Luận văn: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CỦA HÃNG CAROCELL
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MIN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
—————
TRẦN XUÂN AN
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ
CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CỦA HÃNG CAROCELL
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT
Mã số: 605280
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Luận văn nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cải tiến thiết bị chưng cất nước để uống sử dụng năng lượng mặt trời của hãng Carocell bao gồm những nội dung chính sau:
- Tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời.
- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng chưng cất nước và đề xuất giải pháp cải tiến nâng cao sản lượng thiết bị Carocell.
- Sử dụng các công thức phù hợp để tính toán các tham số số liên quan đến chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời.
- Chế tạo bộ trao đổi nhiệt gia nhiệt nước cấp.
- Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị chưng cất nước Carocell cải tiến và so sánh kết quả sau khi cải tiến.
ABSTRACT
The thesis “Theoretical & Experimental Study to improve the Carocell solar desalination for drinking” consists of the following main items:
- Synthesizing the research results from the related references.
- Analysis of factors affecting the production of distilled water and propose solutions for improving the output device Carocell.
- Use the appropriate formula to calculate parameters related to water distillation using solar energy.
- Production of heat exchangers heating water,
- Experimental study Carocell water distillation equipment improvements and compare the results after improvements.
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ………………………………………………………………………………….. 1
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU …………………………………………………………………………… 1
1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU …………………………………………………. 1
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …………………………………………………………………… 2
1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI …………………………………………………………… 2
1.6 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ………………………………………………………………….. 2
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về mặt trời ……………………………………………………………………………………. 9
2.2 Hiện trạng sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới …………………………………….. 15
2.3 Tiềm năng và hiện trạng sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam ………………… 22
2.4 Hiện trạng chưng cất nước trên thế giới ………………………………………………………… 26
2.5 Thiết bị chứng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời ……………………………………. 28
2.5.1 Phân loại …………………………………………………………………………………………….. 28
2.5.2 Thiết bị chưng cất nước kiểu trực tiếp ……………………………………………………. 31
2.5.3 Thiết bị chưng cất nước kiểu gián tiếp ……………………………………………………. 38
2.6 Giới thiệu thiết bị chưng cất nước Carocell ……………………………………………………. 40
2.6.1 Đặc điểm cấu tạo …………………………………………………………………………………. 40
2.6.2 Nguyên lý làm việc ……………………………………………………………………………… 42
2.6.3 So sánh thiết bị chưng cất Carocell với thiết bị chưng cất nước truyền thống dạng bể phẳng một tấm phủ ……………………………………………………………………………………………………. 43
2.6.4 Ưu, nhược điểm và ứng dụng ……………………………………………………………….. 44
CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Năng lượng mặt trời ………………………………………………………………………………………….. 47
3.2 Nguyên lý quá trình chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời ………………………. 51
3.3 Cơ cấu quá trình ngưng hơi ……………………………………………………………………………….. 51
3.4 Cơ sở truyền nhiệt ……………………………………………………………………………………………… 54
3.4.1 Dẫn nhiệt ………………………………………………………………………………………………………. 54
3.4.2 Trao đổi nhiệt đối lưu ……………………………………………………………………………………… 55
3.4.3 Trao đổi nhiệt bức xạ ……………………………………………………………………………………… 57
3.5 Truyền nhiệt trong thiết bị chưng cất nước năng lượng mặt trời …………………………. 57
3.5.1 Nhiệt lượng trao đổi đối lưu từ mặt nước đến tấm phủ ……………………………………….. 57
3.5.2 Nhiệt lượng trao đổi bằng bức xạ giữa bề mặt nước và tấm phủ ………………………….. 58
3.5.3 Nhiệt lượng bốc hơi giữa bề mặt nước và tấm phủ …………………………………………….. 59
3.5.4 Nhiệt lượng tổn thất từ tấm phủ ra môi trường xung quanh ………………………………… 59
3.5.5 Sản lượng nước chưng cất trong một giờ ………………………………………………………….. 59
3.5.6 Hiệu suất tức thời của thiết bị ………………………………………………………………………….. 60
3.5.7 Hiệu xuất xác định theo phương pháp thực nghiệm ……………………………………………. 60
CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TIẾN
4.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng nước chưng cất …………………………… 61
4.1.1 Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời ……………………………………………………………………….. 61
4.1.2 Ảnh hưởng của tốc độ gió trên tấm phủ ……………………………………………………………. 61
4.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh ……………………………………………….. 62
4.1.4 Ảnh hưởng của bụi và mây che ……………………………………………………………………….. 62
4.1.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ diện tích ngưng tụ và diện tích bốc hơi ……………………………….. 62
4.1.6 Ảnh hưởng của độ nghiêng tấm phủ …………………………………………………………………. 63
4.1.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ tấm phủ …………………………………………………………………….. 63
4.1.8 Ảnh hưởng của bề dày lớp nước trong thiết bị ………………………………………………….. 63
4.1.9 Ảnh hưởng của việc bố trí bộ ngưng tụ ngoài ……………………………………………………. 64
4.1.10 Ảnh hưởng của việc tạo đối lưu cưỡng bức bên trong thiết bị ……………………………… 65
4.1.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp vào ……………………………………………………………… 65
4.1.12 Ảnh hưởng của lưu lượng nước cấp …………………………………………………………………. 66
4.2 Đề xuất giải pháp cải tiến …………………………………………………………………………………… 66
CHƯƠNG V: THỰC NGHIỆM – TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC CAROCELL
5.1 Nguồn nước sử dụng cho chưng cất ……………………………………………………………………. 67
5.2 Mục đích thực nghiệm ……………………………………………………………………………………….. 67
5.3 Phương pháp thực nghiệm …………………………………………………………………………………. 67
5.4 Tính toán thực nghiệm thiết bị chưng cất nước Carocell ……………………………………… 68
5.4.1 Sơ đồ thực nghiệm …………………………………………………………………………………………. 68
5.4.2 Nguyên lý làm việc ………………………………………………………………………………………… 69
5.4.3 Phân tích dòng nhiệt thiết bị chưng cất nước Carocell ………………………………………… 69
5.4.4 Kết quả tính toán và thực nghiệm …………………………………………………………………….. 70
Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………. 95
5.5 Tính toán thiết kế bộ trao đổi nhiệt …………………………………………………………………….. 96
5.6 Tính chọn bình chứa nước …………………………………………………………………………………. 99
5.7 Tính toán thực nghiệm thiết bị chưng cất nước Carocell cải tiến ………………………… 100
Nhận xét ……………………………………………………………………………………………………………….. 116
5.8 Tổng hợp kết quả thực nghiệm …………………………………………………………………………. 117
5.9 Giới hạn nhiệt độ nước …………………………………………………………………………………….. 120
Nhận xét ……………………………………………………………………………………………………………….. 122
5.10 Kết quả kiểm tra mẫu nước sau chưng cất ………………………………………………………. 122
5.11 Chi phí cải tiến thiết bị ……………………………………………………………………………………. 123
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1 Kết luận …………………………………………………………………………………………………………… 124
6.2 Kiến nghị …………………………………………………………………………………………………………. 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………………………………….. 126
PHỤ LỤC …………………………………………………………………………………………………………….. 128
