Luận văn: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÁNH CỦA ĐỘNG CƠ GIÓ TRỤC NGANG VỚI VẬN TỐC GIÓ NHỎ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
—————-
NGUYỄN CHÍ THIỆN
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÁNH CỦA ĐỘNG CƠ GIÓ TRỤC NGANG VỚI VẬN TỐC GIÓ NHỎ
Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT
Mã số: 60.52.80
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2014
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Với sự bức bách nhu cầu về năng lượng, người ta sử dụng động cơ gió trục ngang với tốc độ gió thấp thực sự có hiệu quả ở các địa điểm như thành thị, nông thôn,… Qua nghiên cứu tài liệu, tôi đã tập hợp và xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán thông số cánh. Và tôi đã lập chương trình vẽ biên dạng cánh NACA 4 số và 5 số bất kỳ. Đồng thời, tôi đã số hóa đồ thị của 10 cánh NACA 4 số (2306, 2309, 2312, 2315, 2406, 2409, 2412, 2415, 2418, 2421) và 10 cánh NACA 5 số (63215, 63218, 63221, 63415, 63418, 63421, 64415, 64421, 65415, 65421) để tìm thông số tối ưu của cánh. Sau đó, tôi đã phân tích lựa chọn cánh có hiệu suất cao nhất để thiết kế thông số cánh thành công cho động cơ gió trục ngang.
For the urgent demand of energy, Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT) have been effectively used for low speed wind places (in both urban and rural areas). Doing some research, I have gathered the data and built up a theoretical background for parameter calculations of rotor blades. Then, a program was written to draw the edge of any airfoil (modified NACA, 4-digit and 5-digit ones). In addition, I digitized the graphs of 10 4-digit NACA airfoils (2306, 2309, 2312, 2315, 2406, 2409, 2412, 2415, 2418, 2421) and 10 5-digit NACA airfoils (63215, 63218, 63221, 63415, 63418, 63421, 64415, 64421, 65415, 65421) to find the optimal parameter. Subsequently, I performed an analysis and chose the airfoil with the best performance to design the parameter of rotor blades for Horizontal Axis Wind Turbines.
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ……………………………………………………………………………. ii
LỜI CÁM ƠN ………………………………………………………………………………………………………….. iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ……………………………………………………………………………… iv
LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ ……………………………………………………………………………… v
DANH SÁCH HÌNH VẼ …………………………………………………………………………………………… x
DANH SÁCH BẢNG ………………………………………………………………………………………………. xii
DANH SÁCH KÝ HIỆU ………………………………………………………………………………………… xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ………………………………………………………………………………………. 1
1.1.Giới thiệu năng lượng gió ………………………………………………………………………………………. 1
1.1.1. Tình hình sử dụng năng lượng gió thế giới ………………………………………………………….. 1
1.1.2. Tình hình sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam ……………………………………………………. 3
1.2.Giới thiệu Turbine gió ……………………………………………………………………………………………. 4
1.2.1. Turbine gió trục ngang (HAWT) ………………………………………………………………………… 5
1.2.2. Turbine gió trục đứng (VAWT) …………………………………………………………………………. 5
1.3.Hiệu suất turbine gió ……………………………………………………………………………………………… 7
1.4.Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ……………………………………………………………………………. 12
1.4.1. Mục tiêu của đề tài …………………………………………………………………………………………. 12
1.4.2. Nhiệm vụ của đề tài ……………………………………………………………………………………….. 13
1.5.Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………………………………………………… 13
1.6.Ý nghĩa khoa học và tính cấp thiết đề tài ………………………………………………………………… 14
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN ……………………………………………………………………………….. 15
2.1.Nguyên lý và cấu tạo động cơ gió trục ngang …………………………………………………………. 15
2.1.1. Nguyên lý làm việc turbine gió trục ngang ………………………………………………………… 15
2.1.2. Cấu tạo động cơ gió trục ngang ……………………………………………………………………….. 17
2.1.2.1.Cán gió …………………………………………………………………………………………………………. 17
2.1.2.2.Cơ cấu điều tốc ……………………………………………………………………………………………… 19
