Giáo trình hướng dẫn cách tính năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển phần 4 pps

36
2.3.6. Tích số của hệ số truyền qua và hệ số hấp thụ (DA)
Tích số DA của hệ số truyền qua và hệ số hấp thụ đợc xem nh ký hiệu
biểu diễn tính chất của một tổ hợp bộ thu và kính (DA). Trong số bức xạ xuyên
qua kính và tới bề mặt bộ thu, một phần lại bị phản xạ trở lại hệ thống kính.
Tuy nhiên, không phải tất cả lợng bức xạ này bị mất đi mà một phần lớn trong
số đó lại đợc phản xạ trở lại bộ thu nhờ hiệu ứng lồng kính (nh biểu diễn
trong hình 2.13), trong đó D là hệ số truyền qua của hệ thống kính và A là hệ số
hấp thụ của bề mặt bộ thu.
Nh vậy trong số năng lợng tới, DA là phần sẽ đợc bộ thu hấp thụ, còn
(1-A)D là phần bị phản xạ trở lại hệ thống kính che. Sự phản xạ này đợc giả
thiết là khuếch tán và nh vậy phần năng lợng (1- A)D tới tấm phủ là bức xạ
khuếch tán và (1- A).D.R
d
là phần đợc phản xạ trở lại bề mặt bộ thu. Đại lợng
R
d
là hệ số phản xạ của hệ thống kính đối với bức xạ khuếch tán từ bề mặt bộ
thu và có thể xác định từ phơng trình R
d
= D
a
(1-D
r
) = D
a
- D nh độ chênh
lệch giữa D
a

và D ở góc tới 60
0
. Nếu hệ thống kính gồm 2 lớp (hay nhiều lớp)
thì R
d
sẽ hơi khác so với độ phản xạ khuếch tán của bức xạ tới. Sự phản xạ
nhiều lần đối với bức xạ khuếch tán sẽ tiếp tục để cho phần năng lợng tới đợc
hấp thụ có trị số:

() ( )
[]
()


=

==
0
11
1
n
d
n
d
RA
DA
RADADA

D
D(1-)R

22
D
(1-)D
(1-
)DR
(1-
) DR
(1-
) DR
2
2
D(1-) R
2
d
d
d
d
d
Bức xạ mặt trời đến
Hệ thống lớp kính
Bề mặt hấp thụ

Hình 2.13. Quá trình hấp thụ bức xạ mặt trời của bộ thu kiểu lồng kính


37
Nói khác đi, sẽ có (DA) phần năng lợng bức xạ truyền tới đợc bề mặt hấp thụ
bộ thu.
Trong thực tế A khá lớn và R
d

khá nhỏ nên một cách gần đúng ngời ta
thờng xác định:
(DA) = 1,01 . D . A
Do D và A phụ thuộc góc tới nên đơng nhiên tích số (DA) cũng phụ
thuộc góc tới . Để xác định quan hệ giữa (DA) và có thể sử dụng đồ thị ở
hình 2.14, trong đó (DA)
n
là tích số (DA) ứng với trờng hợp tia tới vuông góc
với bề mặt bộ thu ( = 0).


2.3.7. Tổng bức xạ mặt trời hấp thụ đợc của bộ thu
Năng lợng bức xạ mặt trời đợc bộ thu hấp thụ gồm 3 thành phần
chính: trực xạ, tán xạ, phản xạ của mặt đất. Với bộ thu đặt nghiêng một góc ta
có tổng bức xạ mặt trời hấp thụ của bộ thu nh sau:

() () ()()







++

+
+=
2
cos1
2
cos1

g
dbd
d
d
b
bb
DAEERDAEDABES
E
b
, E
d
là cờng độ bức xạ trực xạ và tán xạ,
010203040
50
60
70 80 90
0
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6

0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
n
( )
o
Số lớp kính 1
2
3
4
(D
)
(D)
Hình 2.14. Đờng cong (DA)/(DA)
n
của bộ thu có 1,2,3,4 lớp kính.


