Tải bản đầy đủ

Bài thi môn Năng lượng Mặt trời

Bài thi: Năng lượng mặt trời

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

Đề số 4:
Câu 1:
Phát biểu và nêu hệ quả của định luật Hubble. Tính tuổi của vũ trụ τ V theo công thức
km
τ V = H −1 , với H = 22
là hằng số Hubble.
s.106 nas
Câu 2:
Lập công thức và tính giá trị của gia tốc trọng lực g(M,d) và nhiệt độ cân bằng T(r) trên
bề mặt các thiên thể trong hệ mặt trời theo bảng trị số (M,d,r) của các thiên thể cho trong
SGK.
Câu 3:
Cho thiết bị mặt trời gương parabol trụ có cấu tạo như hình vẽ sau:

E (τ ) = En .sin(ωτ )

Bảng giá trị các thôngLsố cho trước:


G,Cp,tr0 2rL,Ddρ2,,δ
=0,D
C2p =0,ε
, t0 →dt2s , t (τ )
t0
d1 ,δ
1
,D
Chi tiết Thông số Giá trị
Chi tiết Thông số
Giá trị
2
ρ
En
940W/m
1000kg/m3
Gương
Môi chất
r
0,5m
Cp
4180J/kgK
parabol
(H2O)
L
1m
t0 = tf
30 oC
R
0,95
ts
100 oC
d1
0,025m
tf
30 oC
ε
0,92
Không


ω
Ống
30m/s
0,04m
khí
d2
α
tính
0,93
D
Yêu cầu: Khảo sát quá trình làm việc của thiết bị với G1, G2 tính theo: G1 = (1+k).Gs; G2 =
(1- k).Gs. Với k sẽ cho theo số đề.
Chữ đầu tên
Đề số
k

AB
1
0,1

SVTH: Nguyễn Trọng Hiếu

CD
2
0,2

ĐEG
3
0,3

HIK
4
0,4

LM
5
0,5

NOP
6
0,6

QRS
7
0,7

TU
8
0,8

VXYZ
9
0,9

Trang 1


Bài thi: Năng lượng mặt trời

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

Bài làm:
Câu 1:
∗ Phát biểu định luật Hubble: Mọi thiên thể trong vũ trụ đang chuyển động ra xa nhau với
u
r
r
uu
r
u
r
vận tốc ω tỉ lệ thuận với khoảng cách r giữa chúng : ω = - H. r , với H là hằng số
km
Hubble, H = 15 ÷ 30
.
s.106 nas
∗ Hệ quả của định luật Hubble: Vũ trụ đang giản nở.
∗ Tính tuổi của vũ trụ τ V :
−1

km 

17
τ V = H =  22
÷ = 4,3.10 s
6
 s.10 nas 
−1

= 1,36.1010năm = 13,6 tỉ năm.

Câu 2:
1. Lập công thức tính gia tốc trọng lực g(M,d) và nhiệt độ cân bằng T(r) trên bề mặt các
thiên thể trong hệ mặt trời theo bảng trị số (M,d,r):
a. Lập công thức tính gia tốc trọng lực g(M,d):
Với một chất điểm có khối lượng m đặt trên bề mặt một thiên thể thì lực hấp dẫn P do
thiên thể tác dụng lên chất điểm được xác định theo phương trình định luật hấp dẫn là:
M.m
P = G 2 ,N
(1)
R
Ở đây:
SVTH: Nguyễn Trọng Hiếu

Trang 2


Bài thi: Năng lượng mặt trời

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

G: hằng số hấp dẫn vũ trụ, G = 6,67.10-11Nm2/kg2;
M: khối lượng của thiên thể, kg;
R: bán kính của thiên thể, m. R = d/2.
Mặc khác ta củng có:
P = m.g, N
(2)
Từ (1) và (2) suy ra:
M
4M
g = G. 2 = G. 2 , m/s 2
R
d
b. Lập công thức tính nhiệt độ cân bằng T(r):
∗ Phát biểu bài toán:Lập công thức tính nhiệt độ cân bằng của vật thể V trong hệ mặt
trời với các thông số cho trong hình vẻ:
A, ε ,F,T