2.1.2.3.Bộ truyền động ……………………………………………………………………………………………… 21
2.1.2.4.Cơ cấu định hướng gió …………………………………………………………………………………… 25
2.1.2.5.Trụ đỡ động cơ ………………………………………………………………………………………………. 27
2.1.2.6.Bộ phận khác ………………………………………………………………………………………………… 28
2.2.Cơ sở lý thuyết động lực học không khí của động cơ gió …………………………………………. 28
2.2.1. Cơ sở động học của cánh ………………………………………………………………………………… 28
2.2.1.1.Lực khí động tác dụng lên cánh ……………………………………………………………………….. 28
2.2.1.2.Đặc tính lực nâng lên tiết diện cánh …………………………………………………………………. 31
2.2.1.3.Đặc tính lực cản lên tiết diện cánh ……………………………………………………………………. 32
2.2.1.4.Đường cong cực ……………………………………………………………………………………………. 33
2.2.1.5.Đặc tính moment tác dụng lên tiết diện cánh …………………………………………………….. 34
2.2.1.6.Tiêu điểm và trung tâm áp lực ………………………………………………………………………….. 35
2.2.1.7.Lực nâng, lực cản và moment trong trường hợp góc tấn lớn ……………………………….. 36
2.2.1.8.Ảnh hưởng của hệ số Reynold và độ nhám thô bề mặt ……………………………………….. 37
2.2.2. Lý thuyết động lực hướng trục ………………………………………………………………………… 38
2.2.3. Lý thuyết phân tố cánh …………………………………………………………………………………… 43
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ………………………………………………………………………. 48
3.1.Tính toán bán kính cánh quạt Rotor ……………………………………………………………………….. 48
3.2.Tỉ tốc đầu mút …………………………………………………………………………………………………….. 48
3.3.Biên dạng cánh …………………………………………………………………………………………………… 50
3.4.Chiều dài dây cung cánh ………………………………………………………………………………………. 57
3.5.Góc đặt cánh ………………………………………………………………………………………………………. 59
3.6.Tính toán hiệu suất của động cơ ……………………………………………………………………………. 60
CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN …………………………………………………. 62
4.1.Chương trình vẽ biên dạng cánh 4 số …………………………………………………………………….. 62
4.1.1. Sơ đồ khối …………………………………………………………………………………………………….. 62
4.1.2. Giao diện chương trình …………………………………………………………………………………… 62
4.1.3. Kết quả chương trình ……………………………………………………………………………………… 63
4.2.Chương trình vẽ biên dạng cánh 5 cánh …………………………………………………………………. 63
4.2.1. Sơ đồ khối …………………………………………………………………………………………………….. 63
4.2.2. Giao diện chương trình …………………………………………………………………………………… 64
4.2.3. Kết quả chương trình ……………………………………………………………………………………… 64
4.3.Chương trình tính thông số tối ưu của biên dạng …………………………………………………….. 64
4.3.1. Sơ đồ khối …………………………………………………………………………………………………….. 64
4.3.2. Giao diện chương trình …………………………………………………………………………………… 65
4.3.3. Kết quả …………………………………………………………………………………………………………. 66
4.4.Chương trình lựa chọn hiệu suất các biên dạng ……………………………………………………….. 66
4.4.1. Sơ đồ khối …………………………………………………………………………………………………….. 66
4.4.2. Giao diện chương trình …………………………………………………………………………………… 67
4.4.3. Kết quả chương trình ……………………………………………………………………………………… 67
4.5.Tính toán các thông số cánh thiết kế ………………………………………………………………………. 67
4.5.1. Sơ đồ khối …………………………………………………………………………………………………….. 67
4.5.2. Giao diện chương trình …………………………………………………………………………………… 68
4.5.3. Kết quả chương trình ……………………………………………………………………………………… 69
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ………………………………………………………………………………………… 71
5.1.Kết luận ……………………………………………………………………………………………………………… 71
5.2.Hướng phát triển đề tài ………………………………………………………………………………………… 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………………………………………… 72
PHỤ LỤC ……………………………………………………………………………………………………………….. 73
Phụ lục 1: Mã code Matlab chương trình vẽ biên dạng cánh 4 số ……………………………………. 73
Phụ lục 2: Mã code chương trình vẽ biên dạng cánh 5 số ………………………………………………. 74
Phụ lục 3: Mã code chương trình tính thông số các biên dạng cánh ………………………………… 75
Phụ lục 4: Mã code chương trình lựa chọn hiệu suất các biên dạng …………………………………. 89
Phụ lục 5: Mã code chương trình tính toán thông số cánh thiết kế ………………………………….. 91
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ……………………………………………………………………………. 93
