Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Quốc Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC (H/D VÀ L/T) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA TUA BIN TRỰC GIAO PHÙ HỢP VỚI DỊNG CHẢY TRÊN SƠNG VÀ VEN BIỂN Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Quốc Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC (H/D VÀ L/T) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA TUA BIN TRỰC GIAO PHÙ HỢP VỚI DỊNG CHẢY TRÊN SƠNG VÀ VEN BIỂN Ở VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS Nguyễn Thế Mịch TS Đỗ Huy Cương HÀ NỘI - 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án tiến sỹ, may mắn vinh dự nhận hướng dẫn, bảo tận tình hai nhà khoa học GS TS Nguyễn Thế Mịch TS Đỗ Huy Cương Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ có hiệu hai thày Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến thày, cô Bộ môn Máy tự động thủy khí, Viện khí động lực, trường đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn đến tập thể lãnh đạo, anh em nhân viên kỹ thuật, công nhân Viện thủy điện lượng tái tạo giúp đỡ tận tình trình thực luận án có nhiều góp ý, hỗ trợ quý báu thiết kế, chế tạo thử nghiệm máy mẫu luận án tiến sỹ Cuối xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ông, bà, bố mẹ, anh em gia đình tơi, đặc biệt người vợ trai yêu quý nhẫn nại, chịu nhiều khó khăn, thiệt thòi ln ln bên cạnh tơi để động viên, khuyến khích cho tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án tiến sỹ Nghiên cứu sinh Nguyễn Quốc Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sỹ riêng Các kết quả, số liệu luận án trung thực chưa công bố tài liệu Hà Nội, ngày tháng Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh GS TS Nguyễn Thế Mịch Nguyễn Quốc Tuấn TS Đỗ Huy Cương i năm 2018 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU n - Số vòng quay quay tua bin (v/ph) nmf – Số vòng quay máy phát điện (v/ph) i – Tỷ số truyền (không thứ nguyên) Z - Số cánh bánh công tác tua bin P - Công suất trục tua bin (kW) Ptm – Công suất định mức tổ máy (kW) S – Số tổ máy (tổ) PB – Công suất cánh bánh công tác (kW) η - Hiệu suất tua bin (%) ηmf - Hiệu suất máy phát (%) ηol - Hiệu suất ổ lăn (%) ηck - Hiệu suất khí (%) ρ - Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) g - Gia tốc trọng trường (m/s2) - Độ nhớt động học chất lỏng cơng tác (m2/s) Vmax – Vận tốc dòng chảy lớn (m/s) Vtt – Vận tốc dòng chảy tính tốn (m/s) Vmin – Vận tốc dòng chảy nhỏ (m/s) V - Vận tốc dòng chảy trước bánh cơng tác (m/s) Va - Vận tốc dòng chảy bánh cơng tác (m/s) Vw – Vận tốc dòng chảy sau khỏi bánh công tác (m/s) Pa+ - Áp suất mặt trước cánh bánh công tác (N/m2) Pa- - Áp suất mặt sáu cánh bánh công tác (N/m2) Vn – Thành phần vận tốc pháp tuyến với profile cánh (m/s) Vt – Thành phần vận tốc tiếp tuyến với profile cánh (m/s) u – Vận tốc vòng (m/s) W – Vận tốc tương đối (m/s) D - Đường kính bánh cơng tác (m) R – Bán kính bánh cơng tác (m) H - Chiều cao bánh cơng tác (m) ii A – Diện tích qt bánh công tác tua bin (m2) Z – Số cánh bánh công tác U – Hiệu điện (V) I - Dòng điện (A) - Góc cánh - Góc tạo véc to vận tốc tới duờng dây cung biên dạng cánh (độ) λ - Hệ số vận tốc (không thứ nguyên) a – Hệ số thu hẹp dòng chảy (khơng thứ ngun) - Vận tốc góc (Rad/s) - Góc phương vị cánh (độ) a - Hệ số thu hẹp dòng chảy (khơng thứ nguyên) m – Khối lượng chất lỏng qua bánh công tác đơn vị thời gian (kg/s) l - Ðộ dài profile cánh bánh công tác tua bin (m) t – Bước cánh (m) CP – Hệ số công suất tua bin (không thứ nguyên) CL - Hệ số lực nâng (không thứ nguyên) CD - Hệ số lực cản (không thứ nguyên) Cn – Hệ số thành phần lực theo phương pháp tuyến Ct – Hệ số thành phần lực theo phương tiếp tuyến Fn – Thành phần lực theo phương pháp tuyến (N) Ft – Thành phần lực theo phương tiếp tuyến (N) dN – Thành phần lực pháp tuyến tác dụng lên phân tố cánh (N) dT – Thành phần lực tiếp tuyến tác dụng lên phân tố cánh (N) Lp - Lực nâng cánh (N) FD – Lực cản cánh (N) TB - Mô men bánh công tác (N.m) Cm – Hệ số mô men bánh công tác (không thứ nguyên) - Hệ số cứng vững cánh bánh công tác (không thứ nguyên) b - Chiều dày profile cánh bánh công tác tua bin (m) Re – Số Reynolds (không thứ nguyên) Sh – Số Strouhal (không thứ nguyên) iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Nội dung bảng biểu Trang Bảng 1.1 Vận tốc dòng chảy vị trí điểm A Bảng 1.2 Vận tốc dòng chảy vị trí điểm B 10 Bảng 1.3 Vận tốc dòng chảy vị trí điểm C 11 Bảng 1.4 Vận tốc dòng chảy vị trí điểm D 12 Bảng 1.5 Vận tốc dòng chảy vị trí điểm E 13 Bảng 1.6 Bảng giá trị Cpmax Cpmax trường hợp nghiên cứu 19 Bảng 1.7 Bảng tổng hợp loại tua bin trực giao hãng New Energy Corporation 21 Bảng 2.1 Tọa độ biên dạng cánh NACA 0018 35 Bảng 2.2 Kết tính tốn thơng số kỹ thuật bánh công tác tua bin với l/t = 0.13 38 10 Bảng 2.3 Kết tính tốn thơng số kỹ thuật bánh công tác tua bin với l/t = 0.19 39 11 Bảng 2.4 Kết tính tốn thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với l/t = 0.25 39 12 Bảng 2.5 Kết tính tốn thơng số kỹ thuật bánh cơng tác tua bin với l/t = 0.32 40 13 Bảng 2.6 Kết tính tốn thơng số kỹ thuật bánh công tác tua bin với l/t = 0.38 40 14 Bảng 2.7 Kết tính tốn thơng số kỹ thuật bánh công tác tua bin với l/t = 0.45 41 15 Bảng 3.1 Kết mô cho trường hợp l/t = 0.13 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 54 16 Bảng 3.2 Kết mô cho trường hợp l/t = 0.19 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 57 17 Bảng 3.3 Kết mô cho trường hợp l/t = 0.25 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 61 18 Bảng 3.4 Kết mô cho trường hợp l/t = 0.32 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 64 19 Bảng 3.5 Kết mô cho trường hợp l/t = 0.38 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 68 20 Bảng 3.6 Kết mô cho trường hợp l/t = 0.45 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 70 21 Bảng 3.7 Kết tính tốn thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với H/D = 0.8 73 iv 22 Bảng 3.8 Kết mô cho trường hợp H/D = 0.8 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 74 23 Bảng 3.9 Kết tính tốn thơng số kỹ thuật bánh công tác tua bin với H/D = 0.9 76 24 Bảng 3.10 Kết mô cho trường hợp H/D = 0.9 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 78 25 Bảng 3.11 Kết tính tốn thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với H/D = 1.1 79 26 Bảng 3.12 Kết mô cho trường hợp H/D = 1.1 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 82 27 Bảng 3.13 Kết tính tốn thơng số kỹ thuật bánh cơng tác tua bin với H/D = 1.2 83 28 Bảng 3.14 Kết mô cho trường hợp H/D = 1.2 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 86 29 Bảng 3.15 Kết tính tốn thơng số kỹ thuật bánh công tác tua bin với H/D = 1.3 87 30 Bảng 3.16 Kết mô cho trường hợp H/D = 1.3 với dải vận tốc dòng chảy thay đổi 89 31 Bảng 4.1 Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.13 (Z = cánh) 100 32 Bảng 4.2 Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.19 (Z = cánh) 101 33 Bảng 4.3 Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.25 (Z = cánh) 102 34 35 Bảng 4.4 Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) Bảng 4.5 Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.38 (Z = 12 cánh) v 104 105 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ TT Nội dung hình đồ thị Trang Hình 1.1 Bản đồ bở biển Việt Nam