Giáo trình hình thành quy trình ứng dụng bức xạ năng lượng phóng xạ theo góc nhìn mặt trời p4

Chia sẻ: Sdas Fasf | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình hình thành quy trình ứng dụng bức xạ năng lượng phóng xạ theo góc nhìn mặt trời p4', khoa học tự nhiên, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình hình thành quy trình ứng dụng bức xạ năng lượng phóng xạ theo góc nhìn mặt trời p4

Tõ ®ã suy ra: (Cn - Cp)dT = -vdp (c) (Cn - Cv)dT = pdv (d) Chia vÕ theo vÕ ph−¬ng tr×nh (c) cho (d) ta ®−îc: Cn − Cp vdp =− (3-52) Cn − Cv pdv ký hiÖu: Cn − Cp n= (3-53) Cn − Cv Ta thÊy n lµ mét h»ng sè v× Cn, Cp vµ Cv ®Òu lµ h»ng sè. Tõ (3-52) vµ (3-53) ta cã: − vdp n= (3-54) pdv hay npdv + vdp = 0, chia hai vÕ cña ph−¬ng tr×nh cho pv ta ®−îc: dp dv +n =0 p v LÊy tÝch ph©n hai vÕ (3-55) ta ®−îc: n.lnv + lnp = const TiÕp tôc biÕn ®æi ta ®−îc ph−¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh ®a biÕn: pvn = const (3-55) trong ®ã n lµ sè mò ®a biÖn. So s¸nh biÓu thøc (3-39) víi (3-55) ta thÊy: ph−¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh ®a biÕn gièng hÖt nh− d¹ng ph−¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt. Tõ ®ã b»ng c¸c biÕn ®æi t−¬ng tù nh− khi kh¶o sat qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt vµ chó y thay sè mò ®o¹n nhiÖt k b»ng sè mò ®a biÕn n, ta ®−îc c¸c biÓu thøc cña qu¸ tr×nh ®a biÕn nh− sau:. * Quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè: Tõ (3-55) ta cã: p1 v1 = p 2 v n n 2 hay: n p1 ⎛ v 2 ⎞ =⎜ ⎟ (3-56) p 2 ⎜ v1 ⎟ ⎝⎠ RT Tõ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ta cã: p = , thay vµo (3-40) ta ®−îc: v n −1 n ⎛v ⎞ T ⎛v ⎞ RT1 v 2 =⎜ 2⎟ ⇒ 1 =⎜ 2⎟ . (3-57 v 1 RT2 ⎜ v 1 ⎟ T2 ⎜ v 1 ⎟ ⎝⎠ ⎝⎠ n −1 T1 ⎛ p 1 ⎞ n =⎜ ⎟ (3-58) T2 ⎜ p 2 ⎟ ⎝⎠ * C«ng thay ®æi thÓ tich cña qu¸ tr×nh: Cã thÓ tÝnh c«ng thay ®æi thÓ tÝch theo ®Þnh luËt nhiÖt ®éng I, hoÆc còng cã thÓ tÝnh theo ®Þnh nghÜa dl = pdv, t−¬ng tô nh− ë qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt: 35
2 l = ∫ pdv (3-59 1 [p1 v1 − p 2 v 2 ] 1 l= (3-60) n −1 RT1 ⎡ ⎛ v 1 ⎞ ⎤ n −1 ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎥ l= (3-61 n −1 ⎢ ⎜ v2 ⎟ ⎥ ⎝⎠⎦ ⎣ ⎡ ⎤ n −1 RT1 ⎢ ⎛ p 2 ⎞ n ⎥ 1− ⎜ ⎟ l= (-62) n − 1 ⎢ ⎜ p1 ⎟ ⎥ ⎝⎠⎥ ⎢ ⎣ ⎦ RT1 ⎡ T2 ⎤ l= ⎢1 − ⎥ (3-63) n − 1 ⎣ T1 ⎦ * C«ng kü thuËt cña qu¸ tr×nh: Tõ biÓu thøc: vdp dl kt n=− = pdv dl ta suy ra quan hÖ gi÷a c«ng kü thuËt vµ c«ng thay ®æi thÓ tÝch trong qu¸ tr×nh ®a biÕn lµ: lkt = n.l (3-64) * NhiÖt l−îng trao ®æi víi m«i tr−êng: L−îng nhiÖt trao ®æi víi m«i tr−êng cña qu¸ tr×nh ®−îc x¸c ®Þnh theo