, động Stirling mặt tài liệu chuyên ngành tiếng Việt, chí thuật ngữ Động Stirling xa lạ với số đông sinh viên ngành Cơ khí Động lực Việt nam Đề tài " Phân tích chu trình nhiệt động, đặc điểm kết cấu khả ứng dụng động Stirling ngành thuỷ sản Việt Nam" nhằm mục tiêu nghiên cứu động Stirling phương diện lý thuyết, sở đề xuất khả phát triển sử dụng động Stirling bên cạnh nguồn động lực khác phổ biến Ngoài ra, đề tài cung cấp tư liệu tham khảo cần thiết động Stirling phục vụ đào tạo chuyên ngành Cơ khí Động lực - vấn đề xa lạ sinh viên trường Đại học Thuỷ sản Chng TổNG QUAN Về ĐộNG CƠ STIRLING 1.1 đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt động động stirling Động Stirling ông Robert Stirling - mục sư người Scotland - sáng chế vào năm 1816 với tên gọi ban đầu động khí nóng Trong hệ thống phân loại động cơ, động Stirling xếp vào nhóm động đốt ngoài, loại máy có chức chuyển hoá nhiệt thành năng, nhiệt sinh cách đốt cháy nhiên liệu bên không gian công tác động Cho đến nay, kiểu động Stirling đà nghiên cứu chế tạo có cấu trúc đa dạng, có công suất từ vài W đến hàng ngàn kW sử dụng cho nhiều mục đích khác Bảng 1.1 Phân loại tổng quát động Stirling: Tiêu chí phân loại Phân loại Không khí Môi chất công tác Hydrogen (H2) Helium (He) Nhiên liệu Nguồn nhiệt Năng lượng mặt trời Địa nhiệt Động Stirling kiểu alpha Động Stirling kiểu beta Đặc điểm cấu tạo Động Stirling kiểu gamma Động xylanh Động nhiều xylanh Công dụng Tổ hợp máy phát điện Stirling Máy lạnh Stirling , 1.1.1 Động Stirling kiểu Alpha Động Stirling kiểu alpha gọi động c¬ Stirling kiĨu hai piston (two pistons type Stirling engine) cấu thành từ phận với chức sau : Bộ cấp nhiệt - phận có chức cấp nhiệt cho môi chất công tác (MCCT) MCCT thường dùng cho động Stirling không khí, hydrogen (H2) helium (He) Nguồn nhiệt cho động Stirling xăng, dầu, than, củi, lượng mặt trời, v.v Bộ hồi nhiệt - phận có chức thu nhận nhiệt MCCT từ không gian dÃn nở có nhiệt độ cao sang không gian nén có nhiệt độ thấp truyền lại phần nhiệt đà thu nhận cho MCCT MCCT ngược trở lại Có thể xem bé håi nhiƯt nh­ mét thiÕt bÞ tËn dơng lượng Động Stirling hoạt động hồi nhiệt hiệu suất động thấp Bộ làm mát - nơi MCCT thải nhiệt môi trường bên động Stirling, MCCT làm mát không khí nước Piston dÃn në vµ piston nÐn - Piston d·n në lµ bé phËn tiÕp nhËn ¸p lùc cđa MCCT d·n në để sinh công học Piston nén phận có chức nén đẩy MCCT từ không gian nén qua trao đổi nhiệt không gian dÃn nở Hai piston dÃn nở nén đặt lÖch pha mét gãc 900  Xylanh d·n në vµ xylanh nÐn - Xylanh d·n në lµ bé phËn dÉn h­íng piston d·n në vµ cïng víi piston d·n nở tạo không gian dÃn nở Xylanh nén bé phËn dÉn h­íng piston nÐn vµ cïng víi piston nén tạo không gian nén Không gian dÃn nở - không gian nằm piston dÃn nở cấp nhiệt Tại không gian dÃn nở, MCCT có nhiệt độ áp suất cao dÃn nở đồng thời đẩy piston dÃn nở từ ĐCT đến ĐCD để sinh công Không gian nén - nơi MCCT làm mát sau đẩy từ không gian dÃn nở qua, sau nén đẩy trở lại không gian dÃn nở 10 Cơ cấu trun