LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2015 Huỳnh Quang Phúc Trang iii CẢM TẠ Trong suốt quá trình thực hiện luận văn này ngƣời thực hiện đã đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của TS.LÊ CHÍ KIÊN giảng viên trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh.Dƣới sự hƣớng dẫn của các Thầy luận vănđã đƣợc thực hiện và hoàn thành đúng thời hạn cũng nhƣ mục tiêu đề ra ban đầu.Ngƣời thực hiện xin gửi lòng cảm ơn sâu sắc đếnthầy TS.LÊ CHÍ KIÊN vì những kiến thức quý báu và các phƣơng pháp nghiên cứu mà thầy đã truyền dạy. Ngƣời thực hiện gửi lòng tri ân đến quý thầy cô trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh cùng quý thầy cô trƣờng Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh đã tận tình hƣớng dẫn và truyền đạt những kiến thức, phƣơng pháp nghiên cứu và các kinh nghiệm trong suốt thời gian qua.Những kiến thức và kinh nghiệm này chính là nền tảng giúp ngƣời thực hiện hoàn thành tốt luận vănnày. Ngƣời thực hiện chân thành cảm ơn quý anh chị, bạn bè và ngƣời thân đã tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Trang iv TÓM TẮT Trong nghiên cứu này mô hình làm mát đơn của lò phản ứngnhiệt hạch đã đƣợc sử dụng nhƣ một nguồn năng lƣợng cung cấp cho máy phát MHD.Lò phản ứng này đƣợc thiết kế các vách ngăn đƣợc bao bọc trong bồn, các vách ngăn sử dụng để thu nhận nhiệt của phản ứng nhiệt hạch (bao gồm X-ray, các hạt tích điện, và neutron) và để chuyển đổi năng lƣợng nhiệt hạch thành năng lƣợng nhiệt. Trong mô hình làm mát đơn này chất làm mát sau khi đƣợc đun nóng trong các vách đầu tiênsau đó lại đƣợc đun nóng lên lần nữa trong các vách ngăn tiếp theo. Do đó nhiệt độ khí đƣa ra làm việc có thể lớn hơn 2000K. Hệ thống sử dụng làm mát đơn đạt hiệu suất cao nhất 58.
Nó đã đƣợc nghiên cứu thấy rằng việc khai thác enthalpy và nhiệt độ đầu ra tƣờng đầu tiên cả hai ảnh hƣởng đến sản lƣợng điện nhiệt hạch. Do đó hiệu suất nhà máy đã bị ảnh hƣởng rất nhiều bởi các yếu tố này. Với sự gia tăng của nhiệt độ đầu ra từ lò phản ứng hiệu suất nhà máy tăng lên.Tuy nhiên, giới hạn nhiệt độ của bồn không quá 2400K do vật liệu.Nếu nhiệt độ đầu ralớn hơn 2400K từ lò phản ứng thì không thể đƣợc sử dụng. Kết quả thu đƣợc trong nghiên cứu này đánh giá đƣợc hiệu suất của hệ thống khi có, không có bộ trao đổi nhiệt và ảnh hƣởng của nhiệt độ đầu ra từ lò phản ứng có thể cung cấp hƣớng dẫn cho việc xác định thiết kế vàđiều kiện hoạt động tối ƣu của một hệ thống phát điện MHD sử dụngmột nguồn nhiệt từ lò phản ứng ICF.
Các tính toán ở đây có thể đƣợc mở rộng để tính toán kinh tế bao gồm các kích thƣớc và chi phí khác của hệ thống phát điện. Các nội dung thực hiện trong nghiên cứu này chỉ thực hiện mô phỏng theo mô hình toán học và kết quả tƣơng đối đạt yêu cầu. Do đó, học viên sẽ tiếp tục thực hiện các công việc còn lại với hệ thống thực để đánh giá các tiêu chí về các tham số trong bộ truyền nhiệt. Trang v ABSTRACT In this study, the series cooling model and the parallel cooling model of inertial confinement fusion reactor were used as a heat source for driving the MHD Turbine combined power generation system.
This reactor is designed with the first wall and the blanket, which are used to collect the products of fusion reactions (including X- ray, charged particles, and neutrons) and to convert the fusion energy into thermal energy. In the series cooling model, the coolant after being heated in the blanket is re-heated again in the first wall, therefore, > 2000K. The system using the series cooling model reached a highest plant efficiency of 58. It was found that the enthalpy extraction and the first wall output temperature both affected the fusion output power; therefore, the plant efficiency was greatly affected by these factors.
