LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2012 Ngƣời nghiên cứu Trần Quang Thạch ii CẢM TẠ Sau thời gian học tập, nghiên cứu và làm luận văn cao học chuyên ngành cơ khí máy, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự giúp đỡ quý báu của: - Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. - Phòng sau Đại học - Khoa Cơ khí – Chế tạo máy - Tiến Sĩ Nguyễn Ngọc Phƣơng - Tiến Sĩ Nguyễn Trƣờng Thịnh - Thạc Sĩ Hoàng Trí - Thầy Lê Kim Dƣỡng - Thầy cô và tập thể lớp cao học 2009 Cơ khí Chế tạo máy Đã tận tình hƣớng dẫn, cung cấp những kiến thức - tài liệu vô cùng quý báu và dìu dắt em trong quá trình thực hiện đề tài.
Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2012 Ngƣời nghiên cứu Trần Quang Thạch iii TÓM TẮT Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lƣợng ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ nhƣ than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trƣớc nguy cơ thiếu hụt năng lƣợng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lƣợng mới nhƣ năng lƣợng hạt nhân, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng gió và năng lƣợng mặt trời là một trong những hƣớng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lƣợng, không những đối với những nƣớc phát triển mà ngay cả với những nƣớc đang phát triển. Ngƣời thực hiện sẽ nghiên cứu ứng dụng động cơ Stirling chạy bằng bất kỳ nguồn nhiệt nóng nào, động cơ này có thể thay thế động cơ đốt trong ở một số lĩnh vực của đời sống mà lĩnh vực làm lạnh và điều hoà không khí là ứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào có khí hậu nóng nhất thì nơi đó có nhu cầu về làm lạnh lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng xa xôi hẻo lánh không có lƣới điện quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt so với thu nhập của ngƣời dân.
Luận văn “Ứng dụng động cơ Stirling trong các thiết bị làm lạnh” sẽ giải quyết đƣợc phần nào vấn đề thiếu hụt năng lƣợng hiện nay khi nhu cầu làm lạnh của xã hội ngày càng tăng cao, hơn thế nữa có thể sữ dụng nguồn năng lƣợng mặt trời đó là nguồn năng lƣợng sạch để góp phần bảo vệ môi trƣờng. Động cơ Stirling hoạt động bằng nguồn nhiệt bên ngoài, thông qua bộ truyền động làm quay máy nén khí của thiết bị lạnh. Luâ ̣n văn đi tƣ̀ khái quát các thiế t bi va ̣ ̀ tiế n hành tiń h toán trên mô ̣t mô h ình cụ thể, đi sâu vào tính toán từng chi tiế t của thiết bị và tiến hành thí nghiệm để đƣa ra đƣơ ̣c dãi nhiệt độ hoạt động của động cơ Stirling dùng làm cơ sở để cho ̣n nguồ n nhiê ̣t cung cấ p. iv ABSTRACT In the era of science and technology development, the demand for energy is increasing.
While which reserve fuel sources such as coal, oil, natural gas, hydroelectric and even the term cause of humanity at risk of energy shortages. The search for and exploitation of new energy sources such as nuclear energy, geothermal energy, wind energy and solar energy is one of the important directions in the energy development plan, not only for the developed countries but also developing countries. The research will make Stirling engine applications run on any heat source, this engine could replace the internal combustion engine in a number of areas of life that the field of refrigeration and air conditioningthe most attractive applications because where the hottest climates, where it has the greatest cooling demand, especially in remote areas without grid and fuel prices are too expensive for collectiontype of people. Thesis "Application of the Stirling engine cooling devices" will solve the current energy shortage problems when cooling needs of the society is increasing, more can use the sourcesolar energy is clean energy sources to contribute to environmental protection.
Stirling engine works by external heat source, through the actuator turns the compressor of the refrigeration equipment. Essential thesis away from the device and perform a calculation on a specific model, go deep into account every detail of the equipment and conduct experiments to come up with an operating temperature range of the engine Stirling used as a basis to select the heat source provided. v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN.
ii CẢM TẠ. vi DANH SÁCH CÁC HÌNH. x DANH SÁCH CÁC BẢNG. xii Chƣơng 1 .2 NHIỆM VỤ CỦ A ĐỀ TÀ I .3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀ I .4 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI .5 TÍNH THỰC TIỄN.