lùc - bao gåm c¸c bé phËn cã chøc tiếp nhận lực đẩy MCCT truyền lực đến hộ tiêu thụ đồng thời phối hợp chuyển động piston Cơ cấu truyền lực động Stirling kiểu alpha có cấu tạo kiĨu trun - trơc khủu t­¬ng tù nh­ ë ĐCĐT thông dụng có cấu trúc đặc biệt khác (xem H 1.3, H 1.4) H 1.1 Sơ đồ cấu tạo động Stirling kiểu alpha 1- Trơc khủu, 2- Thanh trun, 3- Xylanh lùc, 4- Piston d·n në, 5- Kh«ng gian d·n në, 6- Bé cÊp nhiệt, 7- Bộ hồi nhiệt, 8- Bộ làm mát, 9- Không gian nén, 10- Piston nén, 11- Bánh đà Tương tự động xăng diesel thông dụng, động Stirling hoạt động theo kiểu chu kỳ, tức có chu trình công tác nối tiếp Mỗi chu trình công tác giai đoạn làm việc tương ứng với lần sinh công Nguyên lý hoạt động chu trình lý thuyết động Stirling thể 11 H 1.2 Mỗi chu trình công tác động Stirling kiểu alpha bao gồm trình sau : 1) Quá trình nén - trình nén, piston dÃn nở piston nén lên, MCCT nén lại không gian đỉnh piston (H 1.2a) Trong trình nén, MCCT không gian nén làm mát để trì nhiệt độ không đổi Tmin Quá trình nén kết thúc piston dÃn nở tới ĐCT Quá trình nén thể chu trình lý thuyết bằng đường 1-2 2) Quá trình cấp nhiệt - chu trình công tác, MCCT lưu thông lần từ không gian dÃn nở sang không gian nén lần ngược trở lại Trên đường lưu thông từ không gian nén sang không gian dÃn nở, MCCT sấy nóng đến nhiệt độ TR hồi nhiệt sau đốt nóng đến nhiệt độ Tmax áp suất pmax cấp nhiệt vào không gian dÃn nở Quá trình cấp nhiệt kết thúc piston nén tới ĐCT biểu diễn đoạn 23 đồ thị công (H 1.2b) Trong trình cấp nhiệt, piston dÃn nở xuống, piston nén lên nên thể tích MCCT không đổi (cấp nhiệt đẳng tích) 3) Quá trình sinh công - với nhiệt độ Tmax áp suất pmax, MCCT không gian dÃn në sÏ ®Èy piston d·n në chun ®éng vỊ phÝa ĐCD sinh công học Quá trình dÃn nở kÕt thóc piston d·n në tíi §CD (H 1.2c) 4) Quá trình nhả nhiệt - sau đà dÃn nở để sinh công, MCCT piston dÃn nở đẩy từ không gian dÃn nở sang không gian nén Trên đường qua trao đổi nhiệt, phần nhiệt MCCT thu hồi qua hồi nhiệt Trong trình nhả nhiệt, piston dÃn nở lên piston nén xuống nên thể tích MCCT không đổi 12 p T 3 Tmax Tmin 1 V s H 1.2 Nguyên lý hoạt động chu trình lý thuyết động Stirling 13 (b ) (a ) H.1-3 Động Stirling kiểu Alpha với cấu Ross-Yoke (a) với cấu Ross-Rocker-V (b) Các piston dẫn động truyền - trục khuỷu (H 1.1), cấu Ross (H 1.3) cấu cam đặc biệt (swashplate) (H 1.5) Các đơn vị động Stirling kiểu alpha mô tả liên kết lại thành kết cấu nhiều xylanh công suất lớn Trong trường hợp này, không gian giÃn nở xylanh nối víi kh«ng gian nÐn cđa xylanh kÕ tiÕp theo mét chuỗi kết nối: xylanh, cấp nhiệt, hồi nhiệt làm mát Sơ đồ động Stirling kiểu Alpha xylanh thể H.1-4 H 1.5 giới thiệu kết cấu động Stirling kiểu alpha với ký hiƯu STM 4-120 cđa h·ng STM Power víi piston Các piston dẫn động cấu cam đặc biệt chuyển động qua lại theo dạng hình sin với góc lệch pha 900 xylanh kÒ 68 silic (silicon rubber ring), vòng căng làm kim loại (tensioner ring) Trong số chúng, vịng cao su silic quan trọng tạo nên đặc tính bạc piston “1-way” Sức ép lên bề mặt xy lanh bạc piston thay đổi phụ thuộc vào khác sức ép bên bên ngồi hình dạng đặc biệt vịng H.3.16 mơ tả ngun lý hoạt động bạc piston Khi áp suất P1 cao P2 (hình bên trái), vịng làm kín đẩy áp suất P1 di chuyển đến cạnh P2 Khi chất khí chảy qua lưng vòng từ nấc vòng cao su đẩy vịng làm kín bên ngồi, kết rò rỉ giảm bớt Ngược lại P2 lớn P1 (hình bên phải), vịng làm kín đẩy sang cạnh P1, nhiên nấc khơng có cạnh chất khí khơng thể chảy qua lưng vịng Khi lực ép lên thành xy lanh vòng làm kín xuất phát từ vịng căng, kết chất khí dễ dàng chảy vào cạnh P1 Hình 3.16: Nguyên lý họat động bạc piston “ the 1-way piston ring” The 1-way piston ring sử dụng cho nhiều động phịng thí nghiệm Đại học Saitama công suất động tăng lên việc sử dụng bạc piston Họ đạt số liệu thực nghiệm sau: Hình 3.17 trình bày mối quan hệ áp suất mơi chất cơng tác góc quay trục khuỷu Bởi việc sử dụng the one way piston ring ta thấy rõ ràng biên độ áp suất tăng lên so với sử dụng vịng làm kín thơng thường 69 Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ áp suất môi chất công tác góc quay trục khuỷu Hình 3.18: Đồ thị P-V động thí nghiệm Hình 3.18 cho ta thấy thay đổi áp suất động theo thể tích cơng tác Đường cong A, B áp suất môi chất công tác không gian giãn nở khơng gian nén động sử dụng vịng làm kín the one way piston ring Đường cong C, D áp suất không gian giãn nở không gian nén động sử dụng vịng làm kín thông thường Qua đồ thị cho ta thấy sử dụng vịng làm kín áp suất động tăng lên, cơng động sinh tăng lên 3.2.4 ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ KHÁC NHAU ĐẾN ĐỘNG CƠ STIRLING Từ phương trình chu trình Schmidt nghiên cứu cơng suất chu trình nhiệt lượng trao đổi nhiệt hàm số tuyến 70 tính với tốc độ động N, áp suất môi chất cơng tác (pmax), kích thước động thể thể tích qt tồn VT Ảnh hưởng bốn thông số thiết kế (, k,  X) tác động lên hiệu suất động rõ ràng Rất khó xác định kết hợp chúng mà đạt hiệu suất tối đa Đây điều quan trọng cần nghiên cứu, thông số cần xác định giai đoạn thiết kế (ngoại trừ tỷ số nhiệt độ ) Các đồ thị Hình (3-1) đến Hình (3-4) biểu thị ảnh hưởng đến thông số công suất chu trình ( p ) theo thay đổi số bốn  p maxVT  thông số , k,  X ba thông số cịn lại khơng đổi Hình cho thấy ảnh hưởng tham số công suất không thứ nguyên p đến thay đổi nhiệt độ buồng giãn nở TE, Với TC không đổi  p maxVT  300K , với góc lệch pha  = 900, tỷ số thể tích quét k = 0,8 tỷ số thể tích chết X = 1,0 Tại buồng giãn nở nhiệt độ 300K,  < 1,0 thông số cơng suất âm, chu trình hoạt động nhiệt chu trình lạnh, u cầu cơng suất thêm vào H 3.19 cho thấy ảnh hưởng tỷ số nhiệt đến cơng suất chu trình, ta khảo sát nhiệt độ (TE) buồng giãn nở lúc lớn nhỏ nhiệt độ buồng nén giả định (300K), tức chế độ máy động lực máy làm mát Khi TE > TC, thông số công suất dương, liên tục tăng lên nhiệt độ buồng giãn nở TE tăng Khi TE < TC, chế độ hoạt động làm mát động cơ, TE giảm xuống, có gia tăng công suất yêu cầu để dẫn động máy Ta thấy rõ động cơ, cơng suất