With the increase of reactor output temperature, the plant efficiency increased, however, because of the temperature limitation of the Gas Turbine and blanket, an output temperature >2400K from reactor cannot be used. The results obtained in this study to assess the performance of systems with and without heat exchanger, can provide guidance for determining the design and optimal operating conditions of a detection system MHD power using a heat source from the reactor ICF. The calculation here may be expanded to other economic considerations, including the size and cost of power generation systems. The content of this document is only in performing simulated by mathematical models and results are relatively satisfactory.
Therefore, students will continue to perform the remaining work with the system to evaluate the criteria of the parameters of temperature transmitters. Trang vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học. ii Lời cam đoan. iii Cảm tạ.
vii Danh sách các chữ viết tắt. ix Danh sách các hình. xii Danh sách bảng. xiv CHƢƠNG 1.1 Tổng quan về lãnh vực nghiên cứu .2 Mục đích của đề tài .3 Nhiệm vụ của đề tài .4 Giới hạn của đề tài .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Sơ lƣợc các dạng nhiên liệu cung cấp cho nhà máy điện.2 Phân tích luồng khí đi trong máy phát .3Hiệu suất máy phát .4 Phƣơng trình liên quan đến bộ phận truyền nhiệt .17 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MÁY PHÁT MHD .1 Giới thiệu hệ thống .2 Phản ứng nhiệt hạch trong buồng đốt .3 Mô hình làm mát ICF .4 Mô hình toán .1 Các bƣớc tiến hành mô hình hóa .2 Tổng quan hệ thống cần khảo sát và mô hình hóa .3 Mô hình khảo cần khảo sát .4Mô phỏng ảnh hƣởng của nhiệt dung riêng đến hiệu suất truyền nhiệt của bộ truyền nhiệt.5 Mô phỏng ảnh hƣởng của áp suất đến hiệu suất truyền nhiệt của bộ truyền nhiệt.6 Mô phỏng các thông số mô hình máy phát MHD có sử dụng bộ truyềnnhiệt.7 Mô phỏng các thông số mô hình máy phát MHD không có bộ truyền nhiệt.8 Mô phỏng ảnh hƣởng của nhiệt độ qua các bộ phân khi có và không có bộ trao đổi nhiệt .41 Trang vii CHƢƠNG 5.1 Nhận xét về kết quả tính toán và mô phỏng .2 Kết quả đạt đƣợc .4 Hƣớng phát triển của đề tài .44 TÀI LIỆU KHAM KHẢO .46 Trang viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Cp Nhiệt dung riêng của chất làm mát EE Chiết enthapy máy phát điện MHD Ed Năng lƣợngđiều khiển đầu ra cho mỗi lần bắn Ef Năng lƣợng tạo ra cho mỗi lần bắn G Tỉ lệ năng lƣợng cho mỗi lần bắn LGT Tổn thất nhiệt qua GT LMHD Tổn thất nhiệt qua máy phát điện MHD.
