i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các tạp chí khoa học và công trình nào khác. Các thông tin số liệu trong luận văn này đều có nguồn gốc và được ghi chú rõ ràng. Tác giả (Ký và ghi rõ họ tên) Trần Văn Khiêm ii LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An, được sự hỗ trợ, giúp đỡ và tạo điều kiện từ nhiều cơ quan, tổ chức và cá nhân.
Luận văn của tôi cũng được hoàn thành dựa trên sự tham khảo, học tập kinh nghiệm từ các kết quả nghiên cứu liên quan, các tạp chí chuyên ngành của nhiều tác giả ở các trường Đại học, các tổ chức nghiên cứu, tổ chức chính trị…Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các phòng, khoa thuộc Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An và các Giáo sư, P. Giáo sư, Tiến sĩ đã nhiệt tình giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và làm Luận văn. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn và lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS Trương Tích Thiện, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn khoa học đã luôn dành thời gian, công sức để cập nhật thêm kiến thức, cung cấp tài liệu và phương pháp luận trong suốt quá trình thực hiện đề tài để tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Ban lãnh đạo nhà trường; các Anh chị Cán bộ quản lý, giáo viên, nhân viên, cùng bạn bè, đồng nghiệp đã luôn ở bên cạnh tôi ủng hộ, giúp đỡ tôi có thời gian nghiên cứu đề tài và hết lòng hỗ trợ tôi về mặt tinh thần, tạo điều kiện tốt nhất để tôi nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Do điều kiện về năng lực bản thân còn hạn chế, trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù đã cố gắng hoàn thiện đề tài qua tham khảo tài liệu, trao đổi và tiếp thu ý kiến đóng góp nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy tôi kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong hội đồng khoa học, những người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn. Tác giả (Ký và ghi rõ họ tên) Trần Văn Khiêm iii TÓM TẮT Việt Nam có rất nhiều thuận lợi để khai thác năng lượng mặt trời (NLMT) khi có lượng ánh sáng mặt trời trung bình hàng năm dao động từ 4,3 đến 5,7 triệu kWh/m2.
Do đó,chúng ta cần có nhiều nghiên cứu về công nghệ để khai thác được tiềm năng to lớn này. Tháp NLMT là công nghệ được sử dụng phổ biến trên Thế giới để khai thác NLMT. Tháp hoạt động dựa trên sự kết hợp từ hiệu ứng của 03 công nghệ: tháp đối lưu, nhà kính và turbine gió. Tháp NLMT có rất nhiều ưu điểm nhưng với kết cấu thân tháp quá lớn, tiếp xúc với cả lưu chất bên trong và bên ngoài tháp, đòi hỏi quá trình phân tích kết cấu phải chính xác.
Với các bài toán đa môi trường phức tạp như bài toán tương tác lưu chất - kết cấu, giải pháp chủ yếu là sử dụng các chương trình tính toán số gần đúng hoặc phải thực nghiệm. Trong luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu phương pháp số phân tích bài toán lưu chất và bài toán trường cặp đôi lưu chất - kết cấu và sử dụng các phương pháp này để phân tích cho hai mô hình tháp NLMT với 4 bài toán được thực hiện thông qua chương trình ANSYS. Các kết quả sơ bộ của luận văn khá phù hợp với thực tế và có sai số bé khi so sánh với kết quả của các nghiên cứu trước. iv ABSTRACT VietNam has many advantages to exploit solar energywhen the average annual amount of sunlight ranges from 4.
Therefore, we need a lot of research to exploit this great potential. Solar energy tower is a technology commonly used in the world to exploit solar energy. The tower works based on a combination of the effects of three technologies: convection towers, greenhouses and wind turbines. Solar energy towers have many advantages but with the too large tower structure, contacting to both internal and external fluid, requiring strict structural analysis.
With complex multi-environment problems such as fluid-structure interaction problem, the solution is mainly to use numerical method. In thethesis, the author focuses on studying numerical methods to analyze fluid problem and fluid-structure coupling field problem and uses these methods to analyze for two solar power tower models with 4 problemsis analyzedbased on the ANSYS program. The preliminary results of the thesis are quite consistent with reality and have small errors compared to the results of previous studies. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
iv MỤC LỤC. v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT. viii DANH MỤC VIẾT TẮT TIẾNG ANH. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU.
ix DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ .TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI. Tính cần thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Mục tiêu chung.
Mục tiêu cụ thể. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Câu hỏi nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu. Tổng quan các công trình nghiên cứu trước. Các nghiên cứu trong nước:. Các nghiên cứu ở nước ngoài.
Công nghệ tháp đối lưu sử dụng năng lượng mặt trời. Nguyên lí hoạt động. Những ưu và khuyết điểm từ hệ thống tháp đối lưu nhờ năng lượng mặt trời. Lý thuyết tổng quan bài toán trường cặp đôi lưu chất – kết cấu.
Các thông số cơ bản của lưu chất. Phương pháp thể tích kiểm soát – Đạo hàm toàn phần của một tích phân khối. Phương trình liên tục. Phương trình chuyển động của lưu chất lý tưởng (Phương trình Euler).