tăng lên việc sử dụng vật liệu chịu nhiệt độ cao cho khoảng giãn nở xilanh trao đổi nhiệt máy làm lạnh nhiệt độ làm lạnh cao tốt 71 0.2 3.0 2.0 1.0 0.2 0.5 0.2 Thông sô công suât P/P maxV T 6.0 Thông sô công suât P/Pmax VT 0.1 0.1 0.0 -0.1 -0.2  400 800 1200 0.0  Thôngsô thê tich quet (k=V /VE) c Nhiêt đô buông gian nơ TE (K) H 3.19: Ảnh hưởng nhiệt độ đến công suất chu trình H 3.20: Ảnh hưởng tỷ số thể tích qt k cơng suất chu trình Đồ thị H.3.20 cho thấy ảnh hưởng thông số công suất không thứ nguyên p theo thay đổi thể tích qt k, với giá trị khơng đổi tỷ p maxVT số nhiệt độ  = 0,25 0,5 góc lệch pha  = 900, tỷ số thể tích chết X = 1.0 hai đường cong này, với giá trị khác , giá trị cực đại cơng suất chu trình khơng xảy giá trị chung k Khơng có giá trị tối ưu cho k giá trị tối ưu phụ thuộc vào kết hợp , , X Hai đường cong rõ rằng, với giá trị cho trước , , X, có giá trị tối ưu  với thông số công suất lớn So sánh hai đường cong  = 0,25  = 0,5 cho ta thấy, giá trị tối ưu  khơng số, mà thay đổi gần 0,75  = 0,25 gần 1,0  = 0,5 Sự thay đổi  X tạo nên thay đổi giá trị tối ưu  Như khơng có giá trị  tối ưu cố định 72 0.2  Thông sô công suât (P/Pmax VT ) Thông sô công suât (P/PmaxV T ) 0.2  0.1  0.1 0.0 60 0.0 Ty sô the tich chet (X=V /V ) c E H 3.21 Ảnh hưởng tỷ số thể tích chết X đến cơng suất  90 120 Goc lêch pha cua truc khuyu (α) H 3.22 Ảnh hưởng góc lệch pha  đến cơng suất Đồ thị cho thấy ảnh hưởng thông số công suất không thứ nguyên p p maxVt theo thay đổi tỷ số chết X, với giá trị không đổi , ,  Không gian chết thể tích rổng hồn nhiệt trao đổi nhiệt, đường dẫn, thể tích khe hở buồng giãn nở buồng nén Sự gia tăng thể tích khơng gian chết làm giảm tỷ lệ thể tích cực đại thể tích cực tiểu gây giảm áp suất, chình điều làm giảm chu trình cơng suất Thể tích chết cần phải làm nhỏ để chu trình cơng suất đạt lớn H.3.21 cho thấy mối quan hệ tỉ số thể tích chết thơng số cơng suất X  VD thông số lượng Nội dung đồ thị rõ ràng, VE gia tăng thể tích chết giới hạn tối thiểu gây nên giảm thông số công suất Thể tích chết cần phải bố trí nhỏ tốt Đồ thị rõ ảnh hưởng thông số công suất không thứ nguyên p p maxVT thay đổi góc lệch pha, với giá trị khơng đổi , , X thông số công suất nhạy cảm với thay đổi góc lệch pha , điều cho thấy cần có 73 nghiên cứu việc thiết kế hình học cấu dẫn động động Stirling Đồ thị H 3.22 cho thấy ảnh hưởng lệch pha đến công suất chu trình, thơng số cơng suất nhạy cảm với góc lệch pha phạm vi mở rộng từ 600 đến 1200 trục khuỷu Thơng thường góc lệch pha tối ưu từ 900 đến 1150 Không gian ba chiều thể đồ thị H.3.23 cho thấy, thay đổi thông số công suất theo thay đổi góc lệch pha  tỷ số thể tích quét ,  X không đổi Bất kỳ thay đổi  X tạo loạt bề mặt tương đương, khác với bề mặt cũ Đỉnh bề mặt tiêu biểu cho giá trị cực đại thông số công suất, xuất chỗ kết hợp tối ưu tỷ số thể tích quét góc lệch pha với giá trị có  X đồ thị H.3.23 cho thấy hai bề mặt tạo thông số công suất khác p P Đối với hai bề mặt này, đỉnh p maxVT RTC xuất kết hợp khác góc lệch pha tỷ số thể tích quét  pt Trong trường hợp bề mặt vẽ cho thông số công suất Pmax = P/RTC  0.45 rad k0pt= 2.9 Trong trường hợp bề mặt vẽ cho thông số công suất p max  P , opt= 0.45  rad kopt = 0.74 p maxVT H 3.23 thể ba chiều tỉ số thể tích qt  góc lệch pha  chu trình lượng Với giá trị không đổi tỷ số nhiệt  = 0,3 tỷ số không gian chết X = 1,0 P ( công suất đơn vị môi chất RTC p công tác) H.3.23b thể thông số công suất ( cơng suất cho kích p maxVT H.3.23a thể thông số công suất thước khối lượng vô hạn) Đỉnh bề mặt (giá trị lớn thơng số cơng suất) vị trí mà giá trị tối ưu góc lệch pha  tỷ số thể tích quét  Trường hợp (a) : opt= 0.45  rad kopt = 2.9 Trường hợp (b) : opt= 0.54  rad kopt = 0.79 Trong hai trường hợp (a) (b) :  = 0.3 X = 1.0 74 a) Công suât đông Pmax 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 1.0 0.8 0.6 0.4 Goc lêch pha α Ty sô thê tich quet(k) 0.2 0.0 b) Công suât đông Pmax 0.3 0.2 0.1 0.0 1.0 0.8 0.6 0.4 Goc lêch pha  0.2 0.0 Ty sô thê tich quet(k) H 3.23 Ảnh hưởng tỷ số thể tích qt  góc lệch pha  đến công suất động 75 Nhiêt lương truyên Qmax 0.16 0.12 0.08 0.04 X=0.1 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 0.00 X=1.0 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 Goc lêch pha α 0.7 0.6 0.5 Ty sô thê tich chêt X X= 0.1, 0.25, 0.5, 1.0 30 1.5 2.0 40 50 60 75 100 150 200 Nhiêt đô buông gian nơ(k) 300 H 3.24 Đồ thị thiết kế cho máy làm lạnh chu trình Stirling 76 0.4 X= 0.1 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 Ty sô công suât 0.3 0.2 0.1 0.00 0.7 Goc lêch pha α X= 0.1 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 0.6 0.5 1.6 X= 0.1 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 Ty sô thê tich 1.2 0.8 0.4 300 500 1000 15002000 Nhiêt đô buông gian nơ (k) H 3.25 Đồ thị thiết kế động Stirling 3000 77 Mặc dầu với đồ thị H.3.24 ích lợi, ta thây tồn chuỗi gần vơ hạn phép hốn vị thông số thiết kế động Điều khó cho nhà thiết kế có kết hợp tối ưu Để khắc phục khó khăn người ta xây dựng đồ thị hợp trình bày H.3.25 máy động lực H.3.24 máy lạnh p chọn làm sở tối ưu p maxVT p hoá Các bề mặt tương đương với hình 3.23, tạo theo giá trị với p maxVT Trên H.3.24, thông số công suất giá trị khác ,  giá trị không đổi  X Đỉnh bề mặt xác định, giá trị đỉnh p , opt, opt thể p maxVT đồ thị thích hợp Tất chúng vẽ theo sở chung nhiệt độ buồng giãn nở TE với nhiệt độ buồng nén ln trì khơng đổi 300k Các đỉnh bề mặt khác, với giá trị khác  X xác định, vẽ để có đồ thị hợp hồn chỉnh tương đương Một kỹ thuật tương đương sử dụng để có đồ thị hợp cho máy làm lạnh với tối ưu hố thơng số làm lạnh QE p maxVT Các đồ thị dùng cho việc thiết kế H.3.24 H.3.25 sử dụng giai đoạn đầu việc thiết kế động Stirling Trong trường hợp máy động lực, điều kiện cần trước tiên xác định nhiệt độ cho phép buồng giản nỡ TE Điều định chất nguồn nhiệt, vật liệu dùng trao đổi nhiệt, buồng giãn nở va xilanh giãn nở Ở nhiệt độ chọn, đường dọc vẽ qua đồ thị, nơi mà đường thẳng gặp đường cong, giá trị thích hợp tỷ số khơng gian