m Lƣu lƣợng khối lƣợng của chấtlàm mát. m1 Lƣu lƣợng khối lƣợngqua các vách lò phản ứng. mb Lƣu lƣợng khối lƣợng qua bồn. mT Lƣu lƣợng khối lƣợng qua GT Mb Độ lợi quabồn n Số lƣợngmáy nén PCin Áp suất đầu vào máy nén PCout Áp suất đầu ra của máy nén PGTin Áp suất đầu vào GT PGTout Áp suất ra GT Prin Áp suất vào buồng đốt Prout Áp suất ra khỏi buồng đốt PMHDin Áp suất đầu vào máy phát MHD PMHDout Áp suất đầu ra máy phát MHD Q1 Sản lƣợng nhiệt qua vách đầu tiên Q1in Sản lƣợng nhiệt sau khi qua vách đầu tiên Qb Sản lƣợng nhiệtqua vách bồn Qbin Sản lƣợng nhiệt trở lạibồn QCin Công suất nhiệt vào máy nén Trang ix QCout Công suất nhiệt ra máy nén Qdin Năng lƣợng điện cung cấp vào buồng đốt Qdout Năng lƣợng điện điều khiển Qe Năng lƣợng điệnphát và cung cấp vào hệ thống QeC Năng lƣợng điện đầu vào của máy nén QeC1 Năng lƣợng điện đầu vào của máy nén 1 QeC2 Năng lƣợng điện đầu vào của máy nén 2 QeGT Năng lƣợng điện máy phát GT Qein Tổng năng lƣợng điện vào hệ thống Qeout Tổng năng lƣợng điện phátra của máy phát điện QeMHD Năng lƣợng điện phát ra của MHD Qf Tổng công suất nhiệt từ phản ứng Qfxd Nhiệt lƣợng vào vách đầu tiên của buồng đốt Qfn Nhiệt lƣợng vào bồn QGTin Công suất nhiệt vàomáy phát GT QGTout Công suất nhiệt ramáy phát GT QMHDin Công suất nhiệt vào máy phát MHD QMHDout Công suất nhiệt ramáy phát MHD Qne Công suất điện của hệ thống Qrin Công suất nhiệt đầu vào lò phản ứng Qrout Công suất nhiệt đầu ra lò phản ứng Rd Tỷ lệ cần thiết cho việc điều khiển năng lƣợng Tblimit Nhiệt độ giới hạn bồn TCin Nhiệt độ đầu vào máy nén TCout Nhiệt độ đầu ra máy nén TGTin Nhiệt độ đầu vào GT TGTout Nhiệt độ đầu ra GT Trin Nhiệt độ đầu vào lò phản ứng Trout Lò phản ứng nhiệt độ đầu ra Trang x TMHDin Nhiệt độ vào máy phát MHD TMHDout Nhiệt độ ra máy phát MHD γ Tỷ lệ nhiệt dung riêng của chất làm mát ηd Năng lƣợng điều khiển hiệu quả ηe Hiệu suất phát điện ηeGT Hiệu suất nhiệt GT ηiC Hiệu suấtmáy nén đẳng entropy ηiGT Hiệu suất nén GTđẳng entropy ηiMHD Hiệu suấtmáy phát điện MHD đẳng entropy ηp Hiệu suất nhà máy Trang xi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1:Chiến lƣợc kết hợp dùng tua bin khí (Brayton cycle) và tua bin hơi (Rankine cycle)……………………………………………………….3: Chu trình đặc trƣng vòng hở trong hệ thống MHD………………….1: Các khâu của chuyển đổi năng lƣợng và hình thức trực tiếp của năng lƣợng chuyển đổi trong hệ thống nhiệt động học phổ biến……………………….1:Mô hình hệ thống máy phát sử dụng dòng làm mát đơn cho buồng.2:Mô hình làm mátlò phản ứng dòng chảy đơn…………………….3: Mô hình lò phản ứng làm mát song song…………………………….4:Mô hình toán hệ thống làm mát dòng chảy đơn trong buồng đốt…….5:Mô hình toán hệ thống sử dụng bộ làm mát song song……………….1:Mô hình hệ thống phát điện MHD sử dụng bộ làm mát đơn cho buồng đốt…………………………………………………………………………….2:Hệ thống máy phát điện MHD có bộ trao đổi nhiệt…………….3:Hệ thống máy phát điện MHDkhông bộ trao đổi nhiệt……………….4 Kết quả mô phỏng ảnh hƣởng của nhiệt dung riêng đến hiệu suất……….5 Kết quả mô phỏng ảnh hƣởng của áp suất đến hiệu suất truyền nhiệ……34 Hình 4.6:Kết quả mô phỏnghệ thống máy phát điện MHD có bộ trao đổi nhiệt.7:Kết quả mô phỏnghệ thống máy phát điện MHDkhông có bộ trao đổi nhiệt…………………………………………………………………….8:Kết quả mô phỏng nhiệt độ vào bộ làm mát khihệ thống có và không có sử dụng bộ trao đổi nhiệt………………………………………………………….9:Kết quả mô phỏng công suất nhiệt thải ra ở bộ làm mát khihệ thống có và không có sử dụng bộ trao đổi nhiệt……………………………………………….10:Kết quả mô phỏng tổn thất nhiệt độ của hệ thống có và không có sửdụng Trang xii bộ trao đổi nhiệt .11:Kết quả mô phỏng công suất nhiệt tạo ra từ buồng đốt của hệ thống có và không có sử dụng bộ trao đổi nhiệt……………………………………………….