GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ ABSTRACT Nowadays, the world in general and Vietnam in particular are facing many difficulties in lack of electricity The natural resources are becoming exhausted because demands for electricity are higher and higher In this situation, we are making an effort to look for the solutions to improve the quality of electricity, such as: saving electricity, using energy effectively, find reactivate energy source… Among those, there is a solution which is being researching by many countries and will be strongly developed in the future, that is the magnetohydrodynamics generation (MHD) Subject “Simulation of gas mixture the magnetohydrodynamics” is carried out to find a more effective energy usage solution The major content of this topic can be summarized as below: - Presenting the structure, working principles of MHD, introducing kinds of MHD, the usage and application of MHD and the generating electricity systems of MHD - The relationship between the parameters of the electron density and the generator MHD - Definition of load - Simulation parameters of the electron density in the gas mixture, giving comments and conclusions We hope that this topic will be useful with researches in the forthcoming time to find another ways to generate electricity, which are more effective and suitable for Vietnamese conditions HVTH: Lê Quang Tra Trang vi GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ M CL C Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách ký hiệu ix Danh sách hình xi Danh sách bảng xiii Chương 1: T NG QUAN 1.1 T ng quan đề tài nghiên c u: 1.2 Hướng nghiên c u: 1.3 Nhi m v đề tài: 1.4 Giới h n đề tài: 1.5 Phương pháp nghiên c u: 1.6 Nội dung luận văn Chương 2: C SỞ LÝ THUY T C A MHD 2.1 Các khái ni m b n t thủy động l c (MHD): 2.2 Nguyên lỦ phát n t thủy động l c (MHD): 2.3 Các lo i máy phát n t thủy động l c (MHD): 12 2.4 Các h thống phát n t thủy động l c: 20 2.5 ng d ng: 23 HVTH: Lê Quang Tra Trang vii GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ Chương 3: MÔ PH NG H N H P KHệ LÀM VI C C A T TH Y Đ NG L C 26 3.1 Mô ph ng mật độ n tử số chất hỗn h p khí: 26 3.2 Định nghĩa h số t i K: 36 3.3 Đánh giá k t qu : 40 Chương 4: K T LU N 41 TÀI LI U THAM KH O 43 PH L C 45 HVTH: Lê Quang Tra Trang viii GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ DANH SÁCH CÁC KÝ HI U KÝ HI U LATIN B: từ trường ce: vận tốc nhiệt electron E: điện trường e: điện tích electron F: lực J: mật độ dịng K: thơng số tải me: khối lượng electron ne: mật độ electron p: áp suất P: công suất  : hệ số tỉ nhiệt q: điện tích T: nhiệt độ u: thành phần vận tốc trục x β: thông số Hall  : hiệu suất HVTH: Lê Quang Tra Trang ix GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ θ: góc  : độ linh động  : điện trở suất  : điện dẫn suất r: bán kính quĩ đạo electron τ: thời gian trung bình lần va chạm  : tần số cyclotron : khối lượng tĩnh ion ion hóa nguyên tử cấy khối lượng tĩnh trạng thái ion : mật độ ion : mật độ nguyên tử cấy h: số Planck’s : khối lượng tĩnh