nhiÖt dung riªng ®a biÕn: dq = CndT hoÆc: q = Cn(T2 - T1) (3-65) Tõ (3-53) ta cã: (Cn - Cp) = n(Cn - Cv) hay: Cn(n - 1) = Cv(n - k), tõ ®ã suy ra nhiÖt dung riªng ®a biÕn b»ng: n−k Cn = Cv (3-66) n −1 Thay vµo (3-55) ta ®−îc nhiÖt l−îng trao ®æi trong qu¸ tr×nh ®a biÕn b»ng: n−k q = Cv (3-67) (T2 - T1) n −1 TÝnh cho khèi G kg khÝ: Q = GCn(T2 - T1) (3-68) * BiÕn thiªn entropi cña qu¸ tr×nh: §é biÕn thiªn entr«pi cña qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt: C dT dq Tõ biÓu thøc: ds = , thay gi¸ trÞ dq = CndT vµo ta cã: ds = n T T vµ lÊy tÝch ph©n ta ®−îc: 36
T2 ∆s = C n ln (3-69) T1 hoÆc thay gi¸ trÞ dq = CvdT + pdv vµo ta ®−îc: dT pdv dT dv ds = C v + = Cv +R (3-70) T T T v T v ∆s = C v ln 2 + R ln 2 (3-71) T1 v1 HoÆc thay gi¸ trÞ (dq = CpdT - vdp) vµo ta ®−îc: dT dp dT dp ds = C p −v = Cp +R (3-72) T T T p T p ∆s = C p ln 2 − R ln 2 (3-73) T1 p1 HoÆc cã thÓ tÝnh c¸ch kh¸c: Tõ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i pv = RT, lÊy vi ph©n ta ®−îc: pdv + vdp = RdT (3-74) chia vÕ theo vÕ cho ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ta ®−îc: dv dp dT + = vµ thay vµo (3-72) ta ®−îc: v p T ⎛ dv dp ⎞ dp dv dp ds = C p ⎜ + ⎟ − R = Cp + Cv (3-75) ⎜v ⎟ ⎝ p⎠ p v p v p ∆s = C p ln 2 − C v ln 2 (3-76) v1 p1 * TÝnh sè mò ®a biÕn: dp vdp p n= − suy ra: n = − dv pdv v lÊy tÝch ph©n ta ®−îc: p ln 2 p1 n=− (3-77) v2 ln v1 HoÆc cã thÓ c¸ch kh¸c theo q, l, k. Tõ quan hÖ (3-63) vµ (3-67) ta cã: [T1 − T2 ] R l= (3-78a) n −1 n−k [T2 − T1 ] q = Cv vµ (3-78b) n −1 37
MÆt kh¸c ta l¹i cã: R = Cp - Cv = Cv(k - 1), thay gi¸ trÞ cña R vµo c«ng thøc (3-78a) vµ ®Ó ý (3-78b0 ta cã: k −1 [T1 − T2 ] = C v n − k . 1 − k [T2 − T1 ] = q. 1 − k l = Cv n −1 n −1 n − k n−k q (1 − k ) = n − k hay: l tõ ®ã suy ra: q n = (1 − k ) + k (3-79) l * HÖ sè biÕn ®æi n¨ng l−îng cña qu¸ tr×nh: C v (T2 − T1 ) n −1 ∆u α= = = (3-80) n−k n−k (T2 − T1 ) q Cv n −1 * TÝnh tæng qu¸t cña qu¸ tr×nh: Qu¸ tr×nh ®a biÕn lµ qu¸ tr×nh tæng qu¸t víi sè mò ®a biÕn n = -∞ ÷ +∞, c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng c¬ b¶n cßn l¹i chØ lµ c¸c tr−êng hîp riªng cña nã. ThËt vËy, tõ ph−¬ng tr×nh pvn = const ta thÊy: Khi n = 0, ph−¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh lµ pv0 = const, hay p = const víi nhiÖt dung riªng Cn = Cp, qu¸ tr×nh lµ ®¼ng ¸p. Khi n = 1, ph−¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh lµ pv1 = const, hay T = const víi nhiÖt dung riªng CT = ±∞, qu¸ tr×nh lµ ®¼ng nhiÖt. Khi n = k, ph−¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh lµ pvk = const, hay q = 0 víi