LVTN Mục lục GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang vii HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong  Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các bảng xii Danh sách các hình xiii  01 1.1 Đặt vấn đề 01 1.2 Tổng quan về MHD và các kết quả đã nghiên cứu 02 1.3 Mục đích của đề tài 09 1.4 Nhiệm vụ của đề tài……………………………………………………….09 1.5 Phương pháp nghiên cứu 09 1.6 Giới hạn của đề tài. 09 1.7 Điểm mới của đề tài 10 1.8 Giá trị thực tiễn 10 1.9 Bố cục của đề tài 10 Ch 12 2.1 Nguyên lý phát điện của máy phát MHD………………………………… 12 2.1.1 Định luật Ohm 13 2.1.2 Các phương trình cơ bản 14 2.1.3 Hiệu suất của máy phát…………………………………………………. 15 2.1.4 Mối quan hệ giữa η g và η p ……………………………………………….15 LVTN Mục lục GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang viii HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong 2.1.5 Hiệu suất điện………………………………………………………… 16 2.1.6 Quan hệ giữa η e và η p ………………………………………………….16 2.2 Nguyên lý làm việc của chu trình tuabin khí…………………………… 17 2.2.1 Máy nén 18 2.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt 19 2.2.3 Tuabin khí………………………………………………………………20 2.2.4 Hiệu suất của chu trình tuabin khí…………………………………… 20 Phân tích chu trình 22 3.1. Xây Dựng Chu Trình MHD – Tuabin Khí. 22 3.2. Các ký hiệu trong chu trình 23 3.3. Phân tích các khối trong chu trình. 24 3.3.1. Phân tích máy phát MHD……………………………………………….24 3.3.2. Phân tích thiết bị trao đổi nhiệt 25 3.3.3 Phân tích thiết bị làm lạnh……………………………………………….25 3.3.4 Phân tích máy nén……………………………………………………….25 3.3.5 Phân tích tuabin khí…………………………………………………… 27 3.3.6 Phân tích nhiệt lượng…………………………………………………….28 3.3.7 Tính entropy…………………………………………………………… 30   32 4.1. Bài toán 1 32 4.1.1 Dữ liệu tính toán…………………………………………………………32 4.1.2 Kết quả tính toán 33 4.1.3 So sánh kết quả………………………………………………………… 35 4.1.4 Kết quả tính toán khi thay T 3 = 2000 0 K…………………………………36 4.1.5 Kết quả phân tích nếu T 3 = 2400 0 K…………………………………… 38 4.1.6 So sánh kết quả………………………………………………………….40 4.2. . Bài toán 2 41 4.2.1. Dữ liệu tính toán……………………………………………………… 42 4.2.2. Kết quả tính toán 42 LVTN Mục lục GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang ix HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong 4.2.3. Kết quả phân tích khi thay đổi T 6 = 400 0 K 44 4.2.4 Nhận xét 46 4.3 Nhận xét kết quả tính toán của hai bài toán……………………………….47  49 5.1. Kết Luận 49 5.2. Hướng phát triển của đề tài 49   51  53 LVTN Danh sách các chữ viết tắt GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang x HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong DANH SÁCH   - MHD: magnetohydrodynamic. - B: từ trường, cảm ứng từ (T) - E: điện trường - u: thành phần vận tốc - U: nội năng chất khí - j: mật độ dòng điện - σ:điện dẫn suất - ε: tổng của điện trường và sức điện động từ trường quay - ω:tần số cyclotron - p e : áp suất electron - T e :nhiệt độ electron - ρ:khối lượng riêng. - d: đạo hàm - R: hằng số chất khí ( R = k/m) - μ: độ nhớt, độ linh động - h: enthalpy - A: tiết diện - M:khối lượng lưu chất - W: năng lượng (điện năng) - K: hệ số tải ( K = E/uB) - η e: hiệu suất điện - η g :hiệu suất máy phát - η p : hiệu suất polytropic - v: vectơ vận tốc - Q i : Nhiệt lượng tại nút thứ i (MW). - T i : Nhiệt độ tại nút thứ i ( 0 K). LVTN Danh sách các chữ viết tắt GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xi HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong - P i : Áp suất tại nút thứ i ( at). - C P : Nhiệt dung riêng của chất khí ( J/KgK). - γ: Hệ số nhiệt của chất khí. - η: Hiệu suất. - △Q: Tổn thất nhiệt lượng. - Π c : Tỉ số nén của máy nén. - Π S : Tỉ số nén của tầng nén. - N: Số tầng nén. - ح c : Tỉ số nhiệt độ ra – vào máy nén. - ح s: Tỉ số nhiệt độ ra – vào các tầng nén. - △T: Độ chênh lệch nhiệt