ion : khối lượng tĩnh nguyên tử HVTH: Lê Quang Tra Trang x GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ q trình chuyển đổi MHD Hình 2.2: Máy phát điện MHD đơn giản Hình 2.3: Chuyển động điện tử theo đường sức từ Hình 2.4(a): Máy phát Faraday điện cực phân đoạn 12 Hình 2.4(b): Máy phát Faraday điện cực liên tục 12 Hình 2.4(c): Máy phát Hall 12 Hình 2.4(d): Máy phát điện cực nối chéo 12 Hình 2.5: Đĩa phát MHD 13 Hình 2.6: So sánh hiệu suất điện máy phát Hall Faraday 18 Hình 2.7: Đĩa phát MHD 20 Hình 2.8: Máy phát MHD chu trình đơn 21 Hình 2.9: Máy phát MHD chu trình hở 21 Hình 2.10: Chu trình máy phát pha 22 Hình 2.11: Chu trình LM MHD đồng 22 Hình 2.12: Máy phát MHD chu trình kín 23 Hình 2.13: ng dụng ngành đường biển 24 Hình 2.14: ng dụng tàu vũ trụ 25 Hình 3.1: ne = f(ns,T) 30 Hình 3.2: ne = f(ns,T) 31 Hình 3.3: ne = f(ns,T) 32 Hình 3.4: ne = f(ns,T) 33 HVTH: Lê Quang Tra Trang xi GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ Hình 3.5: ne = f(ns,T) 34 Hình 3.6: ne = f(ns, xi) 35 Hình 3.7: Hệ tọa độ Hình 3.8: Đồ thị khảo sát P0 , � , theo K 36 Hình 3.9: P0 = f(K, �) 38 Hình 3.10: P0 = f(K,B) 39 Hình 3.11: P0 = f( �, �) HVTH: Lê Quang Tra 39 40 Trang xii GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ DANH SÁCH CÁC B NG B NG TRANG B ng 3.1: Các thông số mô ne Na 30 B ng 3.2: Các thông số mô ne K 31 B ng 3.3: Các thông số mô ne He 32 B ng 3.4: Các thông số mô ne Li 33 B ng 3.5: Các thông số mô ne Cs 34 B ng 3.6: Các thông số mô ne = f(ns, 35 ) B ng 3.7: Các thông số mô P0 HVTH: Lê Quang Tra 38 Trang xiii GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ Chương T NG QUAN 1.1 T ng quan đề tài nghiên c u: 1.1.1 Đặt vấn đề: Trong giai đoạn công nghiệp hóa đại hóa nay, nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng cao, để đáp ng với nhu cầu ngành điện gặp nhiều khó khăn, nhiều giải pháp đưa nhằm nâng cao chất lượng điện như: nâng cấp nhà máy phát điện cũ, tìm nguồn phát điện mới, nâng cao khả truyền tải, giảm tổn thất điện năng,… Theo quan lượng quốc tế (IEA) công bố số liệu thống kê năm 2012 tiêu dùng nguồn lượng: - Sản lượng điện nước thuộc tổ ch c hợp tác kinh tế phát triển (OECD) giảm 0,9% năm 2011 ch yếu điện hạt nhân giảm mạnh - Sản lượng điện hạt nhân nước OECD giảm 9,2% năm 2011, đặc biệt Nhật Bản giảm 65% Đ c giảm 23%, khiến tổng nhu cầu lượng toàn OECD giảm 1,9% năm 2011 - Các số liệu thống kê c a IEA cho thấy phần c a nguồn lượng tái sinh tổng cung ng nguồn lượng quan trọng tăng 8,2% nước OECD năm 2011, cao m c tăng 7,8% năm 2010 Nhiều giải pháp đưa đặc biệt cần trọng đến vấn đề tìm nguồn lượng tái tạo mới, có phương pháp phát điện phát minh nghiên c u để hoàn thiện nhiều nước đặc biệt ý, phương pháp phát điện từ th y động lực (MHD) Khác với loại máy phát điện theo nguyên lý cũ, máy phát điện (MHD) vận hành nhiệt độ cao khơng có HVTH: Lê Quang Tra Trang GVHD: TS Lê Chí Kiên Luận Văn Thạc Sĩ phận chuyển động MHD phát triển mạnh mẽ nhiệt từ máy phát điện MHD gia nhiệt cho lị c a nhà máy nhiệt điện Hiện nay, Việt Nam xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận, việc