nhiÖt dung riªng Cn = 0, qu¸ tr×nh lµ ®o¹n nhiÖt. Khi n = ±∞, ph−¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh lµ pv±∝ = const, hay v = const víi nhiÖt dung riªng Cn = Cv, qu¸ tr×nh lµ ®¼ng tÝch. Nh− vËy c¸c qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt (C = 0), ®¼ng nhiÖt (C = ±∞), ®¼ng tÝch (C = Cv), ®¼ng ¸p (C = Cp) lµ c¸c tr−êng hîp riªng cña qu¸ tr×nh ®a biÕn. * BiÓu diÔn qu¸ tr×nh trªn ®å thÞ: 38
Qu¸ tr×nh ®a biÕn 1-2 bÊt kú víi n = -∞ ÷ +∞ ®−îc biÓu diÔn trªn ®å thÞ p-v vµ T-s h×nh 3.6. Sè mò ®a biÕn thay ®æi tõ -∝ theo chiÒu kim ®ång hå t¨ng dÇn lªn ®Õn 0, 1 råi k (k > 0) vµ cuèi cïng b»ng +∞. Trªn ®å thÞ p-v, ®−êng cong biÓu diÔn qu¸ tr×nh ®a biÕn dèc h¬n ®−êng cong cña qu¸ tr×nh, v× qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt cã n = 1, cßn qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt cã n = k, ( k > 1). * Kh¶o s¸t dÊu cña ∆u, q theo sè mò n: Dùa vµo ®å thÞ p-v vµ T-s cña qu¸ tr×nh ®a biÕn ta cã thÓ xÐt dÊu cña biÕn thiªn néi n¨ng, c«ng thay ®æi thÓ tÝch vµ nhiÖt l−îng trao ®æi trong c¸c qu¸ tr×nh: Khi nhiÖt ®é t¨ng, biÕn ®æi néi n¨ng sÏ mang dÊu d−¬ng. VËy ∆uAB > 0 khi qu¸ tr×nh xÈy ra n»m phÝa trªn ®−êng ®¼ng nhiÖt vµ ng−îc l¹i. Khi thÓ tÝch t¨ng, c«ng mang dÊu d−¬ng. VËy lAB > 0 khi qu¸ tr×nh xÈy ra n»m phÝa bªn ph¶i ®−êng ®¼ng tÝch vµ ng−îc l¹i. Khi entropi t¨ng, nhiÖt l−îng trao ®æi cña qu¸ tr×nh sÏ mang dÊu d−¬ng vµ ng−îc l¹i. VËy qAB > 0 khi qu¸ tr×nh xÈy ra n»m phÝa trªn ®−êng ®o¹n nhiÖt vµ ng−îc l¹i. n−k Vïng Sè mò n v t¨ng v gi¶m C= Cn ∆u ∆u n −1 q Q 0
Chæång 3: THIÃÚT BË SÆÍ DUÛNG NÀNG LÆÅÜNG MÀÛT TRÅÌI 3.1. Tæng quan vÒ thiÕt bÞ sö dông n¨ng l−îng mÆt trêi N¨ng l−îng mÆt trêi lµ nguån n¨ng l−îng mµ con ng−êi biÕt sö dông tõ rÊt sím, nh−ng øng dông NLMT vµo c¸c c«ng nghÖ s¶n xuÊt vµ trªn quy m« réng th× míi chØ thùc sù vµo cuèi thÕ kû 18 vµ còng chñ yÕu ë nh÷ng n−íc nhiÒu n¨ng l−îng mÆt trêi, nh÷ng vïng sa m¹c. Tõ sau c¸c cuéc khñng ho¶ng n¨ng l−îng thÕ giíi n¨m 1968 vµ 1973, NLMT cµng ®−îc ®Æc biÖt quan t©m. C¸c n−íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn ®· ®i tiªn phong trong viÖc nghiªn cøu øng dông NLMT. C¸c øng dông NLMT phæ biÕn hiÖn nay bao gåm c¸c lÜnh vùc chñ yÕu sau: Pin mÆt trêi Pin mÆt trêi lµ ph−¬ng ph¸p s¶n xuÊt ®iÖn trùc tiÕp tõ NLMT qua thiÕt bÞ biÕn ®æi quang ®iÖn. Pin mÆt trêi cã −u ®iÓm lµ gän nhÑ cã thÓ l¾p bÊt kú ë ®©u cã ¸nh s¸ng mÆt trêi, ®Æc biÖt lµ trong lÜnh vùc tµu vò trô. øng dông NLMT d−íi d¹ng nµy ®−îc ph¸t triÓn víi tèc ®é rÊt nhanh, nhÊt lµ ë c¸c n−íc ph¸t triÓn. Ngµy nay con ng−êi ®· øng dông pin NLMT ®Ó ch¹y xe thay thÕ dÇn nguån n¨ng l−îng truyÒn thèng. Tuy nhiªn gi¸ thµnh thiÕt bÞ pin mÆt trêi Hình 3.1 HÖ thèng pin mÆt trêi cßn kh¸ cao, trung b×nh hiÖn nay kho¶ng 5USD/WP, nªn ë nh÷ng n−íc ®ang ph¸t triÓn pin mÆt trêi hiÖn míi chØ cã kh¶ n¨ng duy nhÊt lµ cung cÊp n¨ng l−îng ®iÖn sö dông cho c¸c vïng s©u, xa n¬i mµ ®−êng ®iÖn quèc gia ch−a cã. ë ViÖt Nam, víi sù hç trî cña mét sè tæ chøc quèc tÕ ®· thùc hiÖn thµnh c«ng viÖc x©y dùng c¸c tr¹m pin mÆt trêi cã c«ng suÊt kh¸c nhau phôc vô nhu cÇu sinh ho¹t vµ v¨n ho¸ cña c¸c ®Þa ph−¬ng vïng s©u, vïng xa, nhÊt lµ ®ång b»ng 40
s«ng Cöu Long vµ T©y Nguyªn. Tuy nhiªn hiÖn nay pin mÆt trêi vÉn ®ang cßn lµ mãn hµng xa xØ ®èi víi c¸c n−íc nghÌo nh− chóng ta. Nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn sö dông n¨ng l−îng mÆt trêi §iÖn n¨ng cßn cã thÓ t¹o ra tõ NLMT dùa trªn nguyªn t¾c t¹o nhiÖt ®é cao b»ng mét hÖ thèng g−¬ng ph¶n chiÕu vµ héi tô ®Ó gia nhiÖt cho m«i chÊt lµm viÖc truyÒn ®éng cho m¸y ph¸t ®iÖn. HiÖn nay trong c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn sö dông NLMT cã c¸c lo¹i hÖ thèng bé thu chñ yÕu sau ®©y: H×nh 3.2. Nhµ m¸y ®iÖn mÆt trêi HÖ thèng dïng parabol trô ®Ó tËp trung tia bøc x¹ mÆt trêi vµo mét èng m«i chÊt ®Æt däc theo ®−êng héi tô cña bé thu, nhiÖt ®é cã thÓ ®¹t tíi 400oC. HÖ thèng nhËn nhiÖt trung t©m b»ng c¸ch sö dông c¸c g−¬ng ph¶n x¹ cã ®Þnh vÞ theo ph−¬ng mÆt trêi ®Ó tËp trung NLMT ®Õn bé thu ®Æt trªn ®Ønh th¸p cao, nhiÖt ®é cã thÓ ®¹t tíi trªn 1500oC. HÖ thèng sö dông g−¬ng parabol trßn xoay ®Þnh vÞ theo ph−¬ng mÆt trêi ®Ó tËp trung NLMT vµo mét bé thu ®Æt ë tiªu ®iÓm cña g−¬ng, nhiÖt ®é cã thÓ ®¹t trªn 1500oC. HiÖn nay ng−êi ta cßn dïng n¨ng l−îng mÆt trêi ®Ó ph¸t ®iÖn theo kiÓu “ th¸p n¨ng l−îng mÆt trêi - Solar power tower “. Australia ®ang tiÕn hµnh dù ¸n x©y dùng mét th¸p n¨ng l−îng mÆt trêi cao Hçnh 3.3 Th¸p n¨ng l−îng MÆt trêi 1km víi 32 tuèc bin khÝ cã tæng c«ng suÊt 200 MW. Dù tÝnh r»ng ®Õn n¨m 2006 th¸p n¨ng l−îng mÆt trêi nµy sÏ cung cÊp ®iÖn mçi n¨m 650GWh cho 200.000 hé gia ®×nh ë miÒn t©y 41
nam New South Wales - Australia, vµ sÏ gi¶m ®−îc 700.000 tÊn khÝ g©y hiÖu øng nhµ kÝnh trong mçi n¨m. ThiÕt bÞ sÊy kh« dïng n¨ng l−îng mÆt trêi HiÖn nay NLMT ®−îc øng dông kh¸ phæ biÕn trong lÜnh n«ng nghiÖp ®Ó sÊy c¸c s¶n phÈm nh− ngò cèc, thùc phÈm ... nh»m gi¶m tû lÖ hao hôt vµ t¨ng chÊt l−îng s¶n phÈm. Ngoµi môc ®Ých ®Ó sÊy c¸c lo¹i n«ng s¶n, NLMT cßn ®−îc dïng H×nh 3. 