38
B
b
là tỷ số giữa bức xạ trực xạ lên mặt phẳng nghiêng và lên mặt phẳng
nằm ngang,
(1+cos)/2 và (1-cos)/2 là hệ số góc của bộ thu đối với tơng ứng bầu
trời và mặt đất,
(DA)
b
, (DA)

d,
(DA)
g
là tích số hệ số truyền qua và hệ số hấp thụ tơng
ứng đối với trực xạ, tán xạ và phản xạ từ mặt đất.

2.4. Cân bằng nhiệt và nhiệt độ cân bằng của vật thu bức xạ mặt trời
Nhióỷt õọỹ cỏn bũng cuớa vỏỷt thu bổùc xaỷ mỷt trồỡi laỡ nhióỷt õọỹ ọứn õởnh trón
bóử mỷt vỏỷt, khi coù sổỷ cỏn bũng giổợa cọng suỏỳt bổùc xaỷ vỏỷt hỏỳp thuỷ õổồỹc vaỡ cọng
suỏỳt nhióỷt phaùt tổỡ vỏỷt ra mọi trổồỡng.
Nhióỷt õọỹ cỏn bũng chờnh laỡ nhióỷt õọỹ lồùn nhỏỳt maỡ vỏỷt coù thóứ õaỷt tồùi sau
thồỡi gian thu bổùc xaỷ mỷt trồỡi õaợ lỏu, khi U cuớa vỏỷt = 0.
Nhióỷt õọỹ cỏn bũng cuớa vỏỷt thu bổùc xaỷ mỷt trồỡi laỡ nhióỷt õọỹ ọứn õởnh trón
bóử mỷt vỏỷt, khi coù sổỷ cỏn bũng giổợa cọng suỏỳt bổùc xaỷ vỏỷt hỏỳ
p thuỷ dổồỹc vaỡ cọng
suỏỳt nhióỷt phaùt tổỡ vỏỷt ra mọi trổồỡng.
Ta seợ lỏỷp cọng thổùc
tờnh nhióỷt õọỹ cỏn bũng T
cuớa vỏỷt V coù dióỷn tờch
xung quanh F, hóỷ sọỳ hỏỳp
thuỷ A, hóỷ sọỳ bổùc xaỷ õỷt
trong chỏn khọng caùch mỷt
trồỡi mọỹt khoaớng r coù dióỷn
tờch hổùng nừng F
t
, laỡ hỗnh
chióỳu cuớa F lón mỷt phúng
vuọng goùc tia nừng, hay
chờnh laỡ dióỷn tờch caùi
boùng cuớa V. Phổồng trỗnh

cỏn bũng nhióỷt cho V coù
daỷng:
Cọng suỏỳt do V hỏỳp thuỷ
= Cọng suỏỳt phaùt bổùc xaỷ tổỡ
V.
Hay: A.E
t
.F
t
= E.F A.
0
.T
0
4
(D/2r)
2
.F
t
= .
0
.T
0
4
F . Suy ra:
T(r, F
t
, F, A, ) =
4
1
2

1
0
2












F
AF
r
D
T
t

, [K]
Ft
MT TRèI
D, To
T, F, A,

r
Ft()

F, V, A, C, ,
t()
E()
tf

MT


Hỗnh 2.15. Xaùc õởnh T vaỡ t ()


39
Nóỳu V laỡ vỏỷt xaùm, coù A = , thỗ T(r, F
t
, F) =
4
1
2
1
0
2

F
F
r
D
T
t
, [K]
Nóỳu V laỡ vỏỷt xaùm hỗnh cỏửu, coù F
t
/F=1/4, thỗ T(r) =
r
D
T
0
2
1
, [K]
Nóỳu vỏỷt V coù thọng sọỳ (, C, , A, F, V) õỷt trong khờ quyóứn nhióỷt õọỹ t
f
,
toaớ nhióỷt phổùc hồỹp hóỷ sọỳ , thỗ phổồng trỗnh cỏn bũng nhióỷt trong thồỡi gian d
cho V la ỡ:
Q
A
= dU + Q

hay A.E
n
.sin(.).F
t
().d = .V.C.dt + .F.(t - t
f
) .d
coù daỷng
)sin()(




t
m
F
VC
AE
VC
F
t
d
dt
=+
Khi bióỳt luỏỷt thay õọứi dióỷn tờch thu nng F
t
(), coù thóứ giaới phổồng trỗnh vi
phỏn vồùi õióửu kióỷn õỏửu t( = 0) = t
f
õóứ tỗm haỡm bióỳn õọứi t() cuớa nhióỷt õọỹ vỏỷt

theo thồỡi gian.