Hình 1.2 Hệ thống cửa sông đổ biển, hệ thống vũng, vịnh ven biển Hải Phòng, Quảng Ninh Hình 1.3 Hệ thống cửa sông ven biển khu vực Quảng Nam Hình 1.4 Hệ thống cửa sơng ven biển khu vực Vũng Tàu Hình 1.5 Hệ thống cửa sông ven biển khu vực Trà Vinh 6 Hình 1.6 Trường dòng chảy Biển Đơng ven bờ Việt Nam 7 Hình 1.7 Khảo sát dòng chảy khu vực bến Việt Hải 8 Hình 1.8 Khảo sát dòng chảy khu vực Tùng Gấu 11 Hình 1.9 Khảo sát dòng chảy khu vực Tai Kéo 13 10 Hình 1.10 Cấu tạo tua bin trực giao 15 11 Hình 1.11 Cấu tạo tổ máy tua bin trực giao có tầng bánh cơng tác 15 12 Hình 1.12 Lắp đặt tua bin trực giao kênh thủy lợi tưới tiêu 16 13 Hình 1.13 Lắp đặt tua bin trực giao cửa xả hệ thống nước xả thải khu công nghiệp 16 14 Hình 1.14 Lắp đặt tua bin trực giao khai thác lượng dòng chảy cửa biển 16 15 Hình 1.15 Lắp đặt tua bin trực giao gầm cầu để khai thác lượng dòng chảy 16 16 Hình 1.16 Đồ thị thể mối quan hệ hệ số công suất Cp hệ số vận tốc 18 17 Hình 1.17 Đồ thị thể mối quan hệ Cp vận tốc gió ứng với giá trị H/D 20 18 Hình 1.18 Hai mẫu tua bin trực giao hãng New Energy Corporation với cơng suất 5kW 10kW 20 18 Hình 1.19 Lắp đặt tua bin trực giao sông Yukon, Alaska, Mỹ 21 19 Hình 2.1 Nguyên lý làm việc tua bin trực giao 24 20 Hình 2.2 Tam giác vận tốc dòng chảy qua bánh cơng tác tua bin trực giao 25 vi 21 Hình 2.3 Vận tốc góc tới phụ thuộc vào hệ số vận tốc 25 22 Hình 2.4 Sự thay đổi áp suất vận tốc dòng chảy qua bánh cơng tác 26 23 Hình 2.5 Các thành phần vận tốc dòng chảy qua bánh cơng tác 28 24 Hình 2.6 Hệ số lực thành phần theo phương pháp tuyến phương tiếp tuyến 29 25 Hình 2.7 Các thơng số hình học bánh công tác tua bin trực giao 33 26 Hình 2.8 Biên dạng cánh NACA 0018 35 27 Hình 2.9 Đường quan hệ hệ số công suất tỷ số vận tốc tua bin trực giao 36 28 Hình 2.10 Đồ thị quan hệ hệ số lực nâng CL hệ số lực cản CD vào góc 38 29 Hình 3.1 Tổng quan mơ hình chương trình CFD 42 30 Hình 3.2 Cấu trúc phần mềm Ansys Fluent 44 31 Hình 3.3 Sơ đồ bước áp dung phần mềm Ansys Fluent 44 32 Hình 3.4 Điều kiện biên mơ hình tốn 51 33 Hình 3.5 Mơ hình chia lưới tốn 52 34 Hình 3.6 Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh cơng tác có l/t = 0.13 với trường hợp hệ số mô men lớn Cm = 0.13, tỷ số vận tốc = 2.6 53 35 Hình 3.7 Phân bố vận tốc dòng chảy mặt phẳng cắt qua cánh bánh công tác tua bin có l/t = 0.13 53 36 Hình 3.8 Phân bố vận tốc qua profile cánh bánh công tác với l/t = 0.13 55 37 Hình 3.9 Đường quan hệ =f1() Cm = f2() với l/t = 0.13 55 38 Hình 3.10 Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh cơng tác có l/t = 0.19 với trường hợp hệ số mô men lớn Cm = 0.145, tỷ số vận tốc = 2.51 56 39 Hình 3.11 Phân bố vận tốc dòng chảy mặt phẳng cắt qua cánh bánh cơng tác tua bin có l/t = 0.19 56 40 Hình 3.12 Phân bố vận tốc qua profile cánh bánh công tác với l/t = 0.19 56 41 Hình 3.13 Đường quan hệ =f1() Cm = f2() với l/t = 0.19 58 42 Hình 3.14 Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh cơng tác có l/t = 0.25 với trường hợp hệ số mô men lớn Cm = 0.171, tỷ số vận tốc = 2.10 59 vii ... sâu nghiên cứu luận án: Nghiên cứu ảnh hưởng thông số hình học (H/D l/t) đến hiệu suất tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy sơng ven biển Việt Nam với phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Quốc Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC (H/D VÀ L/T) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA TUA BIN TRỰC GIAO PHÙ HỢP VỚI DỊNG CHẢY TRÊN SƠNG VÀ... cơng trình nghiên cứu loại tua bin Với mong muốn đưa mẫu tua bin trực giao phù hợp với điều kiện dòng chảy thực tế, phục vụ cho việc lựa chọn tua bin, thiết kế chế tạo bánh công tác tua bin, tác