4. ThiÕt bÞ sÊy NLMT ®Ó sÊy c¸c lo¹i vËt liÖu nh− gç. BÕp nÊu dïng n¨ng l−îng mÆt trêi BÕp n¨ng l−îng mÆt trêi ®−îc øng dông rÊt réng r·i ë c¸c n−íc nhiÒu NLMT nh− c¸c n−íc ë Ch©u Phi. ë ViÖt Nam viÖc bÕp n¨ng l−îng mÆt trêi còng ®· ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn. N¨m 2000, Trung t©m Nghiªn cøu thiÕt bÞ ¸p lùc vµ n¨ng l−îng míi - §¹i häc §µ N½ng ®· phèi H×nh 3.5. TriÓn khai bÕp nÊu c¬m b»ng NLMT. hîp víi c¸c tæ chøc tõ thiÖn Hµ Lan triÓn khai dù ¸n (30 000 USD) ®−a bÕp n¨ng l−îng mÆt trêi - bÕp tiÖn lîi (BTL) vµo sö dông ë c¸c vïng n«ng th«n cña tØnh Qu¶ng Nam, Qu¶ng Ng·i, dù ¸n ®· ph¸t triÓn rÊt tèt vµ ngµy cµng ®ù¬c ®«ng ®¶o nh©n d©n ñng hé. Trong n¨m 2002, Trung t©m dù kiÕn sÏ ®−a 750 BTL vµo sö dông ë c¸c x· huyÖn Nói Thµnh vµ triÓn khai øng dông ë c¸c khu ng− d©n ven biÓn ®Ó hä cã thÓ nÊu n−íc, c¬m vµ thøc ¨n khi ra kh¬i b»ng NLMT . 42
ThiÕt bÞ ch−ng cÊt n−íc dïng NLMT ThiÕt bÞ ch−ng cÊt n−íc th−êng cã 2 lo¹i: lo¹i n¾p kÝnh ph¼ng cã chi phÝ cao (kho¶ng 23 USD/m2), tuæi thä kho¶ng 30 n¨m, vµ lo¹i n¾p plastic cã chi phÝ rÎ h¬n nh−ng hiÖu qu¶ ch−ng cÊt kÐm h¬n. ë ViÖt Nam ®· cã ®Ò tµi H×nh 3.6. ThiÕt bÞ ch−ng cÊt n−íc dïng NLMT nghiªn cøu triÓn khai øng dông thiÕt bÞ ch−ng cÊt n−íc NLMT dïng ®Ó ch−ng cÊt n−íc ngät tõ n−íc biÓn vµ cung cÊp n−íc s¹ch dïng cho sinh ho¹t ë nh÷ng vïng cã nguån n−íc « nhiÔm víi thiÕt bÞ ch−ng cÊt n−íc NLMT cã g−¬ng ph¶n x¹ ®¹t ®−îc hiÖu suÊt cao t¹i khoa C«ng nghÖ NhiÖt §iÖn l¹nh-Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa §µ N½ng. §éng c¬ Stirling ch¹y b»ng NLMT øng dông NLMT ®Ó ch¹y c¸c ®éng c¬ nhiÖt - ®éng c¬ Stirling ngµy cµng ®−îc nghiªn cøu vµ øng dông réng r·i dïng ®Ó b¬m n−íc sinh ho¹t hay t−íi c©y ë c¸c n«ng tr¹i. ë ViÖt Nam ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng NLMT còng ®· ®−îc nghiªn cøu chÕ H×nh 3.7 §éng c¬ Stirling dïng NNLMT t¹o ®Ó triÓn khai øng dông vµo thùc tÕ. Nh− ®éng c¬ Stirling, b¬m n−íc dïng n¨ng l−îng mÆt trêi. 43
H×nh 3.8. B¬m n−íc ch¹y b»ng NLMT ThiÕt bÞ ®un n−íc nãng b»ng NLMT øng dông ®¬n gi¶n, phæ biÕn vµ hiÖu qu¶ nhÊt hiÖn nay cña NLMT lµ dïng ®Ó ®un n−íc nãng. C¸c hÖ thèng n−íc nãng dïng NLMT ®· ®−îc dïng réng r·i ë nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi. H×nh 3.9 HÖ thèng cung cÊp n−íc nãng dïng NLMT ë ViÖt Nam hÖ thèng cung cÊp n−íc nãng b»ng NLMT ®· vµ ®ang ®−îc øng dông réng r·i ë Hµ Néi, Thµnh phè HCM vµ §µ N½ng (h×nh 1.2). C¸c hÖ thèng nµy ®· tiÕt kiÖm cho ng−êi sö dông mét l−îng ®¸ng kÓ vÒ n¨ng l−îng, gãp phÇn rÊt lín trong viÖc thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh tiÕt kiÖm n¨ng l−îng cña n−íc ta vµ b¶o vÖ m«i tr−êng chung cña nh©n lo¹i. 44