CK (D=1)
MT

Ft

r

D0,T0
Ở đây nhiệt độ cân bằng T của vật V là nhiệt độ ổn định trên bề mặt của vật lúc khi có
sự cân bằng giữa công suất bức bạ Qt do vật hấp thu và công suất bức xạ phát tán ra xung
quanh Q.
∗ Lập công thức tính T theo phương trình cân bằng nhiệt cho vật V lúc ổn định. Khi đó:
Qt = Q

⇔ A.E t (r).Ft = ε.σ 0 .T 4 .F
1/4

1/4

1/2

 A.E t (r).Ft 
 A.Ft 
D 
⇔ T(r,Ft ) = 
.T0 .  0 ÷
÷ =
÷
 ε.F 
 2r 
 ε.σ 0 .F 

Nếu V là vật xám, có A = ε , khi đó:
1/4

1/2

F 
D 
T(r,Ft ) =  t ÷ .T0 .  0 ÷
F
 2r 
Nếu V là vật xám dạng cầu:

T(r) =

D
1
.T0 . 0
2
r

2. Bảng giá trị gia tốc trọng lực g(M,d) và nhiệt độ cân bằng T(r) trên bề mặt các thiên thể
trong hệ mặt trời:
T(r)
r
d
M
g
TT
Tên thiên thể
11
6
24
2
o
10 m
10 m
10 kg
m/s
C
6
0
Mặt Trời
0
1391
2.10
275.90
5489
1
Thủy tinh
0.58
4.88
0.33
3.70
173
2
Kim tinh
1.08
12.1
4.57
8.33
54
SVTH: Nguyễn Trọng Hiếu

Trang 3


Bài thi: Năng lượng mặt trời
3
4
5
6
7
8
9
3.1

Trái Đất
1.5
Hỏa tinh
2.27
Mộc tinh
7.77
Thổ tinh
14.3
Thiên Vương tinh 28.7
Hải vương tinh
45
Diêm Vương tinh 59.1
Mặt Trăng
0.00374

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn
12.76
6.79
143
121
51
50
2.3
3.47

5.98
0.64
1900
598
87
103
5.5
0.073

9.80
4
3.71
-47
24.80
-151
10.90
-183
8.93
-210
11.00
-222
277.52
-229
1.62 -170/+130

Câu 3:
1.Bảng tính các thông số trung gian:

Bước

Tên thông số

Công thức tính

Đáp số

1
2
3
4

Diện tích trực xạ
Diện tích xuyên kính
Diện tích phản xạ
Dt TĐBX quy đổi

F1 = d1.L
F2 = (d2- d1).L
F3 = (2r-d2).L
F = F1.D + F2.D3.R + F3.D.R

0,025m2
0,015m2
0,96m2
0,88m2

5

C/s hấp thụ cực đại

P = ε.E n .F

761W

6

Thể tích môi chất

7

Khối lượng mc tĩnh

π 2
.d1 .L
4
m = ρ.V

8

Nhiệt dung của mt

C = m.Cp

2090J/K

9

Nhiệt độ xác định

[t] = tf

30 o C

10

Nhiệt độ vách ngoài ống
kính

10

Hệ số tỏa nhiệt từ ống đến
môi trường

(t 0 + t s )/2 + t f
2
Tw4 -Tf4
λK
n
α=
.C.Re f + ε.σ 0 .
d2
Tw -Tf

12

Nhiệt trở 1m
ống(MC,KK,K)