độ. - Π t : Tỉ số áp suất ra – vào tuabin. - ح t : Tỉ số nhiệt độ ra – vào tuabin. - G: Lưu lượng của chất khí qua máy phát MHD. - P MHD :Điện năng ra khỏi MHD. - P C : Năng lượng máy nén cần . - P ion : Năng lượng cần thiết để ion hóa chất khí. - W 1 : Điện năng lên lưới sau chu trình MHD. - W 2 : Điện năng lên lưới sau chu trình Brayton( tuabin khí). - T ref : Nhiệt độ lấy mẫu( 0 K). - P ref : Áp suất lấy mẫu( at). - S i : Entropy LVTN Lời cảm ơn GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang iv HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong  Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Chí Kiên đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã giảng dạy tôi trong suốt hai năm học. Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập. LVTN Danh sách các hình GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xiii HVTH:Đỗ Huỳnh Thanh Phong DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 1.1 : Cấu tạo máy phát MHD……………………………………………….3 Hình 1.2: Chu trình phát điện MHD sử dụng LNG……………………………….4 Hình 1.3: Chu trình phát điện MHD sử dụng than……………………………… 5 Hình 1.4: Chu trình phát điện dùng đĩa MHD kết hợp với năng lượng hạt nhân (NFR/CCMHD)………………………………………………………………… 8 Hình 2.1:Máy nén ly tâm 18 Hình 2.2: Máy nén dọc trục 19 Hình 2.3: Quá trình biến đổi trạng thái chất khí trong chu trình Brayton. 20 Hình 3.1: Chu trình kết hợp MHD – tuabin khí. 23 Hình 3.2: Đồ thị T – s của quá trình nén.…………………………………………26 Hình 3.3: Đồ thị T – s của tuabin khí 28 Hình 4.1: Kết quả phân tích chu trình MHD – tuabin khí với T 3 = 1800 0 K 34 Hình 4.2: Đồ thị T –S với T 3 = 1800 0 K 34 Hình 4.3: Kết quả phân tích chu trình MHD dạng đơn [12]…………………… 35 Hình 4.4: Kết quả phân tích chu trình MHD – tuabin khí với T 3 = 2000 0 K 37 Hình 4.5: Đồ thị T –S với T 3 = 2000 0 K………………………………………… 37 Hình 4.6: Kết quả phân tích chu trình MHD – tuabin khí với T 3 = 2400 0 K 39 Hình 4.7: Đồ thị T –S với T 3 = 2400 0 K 40 Hình 4.8: Kết quả phân tích chu trình MHD – tuabin khí [6] 41 Hình 4.9 :Kết quả phân tích chu trình MHD – tuabin khí với T 6 = 350 0 K ………43 Hình 4.10: Đồ thị T –S với T 6 = 350 0 K………………………………………… 43 Hình 4.11: Kết quả phân tích chu trình MHD – tuabin khí với T 6 = 400 0 K…… 45 Hình 4.12: Đồ thị T –S với T 6 = 400 0 K………………………………………… 45 Hình 4.13: Đồ thị T –S với T 6 lần lượt được thay đổi 300 0 K, 350 0 K và 400 0 K…46 LVTN Danh sách các hình GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xiv HVTH:Đỗ Huỳnh Thanh Phong Hình 4.14: Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa hiệu suất của chu trình và nhiệt độ vào máy nén (T 6 )………………………………………………………………. 47 LVTN Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 1 HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong   1.1  Việt nam là một quốc gia đang phát triển kinh tế, muốn phát triển kinh tế thì ngành năng lượng phải đi trước một bước trong đó phải kể đến năng lượng điện. Theo các chuyên gia cả thế giới sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu năng lượng trong vài năm tới khi tốc độ cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóa thạch đang tăng nhanh. Dự báo đến năm 2015 nếu sử dụng điện ở mức thấp nhất thì nước ta thiếu khoảng 46,3 tỉ KWh và đến năm 2020 thì con số này tăng lên đến 159 tỉ KWh. Như vậy vấn đề đặt ra cho ngành điện là cần thay đổi cấu trúc các thành phần điện năng để có thể rút ngắn khoảng cách cung – cầu của năng lượng điện trong vài năm tới. để thực hiện điều này chúng ta có rất nhiều giải pháp, ta thử phân tích các nguồn điện để tìm giải pháp thích hợp nhất. Khi nói đến nhà máy điện của việt nam thì trước tiên phải kể đến thủy điện, chúng ta đã khai thác thủy điện rất triệt để và rõ ràng nguồn tài nguyên này không phải là vô tận, các nhà máy thủy điện lớn khoảng 1000MW