Phương trình chuyển động của lưu chất thực (Phương trình Navier – Stockes). Phương trình động lượng. Lý thuyết phương pháp số. Phương pháp phần tử hữu hạn [5].
Phương pháp thể tích hữu hạn .MÔ PHỎNG DÒNG LƯU CHẤT TRONG MÔ HÌNH THÁP SOLAR CHIMNEY. Mô hình tháp Manzanares. Mô hình bài toán.2 Mô hình thể tích hữu hạn trong ANSYS. Điều kiện biên.
Kết quả phân tích. Mô hình tháp Enviro Mission. Mô hình bài toán. Mô hình thể tích hữu hạn của khối lưu chất trong ANSYS.
Điều kiện biên. Kết quả phân tích. Phân tích ảnh hưởng của dòng lưu chất bên trong đến kết cấu thân tháp. Phương pháp phân tích.
Mô hình bài toán. Điều kiện biên và lực tác động từ lưu chất bên trong. Kết quả phân tích. Phân tích ảnh hưởng của dòng lưu chất bên ngoài đến kết cấu thân tháp.
Mô hình bài toán trong ANSYS. Điều kiện biên mô hình bài toán:. Kết quả mô phỏng dòng lưu chất bên ngoài: .KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Những ưu điểm chính của luận văn.
Những thiếu sót chính của luận văn. Hướng phát triển .54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 55 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT STT TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 VN Việt Nam 2 NLMT Năng lượng mặt trời 3 EVN HANOI Tổng công ty Điện lực Hà Nội 4 PP PTHH Phương pháp phần tử hữu hạn 5 PP TTHH Phương pháp thể tích hữu hạn DANH MỤC VIẾT TẮT TIẾNG ANH STT TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 CFD Computational Fluid Dynamics 2 ANSYS Analysis System 3 FEM Finite element method 4 FVM Finite volume method ix DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG BIỂU TÊN BẢNG BIỂU TRANG Những thông số kỹ thuật chính của mô hình Bảng 1.1 3 tháp tại Manzanares Những thông số kỹ thuật chính của mô hình Bảng 3.1 31 tháp tại Manzanares Những thông số kỹ thuật chính của mô hình Bảng 3.2 39 tháp năng lượng 1000m x DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình 1. (a) - Tháp Solar Tower 194.
Tháp đối lưu sử dụng năng lượng mặt trời (Mô hình thực tế tại Manzanares - Tây Ban Nha) [4]. Sơ đồ hoạt động tháp năng lượng mặt trời [6]. Bộ phận hấp thu năng lượng mặt trời thành hệ thống nhà kính. Sự phân bố vận tốc tại lớp biên sát thành cứng.
Thể tích kiểm soát. Phân tố lưu chất. Phân tố lưu chất thực. Đoạn dòng chảy giới hạn.
Cách thức chia lưới có cấu trúc (trong bài toán 2 chiều): (a) không gian vật lý thực tế (b) không gian tính toán; η, ξ thể hiện tọa độ cong. Hình dạng các ô lưới của phương pháp chia lưới có cấu trúc. Hình dạng lưới có cấu trúc, đa khối đối với miền khảo sát có hình dạng phức tạp; Các đường in đậm là đường biên của các khối. Lưới không có cấu trúc và hỗn hợp.
Các hình dạng ô lưới sử dụng trong phương pháp chia lưới không có cấu trúc. Phương pháp thể tích hữu hạn. Tháp Solar Tower 194. Mô hình tháp trong ANSYS: (a)-Mô hình đầy đủ của tháp; (b)-Mô hình 1/64 tháp.Mô hình lưới trong ANSYS: (a)-Mô hình lưới phần tháp; (b)-Mô hình lưới phần đế; (c) mô hình lưới inflation cho lớp biên.
Điều kiện biên bài toán trong môi trường CFX. Trường vận tốc khối lưu chất trong mô hình ½ tháp. Biểu đồ vận tốc thay đổi theo chiều cao tháp (tính theo đường dòng sát lớp biên). Kết quả phân bố nhiệt độ (kết quả 1/4 mô hình).
Biểu đồ nhiệt theo độ cao. Giá thành xây dựng trên 1KW năng lượng theo chiều cao (theo Solar Tower Conference – Germany 2010). Tháp Enviro Mission cao 1000m. Mô hình tháp 1000m xây dựng trong môi trường Ansys.
Mô hình lưới thể tích hữu hạn khối lưu chất bên trong tháp. Điều kiện biên bài toán trong môi trường CFX. Trường vận tốc khối lưu chất trong mô hình ½ tháp. Biểu đồ vận tốc thay đổi theo chiều cao tháp (tính theo đường dòng sát lớp biên).
Mô hình thân tháp trong ANSYS. Điều kiện biên và áp lực của dòng khí bên trong sau khi được chuyển vào bài toán tĩnh học. Kết quả ứng suất và biến dạng của thân tháp chịu tác dụng áp suất của dòng khí bên trong. Mô hình tháp và khối không khí xung quanh tháp.
Điều kiện biên và tải trọng bản thân tháp. Trường áp suất của dòng khí bên ngoài tác dụng lên thân tháp. Kết quả trường ứng suất – biến dạng trong thân tháp. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.
Tính cần thiết của đề tài Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận và thân thiện với môi trường.