nghiên c u hệ thống phát điện từ th y động lực (MHD) hướng mới, kết hợp với nhiệt từ lò phản ng hạt nhân giải pháp mà cần quan tâm làm tăng thêm tính phong phú c a nguồn điện, đáp ng với nhu cầu sử dụng điện ngày cao c a Một số ưu điểm c a nhà máy phát điện từ th y động lực (MHD): Khơng có phận chuyển động, giảm thiểu chi phí bảo trì, bảo dưỡng Hiệu suất phát điện đạt đến 60% sử dụng chu trình kết hợp Có thể tận dụng nguồn khí nóng sau tuabin phản lực để phát điện 1.1.2 Các nghiên c u nước:  Mô số thông số c a loại máy phát điện từ th y động  Phân tích thơng số vào c a máy phát từ th y động lực lực  nh hưởng c a vận tốc, mật độ từ trường, thông số Hall lên thông số đầu c a MHD  Khảo sát tính kinh tế c a máy phát từ th y động lực việt Nam 1.1.3 Các nghiên c u th giới:  Máy phát MHD với nhiên liệu hóa thạch, sử dụng chu trình kết hợp với tuabin để nâng cao hiệu suất phát điện  ng dụng máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng cho tàu ngầm để giảm tiếng ồn khí  Sử dụng vật liệu siêu dẫn để tạo từ trường mạnh cho kênh dẫn  Mô vận tốc áp suất c a vật dẫn, chất lỏng không nén  Phản ng c a máy phát dạng đĩa chu trình kín kết nối với hệ thống điện HVTH: Lê Quang Tra Trang Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS Lê Chí Kiên Kết hợp (3.12) (3.13): �=0⟶ Khi: � �=∞→ = �� � � = �� =0 (3.14) (Với K hệ số tải) 0≤ Trong đó: = �� − Khi mật độ dòng trở thành: �0 = ≤1 (3.15) Công suất cung cấp cho tải xác định: �0 = �� − �0 = 1− = � �� (3.16) �2 �2 (3.17) Tương tự: lực điện cản dòng chảy �� − = 1− = � ��2 � = � = 1− Công suất vào: (3.18) (3.19) �2 �2 (3.20) Hiệu suất định nghĩa tỷ số công suất công suất vào �= �0 � �= = � = 1− 1− � 2�2 � �2 = Chúng ta khảo sát P0 , � , theo K �0 = Theo phương trình (3.17): 1− Đây phương trình có đồ thị parabon HVTH: Lê Quang Tra Trang 37 (3.12) �2 �2 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 3.8: Đồ thị khảo sát P0 , � , theo K Khảo sát phương trình: �0 = 1− �2 �2 Xem tốc độ dịng khí khơng thay đổi q trình khảo sát Các thơng số Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Tốc độ dịng khí (u) 775 775 775 Độ dẫn điện ( ) (3-5) 4.5 (3-5) Cảm ứng từ (B) (5-10) (5-10) Hệ số tải (K) (0-1) (0-1) 0.5 B ng 3.7: Các thông số mô P0 Kết mô phỏng: HVTH: Lê Quang Tra Trang 38 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 3.9: P0 = f(K, ) Hình 3.10: P0 = f(K,B) HVTH: Lê Quang Tra Trang 39 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS Lê Chí Kiên Như vậy: Hình 3.11: P0 = f( , �) Khi hệ số tải K tăng từ → 0.5 công suất tăng, hệ số tải K lớn 0.5 cơng suất giảm Đây tiêu chí dùng để xác định hệ số tải K để tạo công suất đạt giá trị mong muốn Vậy hệ số tải K = 0.5 cơng suất lớn 3.3 Đánh giá k t qu : - Mật độ điện tử phụ thuộc vào lưu chất khí làm việc - Mật độ điện tử phụ thuộc vào nhiệt độ hỗn hợp khí - Mật độ điện tử phụ thuộc vào mật độ cấy nguyên tử kim loại kiềm - Công suất phát lớn hệ số tải 0,5 - Cơng suất có quan hệ với hệ số tải, < K < 0.5 hiệu suất biến thiên theo chiều tăng, K = 0.5 hiệu suất lớn nhất, 0.5