không còn khả năng xây dựng nữa mà chỉ có thể xây dựng những nhà máy nhỏ khoảng 300 MW nhưng xây dựng thủy điện quá nhiều sẽ ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái đó là chưa kể đến hàng loạt sự cố xảy ra đối với thủy điện trong thời gian qua đi ví dụ như thủy điện Sông Tranh. Do đó có thể kết luận thủy điện không phải là lựa chọn thích hợp đối với nước ta. Thứ hai là nhiệt điện, nhiệt điện thì dựa vào than và dầu nhưng dầu cũng không phải là vô tận, nếu không nói là sẽ cạn kiệt trong vài chục năm nữa. Mặt khác, nguyên liệu dầu mỏ càng ngày càng trở nên quý hiếm đối với nhiều ngành công nghiệp nên việc đốt dầu thành điện là một sự lãng phí đáng tiếc. Vì lẽ đó, nhiệt điện chủ yếu phải dựa vào than. Tuy nhiên hàng năm chúng ta cũng phải nhập khẩu một lượng than rất lớn và nếu như thế thì ô nhiễm môi trường là không thể tránh khỏi vì bụi than và khí thải khi đốt than. Như vậy nhiệt điện cũng chưa phải là sự lựa chọn thích hợp cho ngành năng lượng điện của việt nam. LVTN Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 2 HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong Thứ ba là nguồn năng lượng sạch: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh học…. Các nguồn năng lượng này đang được nghiên cứu và đầu tư ứng dụng ở nhiều quốc gia phát triển và trong tương lai xa đó chính là nguồn năng lượng thay thế năng lượng hóa thạch nhưng do giá thành cao nên trong vòng vài năm tới nó chưa phải là lựa chọn hợp lý nhất của nước ta. Thứ tư là giải pháp nhập khẩu điện năng của các nước láng giềng, giải pháp này chúng ta đã và đang thực hiện và nó cũng đáng quan tâm vì giúp giải quyết thiếu hụt năng lượng trước mắt nhưng cũng cần lưu ý nhập khẩu có hạn vì ảnh hưởng an ninh năng lượng quốc gia. Cuối cùng chúng ta đề cập đến năng lượng hạt nhân đang được xây dựng ở Ninh Thuận, đó là nguồn năng lượng phù hợp cho Việt Nam trong vài năm tới với chi phí sản xuất điện thấp và nguồn nhiệt tỏa ra rất lớn nếu chúng ta kết hợp nguồn nhiệt tỏa ra với chu trình kết hợp MHD – tuabin khí thì khi đó ta sẽ có được chu trình sản xuất điện năng khép kín với hiệu suất phát điện được nâng lên đáng kể, đó là nội dung nghiên cứu của đề tài này. 1.2  Máy phát điện từ thuỷ động lực (MHD) là hệ thống chuyển nhiệt năng hay động năng trực tiếp thành điện năng dựa trên nguyên lý từ thủy động học. MHD có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao và không cần phải có các chi tiết cần được bôi trơn (chuyển động cơ học). Khí thải của hệ thống MHD thường là các dòng phasma nóng và chúng có thể tái sử dụng để cung cấp nhiệt cho các hệ thống nhiệt điện truyền thống (turbin hơi nước hay tuabin khí).Về mặt nhiệt động lực học các máy phát điện từ thủy động lực thường hoạt động theo chu kỳ Brayton và có hiệu suất tương đương với chu trình Carnot trong điều kiện lý tưởng. Hiệu suất của MHD phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nóng và nguồn lạnh. [...]... nguyên lý phát điện, lịch sử hình thành, trình bày các hướng nghiên trước đây, trình bày mục đích nghiên cứu, điểm mới, ý nghĩa, giới hạn và bố cục của đề tài 2 Chư ng 2: C s lý thuyết Trình bày cơ sở, đặc tính, nguyên lý phát điện từ thủy động lực (MHD) và phân tích động học chu trình phát điện tuabin khí 3 Chư ng 3: Phân tích chu trình Xây dựng chu trình phát điện, phân tích nhiệt động học của từng khối... chu trình phát điện trong nhà máy nhiệt điện 1.4 Nhi m v của đề tƠi Nhiệm vụ trọng tâm của đề tài là phân tích nguyên lý làm việc, tính toán mô phỏng các thông số của các khối và hiệu suất chu trình kết hợp Đề tài gồm các vấn đề sau:  Tìm hiểu nguyên lý phát điện từ thủy động lực học  Nghiên cứu cấu trúc chu trình phát điện MHD kết hợp tuabin khí  Tính toán, mô phỏng, phân tích quá trình nhiệt động. .. ) 2 Thay T1 và T4 vào phương trình (2.25) ta có