2.5. Đo cờng độ bức xạ mặt trời.
Ngoài phơng pháp xác định cờng độ bức xạ mặt trời tại một điểm bất
kỳ dựa trên vị trí địa lý (độ cao mặt trời trời) nh trên, trong thực tế ngời ta đã
chế tạo các dụng cụ đo cờng độ bức xạ mặt trời (pyrheliometer, actinometer -
đo bức trực xạ, và pyranometer, Solarimeter- đo tổng xạ ).






















Trực xạ kế - Pyrheliometer

Nhật xạ kế - P
y
ranomete
r



Đầu đo - Sensor

24

Chơng 2.
định luật nhiệt động I

2.1. phát biểu định luật nhiệt động I

Định luật nhiệt động I là định luật bảo toàn và biến hoá năng lợng viết cho
các quá trình nhiệt động. Theo định luật bảo toàn và biến hoá năng lợng thì năng
lợng toàn phần của một vật hay một hệ ở cuối quá trình luôn luôn bằng tổng đại
số năng lợng toàn phần ở đầu quá trình và toàn bộ năng lợng nhận vào hay nhả
ra trong quá trình đó.
Nh đã xét ở mục 1.1.3.2. trong các quá trình nhiệt động, khi không xẩy ra
các phản ứng hoá học và phản ứng hạt nhân, nghĩa là năng lợng hoá học và năng
lợng hạt nhân không thay đổi, khi đó năng lợng toàn phần của vật chất thay đổi
chính là do thay đổi nội năng U, trao đổi nhiệt và công với môi trờng.
Xét 1kg môi chất, khi cấp vào một lợng nhiệt dq thì nhiệt độ thay đổi một
lợng dT và thể tích riêng thay đổi một lợng dv. Khi nhiệt độ T thay đổi chứng tỏ
nội động năng thay đổi; khi thế tích v thay đổi chứng tỏ nội thế năng thay đổi và
môi chất thực hiện một công thay đổi thể tích, Nh vậy khi cấp vào một lợng
nhiệt dq thì nội năng thay đổi một lợng là du và trao đổi một công là dl.

- Định luật nhiệt động I phát biểu: Nhiệt lợng cấp vào cho hệ một phần
dùng để thay đổi nội năng, một phần dùng để sinh công:
dq = du + dl (2-1)
- ý nghĩa của định luật nhiệt động: Định luật nhiệt động I cho phép ta viết
phơng trình cân bằng năng lợng cho một quá trình nhiệt động.

2.2. Các dạng biểu thức của định luật nhiệt động i

Định luật nhiệt động I có thể đợc viết dới nhiều dạng khác nhau nh sau:
Trong trờng hợp tổng quát:
dq = du + dl (2-1)
Đối với 1 kg môi chất:
q = u + l (2-2)
Đối với G kg môi chất:
Q = U + L (2-3)
Mặt khác theo định nghĩa entanpi, ta có: i = u + pv,
Lấy đạo hàm ta đ
ợc: di = du + d(pv) hay du = di - pdv - vdp, thay vào (2-1) và
chú ý dl = pdv ta có dạng khác của biểu thức định luật nhiệt động I nh sau:
dq = di - pdv - vdp + pdv
dq = di - vdp (2-4)
Hay: dq = di + dl
kt
(2-5)
Đối với khí lý tởng ta luôn có:
du = C
v
dT
di = C
p

dT
thay giá trị của du và di vào (2-1) và (2-4) ta có dạng khác của biểu thức định luật
nhiệt động I :