8 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀ M LẠNH NHÂN TẠO .1 PHƢƠNG PHÁP BAY HƠI KHUẾCH TÁN .2 PHƢƠNG PHÁP HÒA TRỘN LẠNH .3 PHƢƠNG PHÁP DÃ N NỞ KHÍ CÓ SINH NGOẠI CÔNG .4 PHƢƠNG PHÁP TIẾT LƢU KHÔNG SINH NGOẠI CÔNG VÀ HIỆU Ƣ́NG JOULE - THOMSON .5 PHƢƠNG PHÁP DÃ N NỞ KHÍ TRONG ỐNG XOÁ Y .6 HIỆU Ƣ́NG NHIỆT ĐIỆN, HIỆU Ƣ́NG PELTIER .7 PHƢƠNG PHÁP KHƢ̉ TƢ̀ ĐOẠN NHIỆT .8 BAY HƠI CHẤT LỎNG .2 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BI ̣ LẠNH .1 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI NÉ N HƠI .2 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI HẤP THỤ .3 THIẾT BI ̣LẠNH LOẠI CẶP NHIỆT ĐIỆN .1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CHUNG CỦA MỘT ĐỘNG CƠ STIRLING .2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦ A MỘT ĐỘNG CƠ STIRLING .3 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC STIRLING.4 PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ STIRLING .1 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA .1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA .2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU ALPHA .2 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA .1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA .2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU BETA .3 ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA .1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA .2 NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA. 27 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LÀM LẠNH .1 CẤU TẠO TỦ LẠNH NÉN HƠI VÀ NGUYÊN LÝ QUY TRÌNH LẠNH.2 NGUYÊN LÝ QUI TRÌNH LẠNH .3 MÔI CHẤT LẠNH .2 TÍNH TOÁN TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI .1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU THIẾT KẾ TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI .2 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM .1 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT .2 TÍNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT QUA VỎ TỦ .3 TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƢƠNG BÊN NGOÀI VỎ TỦ .4 TÍNH KIỂM TRA CÁCH ẨM .3 TÍNH TỔN THẤT .1 TỔNG DÒNG NHIỆT TỔN THẤT .2 TÍNH DÕNG NHIỆT TỔN THẤT QUA KẾT CẤU BAO CHE Q1 .3 TÍNH DÕNG NHIỆT TỎA RA DO VẬN HÀNH Q 4 .4 TÍNH CHỌN MÁY NÉN .1 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NGƢNG TỤ t k .2 NHIỆT ĐỘ SÔI CỦ A MÔI CHẤT LẠNH t 0 .3 NHIỆT ĐỘ QUÁ NHIỆT t qn .4 NHIỆT ĐỘ QUÁ LẠNH t ql .5 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH .1 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG .2 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG THỂ TÍCH .3 NĂNG SUẤT LẠNH RIÊNG q k .4 TỈ SỐ NÉN .5 CÔNG NÉ N RIÊNG l .6 HỆ SỐ LẠNH CỦ A CHU TRÌNH .7 LƢU LƢỢNG QUA MÁ Y NÉ N m .8 NĂNG SUẤT THỂ TÍCH THƢ̣C TẾ QUA MÁ Y NÉ N Vtt.9 HIỆU SUẤT THỂ TÍCH CỦ A MÁ Y NÉ N λ .10 THỂ TÍCH NÉN LÝ THUYẾT .11 HIỆU SUẤT NÉ N HƢ̃ U ÍCH.12 CÔNG NÉ N LÝ THUYẾT N s .13 CÔNG NÉ N HƢ̃ U ÍCH N e .14 CÔNG SUẤT TIÊU THỤ THƢ̣C TẾ CHO QUÁ TRÌNH NÉ N N el .15 CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ LẮP ĐẶT .16 NĂNG SUẤT NHIỆT DÀN NGƢNG Q k .5 THIẾT BỊ NGƢNG TỤ .1 CHỌN THIẾT BI ̣NGƢNG TỤ .2 TÍNH DIỆN TÍCH TRAO ĐỔI NHIỆT .3 XÁC ĐINH ̣ HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K .4 XÁC ĐINH ̣ ĐỘ CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH LOGARIT .5 LƢU LƢỢNG KHÔNG KHÍ GIẢI NHIỆT m w .6 THIẾT BỊ BỐC HƠI.7 CÁC THIẾT BỊ PHỤ .1 PHIN SẤY LỌC .4 VAN BA NGÃ.5 BÌNH GOM LỎNG. 51 TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ STIRLING .1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CƠ BẢN .2 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ STIRLING KIỂU GAMMA THIẾT KẾ .1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU .2 THỂ TÍCH KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦ A ĐỘNG CƠ .1 THỂ TÍCH XYLANH NÉ N V xln .2 THỂ TÍCH XYLANH GIÃN NỞ V xlgn .3 THỂ TÍCH PHẦN ĐƢỜNG ỐNG DẪN MÔI CHẤT CÔNG TÁC GIƢ̃ A HAI XYLANH Vđd .4 THỂ TÍCH CHIẾM CHỔ CỦ A TRỤC V tr .5 THỂ TÍCH CHIẾM CHỔ CỦ A PISTON GIÃN NỞ V ptgn.6 THỂ TÍCH LỚN NHẤT (Vmax) TOÀN BỘ KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ .8 TỶ SỐ THỂ TÍCH .3 NHIỆT LƢỢNG CẦN THIẾT ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ. NHIỆT LƢỢNG CẦN THIẾT ĐỂ NUNG NÓNG MÔI CHẤT CÔNG TÁC : .2 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA XYLANH GIÃN NỞ .3 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA NẮP XYLANH GIÃN NỞ .4 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA PISTON GIÃN NỞ .5 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA BỘ TẢN NHIỆT .6 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA ỐNG NỐI GIƢ̃ A HAI XYLANH .7 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA XYLANH NÉ N .8 NHIỆT LƢỢNG TRUYỀN QUA PISTON NÉ N.4 TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG HỌC .1 KHỐI LƢỢNG MÔI CHẤT CÔNG TÁC .2 QUÁ TRÌNH NUNG NÓNG ĐẲNG TÍCH 1 - 2 .3 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT 2 - 3 .4 QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH ĐẲNG TÍCH 3 - 4 .5 QUÁ TRÌNH NÉN ĐẲNG NHIỆT 4 - 1.5 TÍNH TOÁN BÁNH ĐÀ.
62 XƢ̃ LÝ DÃY SỐ LIỆU NHIỆT ĐỘ THÍ NGHIỆM .1 THU THẬP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM .2 XÁC ĐỊNH DẠNG HÀM ĐẶC TRƢNG .1 LẬP HỆ TRỤC TỌA ĐỘ OXY .2 LIÊN TỤC HÓA CÁC ĐIỂM.3 SO SÁNH VỚI ĐỒ THI ̣CÁC DẠNG PHƢƠNG TRÌNH TOÁN HỌC XÁC ĐINH ̣ 64 5.4 SAN BẰNG TUYẾN TÍNH HÓA .3 XÁC ĐỊNH CÁC HỆ SỐ HỒI QUI .1 TÍNH CÁC GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH .2 TÍNH GIÁ TRỊ CỦA HỆ SỐ HỒI QUI .1 PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ THEO NHƢ̃ NG ĐIỂM LƢ̣A CHỌN RIÊNG BIỆT .2 PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ TRUNG BÌNH .3 PHƢƠNG PHÁP BÌNH PHƢƠNG NHỎ NHẤT .2 HƢỚNG PHÁ T TRIỂN ĐỀ TÀ I. 69 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH 1.1: đồ thi ̣h – x của không khí ẩ m .2: nguyên tắ c làm việc của máy lạnh nén khí .3: Tiế t lƣu không sinh ngoa ̣i công của mô ̣t dòng môi chấ t .6: Động cơ Stirling nguyên thủy năm 1816 .7: Cấu tạo chung động cơ Stirling.8: Xylanh chƣa cấp nhiệt.9: Quá trình cấp nhiệt cho Xylanh .10: không khí có áp suất cao đẩy xylanh đi ra .11: quá trình làm mát cho xylanh.12: Piston chuyển động về vị trí ban đầu .13: Đồ thị P – V của chu trình nhiê ̣t đô ̣ng ho ̣c Stirling .14: đô ̣ng cơ Stirling kiể u alpha .15 : quá trình cấp nhiệt động cơ Stirling kiểu alpha .16 : quá trình dãn nở động cơ Stirling kiểu alpha .