13

Tốc độ góc của Mặt trời

SVTH: Nguyễn Trọng Hiếu

V=

tw =

Rl =

0,0005m3
0,5kg

47,5 o C
131W/m2K

d
1
1
.ln 2 +
2πλK
d1 π d 2α

2,83mK/W


τn

7,27.10-5
rad/s

ω=

Trang 4


Bài thi: Năng lượng mặt trời
14

Tốc độ gia nhiệt cực đại

15

Độ gia nhiệt sôi

16

Nhiệt dung tới hạn sôi

17

Đương lượng nước tới hạn
sôi

18

Lưu lượng tới hạn sôi

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

a=

P
C

0,364K/s

Ts = ts – t0

Cs =

70 o C

P
ωTs

149538J/K

Ws =ω. Cs2 - C 2
1 
L 
.  Ws - ÷
Cp 
Rl 

Gs =

10,87W/K
0,0025kg/s

2.Bảng chọn các thông số thực nghiệm để khảo sát:
Bước

Tên thông số

Công thức tính

Đáp số

1

Chọn G1 để sx nước nóng

G1 = (1+k).Gs

0,0035kg/s

2

Chọn G2 để sx nước sôi

G2 = (1-k).Gs

0,0015kg/s

3

Đương lượng nước nóng

W1 = G1.Cp + L/Rl

15W/K

4

Đương lượng nước sôi

W2 = G2.Cp + L/Rl

6,62W/K

5

Tần số giao động nhiệt
nước nóng

6

Tần số giao động nhiệt
nước sôi

W1
C
W
b2 = 2
C
b1 =

0,0072s-1
0,0032s-1

3.Bảng tính các thông số đặc trưng của thiết bị:
Bước

Tên thông số

1

Độ gia nhiệt cực đại

2

Nhiệt độ cực đại

3

Thời điểm đạt tm

SVTH: Nguyễn Trọng Hiếu

Công thức tính

Tm =

a

Đáp số
G1 = 1,4Gs G2 = 0,6Gs
51 o C

114 o C

tm= Tm + t0

81 o C

144 o C

 1 1ω
 
τ m = τ n .  + .arctg  ÷÷
 b 
 4 2π

6,04h

6,09h

2

b +ω

2

Trang 5


Bài thi: Năng lượng mặt trời

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

4

Nhiệt độ cuối ngày

5

Độ gia nhiệt trung bình

6
7


b 2 +ω2
a.(ω2 + 2b2 )
Tn =
πb.(b 2 + ω2 )
tc = t0 +

Nhiệt độ trung bình của
môi chất
Công suất nhiệt hữu ích
trung bình

30,5 o C

33 o C

32 o C

72 o C

t = t0 + Tn

62 o C

102 o C

Pn = G.Cp.Tn

468,16W

451,44W

m n = G1 .

τn
2

8

Lượng nước nóng sản suất

9

Hiệu suất sản suất nước
nóng

10

Thời điểm bắt đầu sôi

τs1 =

11

Thời điểm hết sôi

τs2 =

12

Thời gian sôi

∆τ s = τ s 2 − τ s1

6,93h

13

Lượng nước sôi

M s = G2 .∆τ S

37,42kg

14

Hiệu suất sôi

ηn =

151,2kg

PπP
n
n
=
E.Fh 2E n .Fh

78%

τn 
T . b 2 +ω2
ω
.  arctg +arcsin s
2π 
b
a


÷
÷


τn 
T . b 2 +ω2
ω
.  π+arctg -arcsin s
2π 
b
a

ηn =

2,62h


÷
÷


9,55h

π.M s Cp .Ts

42,4%

E n .Fh .τ n

160
∗ Đồ
thị biểu diễn quá trình gia nhiệt t( τ ,G1) và quá trình đun sôi t( τ ,G2)cho nước trong
140

thiết bị:

120

t,[ o C ]
144 o C

100

t( τ ;G2= 0,6Gs)
80

t( τ ;G1=1,4Gs)

81 o C

60
40

33
30
30,5

30
20
s1
SVTH: Nguyễn
TrọngτHiếu
0

2 2,62

4

6

8

τ

s2

9,55 10

o o τ ,[h] Trang 6
12 CC



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×