η=1- T2 – T3 =1− (2.25) � −1 � T2 – T3 � −1 ( 1 ) � (T2 – T3) 2 Trang 21 (2.26) HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong Chương 3: Phân tích chu trình LVTN Chư ng 3 PHÂN TÍCH CHU TRÌNH 3.1Xơy Dựng Chu Trình MHD – Tuabin Khí Chu trình phát điện kết hợp máy phát từ thủy động lực (MHD) và tuabin khí là chu trình kín hoạt động dựa trên chu trình Brayton bao gồm:  Nguồn... trong chu trình kết hợp từ đó tính hiệu suất của chu trình 1.5 Phư ng pháp nghiên cứu Do ở nước ta vấn đề nghiên cứu hệ thống phát điện còn sơ khai, mới được tiến hành trong vài năm gần đây nên chưa có đủ điều kiện để thực nghiệm vì vậy tác giả đề tài chọn phương pháp nghiên cứu cấu trúc, mô phỏng, phân tích quá trình cân bằng nhiệt của chu trình dựa trên các nguyên lý, quá trình nhiệt động lực học... CDIF 4 Phương pháp tích hợp MHD từ nhà máy than được Westinghouse Electric nghiên cứu cùng với sự kết hợp của công ty điện lực Montana Chương trình thử nghiệm này đã kết thúc vào năm 1993 với hơn 4000 giờ hoạt động liên tục Tại Nhật Bản : vào cuối những năm 1980 tại Nhật người ta tập trung vào  máy phát điện MHD có chu trình kín Việc nghiên cứu đó phù hợp với điều kiện của Nhật Bản với công suất của... MHD MHD dựa vào nguyên lý từ trường có thể cảm ứng các dòng điện từ một lưu chất dẫn điện chuyển động, lực tác dụng lên lưu chất có thể thay đổi từ trường của chính nó Tập hợp các phương trình mô tả MHD là sự kết hợp của các phương trình liên tục,phương trình động lực, các phương trình Maxwell (của điện từ) và định luật Ohm Máy phát MHD chu trình kín thường sử dụng nhiên liệu từ lò phản ứng hạt nhân,... quan LVTN Tất cả các hệ thống phát điện MHD có thể được phát triển để đạt hiệu quả cao trong sản xuất điện năng với ưu điểm như giảm tiêu thụ nhiên liệu, không gây ô nhiễm không khí, hiệu suất cao 1.3 M c đích của đề tƠi  Phân tích cấu trúc và hiệu quả của chu trình phát điện dùng MHD kết hợp với tuabin khí  Phân tích, tính toán các thông số tại các nút trong chu trình kết hợp từ đó đưa ra giải pháp... trong chu trình ( P, T,S,Q) từ đó tính toán các thông số của chu trình cũng như hiệu suất của chu trình phát điện kết hợp 4 Chư ng 4: Tính toán và mô ph ng các thông số của chu trình Trình bày bài toán ứng dụng tính toán chu trình với các thông số cụ thể, mô phỏng thông số ra của các khối, đồ thị biểu diễn mối quan hệ của các thông số đầu ra khi thay đổi dữ liệu đầu vào, trình bày kết quả nghiên cứu. .. điện năng, vì chúng có thể hoạt động ở nhiệt độ rất cao Bằng cách kết hợp sử dụng máy phát điện từ thủy động lực với hệ thống tái sử dụng nhiệt năng của khí thải (thông qua máy phát nhiệt điện truyền thống, như tuabin khí), hiệu suất của toàn bộ hệ thống có thể lớn hơn 60% Máy phát MHD dạng đĩa có dòng điện của hiệu ứng Hall chạy bên trong giữa điện cực gần tâm đĩa và điện cực phần rìa của đĩa Hiệu... lượng điện được phân thành hai loại: nhà máy tuabin khí chu trình hở và nhà máy tuabin khí chu trình kín Trong giới hạn của đề tài này kết hợp với máy phát MHD nên chúng ta sử dụng chu trình kín Nhà máy điện tuabin khí chu trình kín được hình thành và phát triển tại Thụy Sĩ lần đầu vào năm 1935 đến năm 1944 thì hoàn thành, sau đó các nhà máy điện tuabin khí được xây dựng trên toàn thế giới So với chu trình . nguyên lý phát điện từ thủy động lực (MHD) và phân tích động học chu trình phát điện tuabin khí. 3.  Phân tích chu trình. Xây dựng chu trình phát điện, phân tích nhiệt động học của từng. các khối và hiệu suất chu trình kết hợp. Đề tài gồm các vấn đề sau:  Tìm hiểu nguyên lý phát điện từ thủy động lực học.  Nghiên cứu cấu trúc chu trình phát điện MHD kết hợp tuabin khí.  Tính. toán, mô phỏng, phân tích quá trình nhiệt động trong chu trình kết hợp từ đó tính hiệu suất của chu trình. 1.5  Do ở nước ta vấn đề nghiên cứu hệ thống phát điện còn sơ