chết X, giá trị tối ưu tương ứng hai góc lệch pha  tỷ số thể tích quét  xác định tư tỷ lệ Giá trị thông số công suất động p xác định Với nhiệt độ TE biết, TC ước tính p maxVT (vào khoảng 300K với động làm nguội nước), tỷ số nhiệt độ  tính Với , , X,  có, ta tiến hành q trình thiết kế chi 78 tiết động cơ, sử dụng phương trình dùng cho việc thiết kế cho trước Sự kết hợp tối ưu tỷ số thể tích qt  góc lệch pha  ( theo radian) xác định theo giá trị tỷ số thể tích chết tỷ số nhiệt độ  cho trước Giả sử TC = 300 K, giới hạn bền nhiệt chi phối nhiệt độ buồng giãn nở TE, ta kẻ đường dọc qua TE, giao đường giá trị chọn X xuất giá trị tối ưu   Giá trị thích hợp thơng số khơng thứ nguyên p xác định từ đồ thị p maxVT Tuy nhiên, không tin tưởng số liệu dự đốn tính tốn chu trình Schmidt Kinh nghiệm cho thấy khó có động thực tế có 30% đến 40% cơng suất hiệu suất tính tốn sở chu trình Schmidt 79 KẾT LUẬN Mặc dù sáng chế sử dụng phổ biến châu Âu Bắc Mỹ trước động xăng diesel xuất hiện, năm gần đây, động Stirling chưa đề cập đến sách giáo khoa tài liệu chuyên ngành tiếng Việt Việt Nam Theo số chuyên gia lĩnh vực Cơ khí Động lực, chưa có sở đào tạo NCKH Việt Nam trang bị chế tạo động Stirling dạng động thực tế mơ hình trực quan Đề tài " Phân tích chu trình nhiệt động, đặc điểm cấu tạo khả ứng dụng động Stirling ngành thuỷ sản Việt Nam" hình thành bối cảnh nói giai đoạn chương trình khai thác hải sản xa bờ Việt Nam phát triển có yêu cầu hồn thiện trang thiết bị, có thiết bị lượng tàu khai thác hải sản xa bờ Với thực đề tài nói trên, tác giả hy vọng thu thập phân tích tư liệu bổ ích động Stirling phục vụ công tác đào tạo, NCKH lĩnh vực Cơ khí Động lực, đồng thời đề xuất định hướng việc nghiên cứu chế tạo động Stirling với chức nguồn động lực Việt Nam nói chung phục vụ ngành thuỷ sản nói riêng Luận văn phân tích phần lý thuyết nguyên lý làm việc, chu trình động học, đặc điểm cấu tạo, khả ứng dụng động Stirling vào thực tế Nếu có điều kiện nghiên cứu sâu, chế tạo động Stirling có cơng suất hiệu suất cao, sử dụng nguồn nhiệt đa dạng sẵn có tự nhiên than, củi, địa nhiệt … tận dụng nguồn lượng mặt trời vô tận Hy vọng tương lai gần, việc nghiên cứu áp dụng thực tiễn nước ta Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Cơ khí, phịng Quan hệ quốc tế đào tạo sau Đại học - Trường Đại học Thủy sản Nha Trang, đặc biệt Phó Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Nhận hướng dẫn tận tình tạo điều kiện giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Tác giả Văn Công Minh 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Hải - Trần Thế Sơn (1998), Kỹ thuật nhiệt, nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Graham Walker (1973), Stirling cycle machines, nhà xuất Clarendon Press, Oxfort Univesity Allan J Organ, The Regenerator and the Stirling Engine Allan J Organ, Thermodymics and Gas Dynamics of the Stirling cycle machine Lewis H Abraham, Clarence B, Anderson (1997), Standard handbook for Mechanical Engineers, nhà xuất Mc Graw – Hill, New York Andry Ross (1993), Marking Stirling enginers, nhà xuất Ross Exprimental 13425 Bell Rd Masyville, Ohio 43040 Jame R Selft Morya (1995), An oldproduction to Stirling enginers 81 MỤC LỤC Lời mở đầu …………………………………….… ……………… Trang 04 Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ STIRLING 1.1 Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động động Stirling…… Trang 05 1.1.1 Động Stirling kiểu Alpha …………………………… Trang 06 1.1.2 Động Stirling kiểu Beta……………………………… Trang 12 1.1.3 Động Stirling kiểu Gamma…………………………… Trang 15 1.2 So sánh động Stirling động đốt trong………………… Trang 17 1.2.1 So sánh loại động Striling………………………… Trang 17 1.2.1 So sánh động Striling với ĐCĐT……………………… Trang 18 1.3 Lịch sử phát triển cuả động Stirling ………………………… Trang 19 Chương II: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CUẢ ĐỘNG CƠ STIRLING 2.1 Chu trình lý thuyết động Stirling ……………………… Trang 22 2.1.1 Đồ thị cơng đồ thị nhiệt chu trình lý thuyết động Stirling ………………………………… Trang 22 2.1.2 Hiệu suất nhiệt chu trình lý thuyết động Stirling… Trang 25 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt thực tế ………… Trang 29 2.2 Chu trình nhiệt động học thực tế cuả động Stirling …………… Trang 32 2.3 Chu trình Schmidt ………………………………………………… Trang 38 2.3.1 Các giả thiết ………………………………………… Trang 38 2.3.2 Các ký hiệu thuật ngữ …………………………………… Trang 38 2.3.3 Các phương trình …………………………………… Trang 40 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất cuả chu trình ……………… Trang 36 2.4.1 Ảnh hưởng trình truyền nhiệt …………………… Trang 36 2.4.2 Ảnh hưởng trình hồn nhiệt ……………………… Trang 37 2.4.3 Ảnh hưởng q trình rị rỉ mơi chất …………………… Trang 38 2.4.4 Ảnh hưởng không gian chết …………………………… Trang 38 2.4.5 Ảnh hưởng chuyển động cuả Piston …………………… Trang 38 2.4.6 Tổng ảnh hưởng sai lệch so với điều kiện lý tưởng ……… Trang 39 Chương III: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ STIRLING 3.1 Những lĩnh vực sử dụng động Stirling ………………… Trang 49 82 3.2 Một số vấn đề cần quan tâm thiết kế chế tạo động Stirling Trang 58 3.2.1 Môi chất công tác …….…………………………………… Trang 58 3.2.2 Thiết kế chế tạo trao đổi nhiệt ……………………… Trang 60 3.2.3 Vấn đề làm kín ……………………………………………… Trang 66 3.2.4 Ảnh hưởng thông số khác đến động Stirling…… Trang 69 KẾT LUẬN …………………………………………………………… Trang 79 Phụ lục ………… ……………………………………………… Trang 80 Tài liệu tham khảo ……………………………………………… Trang 117 ... động Stirling để sử dụng nguồn lượng tái sinh đẩy mạnh 25 Chng CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ STIRLING 2.1 CHU TRÌNH LÝ THUYẾT CỦA ĐỘNG CƠ STIRLING 2.1.1 ĐỒ THỊ CÔNG VÀ ĐỒ THỊ NHIỆT CỦA CHU. .. biến châu Âu, động Stirling mặt tài liệu chuyên ngành tiếng Việt, chí thuật ngữ Động Stirling xa lạ với số đông sinh viên ngành Cơ khí Động lực Việt nam Đề tài " Phân tích chu trình nhiệt động,... để có số lượng lớn cơng từ chu trình Stirling khơng cần thiết phải cần đến áp suất thể tích quét lớn chu trình Carnot H.2.2 biểu diễn chu trình carnot chu trình lý thuyết động Stirling với nhiệt