bài thi cuối kì năng lượng mặt trời, Nguyễn Bốn

Bài thi môn học: Năng lượng mặt trời

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

Đề Số 8:
Câu 1: Phát biểu và nêu hệ quả của định luật Hubble.
Tính tuổi vũ trụ theo công thức

v

=H-1. Với H=22

km
là hằng số Hubble
s.10 6 nas

Câu 2: Lập công thức tính giá trị của gia tốc trọng lực g(M.d) và nhiệt độ cân bằng
T(r) lấy trên bề mặt các thiên thể trong hệ mặt trời, theo bảng trị số của (M,d,r)của
các thiên thể cho trong sách giáo khoa.
Câu 3: Cho thiết bị mặt trời gương parabol trụ có cấu tạo như hình vẽ, các thông
số tra theo bảng
Bảng thông số

Hình vẽ
E( τ ) = E n sin ωτ

2r , L, R

ρ , Cp, t 0 , t s

Chi tiết Thông

Số
En
Parabol r
L
R
d1

ε

Ống

d1 , ε , δ 1 = 0

d2 , D

d2
D

ρ

Môi
chất
H2O
Môi
trường
không
khí

Cp
t0

ts

α
ω

tf

Giá trị
940W/m2
0,5m
1m
0,95
0,025m
0,92
0,04m
0,93
103kg/m3
4180J/kgK
30oC
100oC
Tự tính
3m/s
30oC

Khảo sát quá trình làm việc của thiết bị với G1,G2 tính theo G1=(1+k) Gs,
G2=(1-k) Gs , với k cho theo đề thi.
Đề 8: k=0,8
SVTH: Trần Ngọc Tân Lớp 07N1Trang 1

Bài thi môn học: Năng lượng mặt trời

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

BÀI LÀM
Câu 1:
• Phát biểu và nêu hệ quả của định luật Hubble:
-Phát biểu: Mọi thiên thể trong vũ trụ đang chuyển động ra xa nhau với vận
tốc ω tỉ lệ với khoảng cách r giữa chúng.
-Biểu thức: ω = -H.r
+Với : H là hằng số Hubble có giá trị trong khoảng [ 15 ÷ 30 ] km/(s.106nas).
-Hệ quả: Vũ trụ đang giãn nở.
• Tính tuổi của vũ trụ
Ta có

⇒

v

:

v

=H-1; Với: H=22

km
; nas=365,24.24.60.60.300000=9,5.1012km
6
s.10 nas

6
6
12
= 1 s.10 nas = 1 s.10 .9,5.10 km = 4,32.1017s = 13,88 tỉ năm.

v

22

km

22

km

Câu 2: Lập công thức tính giá trị của gia tốc trọng lực g(M.d) và nhiệt độ cân bằng
T(r) lấy trên bề mặt các thiên thể trong hệ mặt trời:
• Công thức tính gia tốc trọng lực tại bề mặt thiên thể g(M,d):
M .m
= m.g
r2
GM
⇒g= 2
r

Tổng hợp lực khi cân bằng: F = G

Trong đó: G=6.67.10-11 là hằng số hấp dẫn
M là khối lượng của thiên thể
R là khoảng cách giữa tâm thiên thể và điểm xác định gia tốc

trọng lực, vì xét tại bề mặt thiên thể nên r =R là bán kính của thiên thể.
• Lập công thức tính nhiệt độ cân bằng T(r) trên bề mặt các thiên thể:
-Theo phương trình cân bằng nhiệt lúc ổn định (Qt=Qphản xạ) ta có:
4
Qt = Q ⇔ A.Et(r).Ft = ε .σ 0 .T .F

SVTH: Trần Ngọc Tân Lớp 07N1Trang 2


Bài thi môn học: Năng lượng mặt trời

 A.Et ( r ).Ft
⇒ 
 ε .σ o .F

1/ 4





GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn
1/ 4

1/ 2

 A.Ft 
 D
=
 .To  

 2π 
 ε .F 

 D
Với: Et(r) = σ 0 .T .F 

 2π 

= T ( r , Ft )

2

4

• Đối với các thiên thể trong hệ mặt trời có dạng vật xám và hình cầu nên ta
có:

Ft π / 4.d 2 1
A≡ε ;
=
= = const
F
π .d 2
4
Do
1
⇒ T( r ) = To
2
r
Bảng tính giá trị g(M,d) và T(r) của các thiên thể:

STT Tên thiên thể

M[1024kg]

r,[1011m]

d,[106m]

g,[m/s2]

t,[oC]

1

Mặt trời

2.106

_

1391

274

5762

2

Thủy Tinh

0,33

0,58

4,9

3,78

173

3

Kim Tinh

5,47

1,08

12,1

8,6

54

4

Trái Đất

5,98

1,5

12,76

9,81

5

5

Hỏa Tinh

0,64

2,27

6,8

3,72

-50

6

Mộc Tinh

1900

7,8

143

22,6

-150

7

Thổ Tinh

598

14,3

121

9,05

-180

8

Thiên Vương

87

28,7

51

7,77

-214

9

Hải Vương

103

45,0

50

11

-220

10

Diêm Vương

5,5

59,1

2,3

4,4

-230

11

Mặt trăng

0,073

0,00374

3,47

1,63

[-173;130]

SVTH: Trần Ngọc Tân Lớp 07N1Trang 3


Bài thi môn học: Năng lượng mặt trời

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

Câu 3: Tính toán thiết bị mặt trời gương parabol trụ:
Bảng tính các thông số trung gian
Bước

Tên thông số

Công thức tính

Đáp số

F1=d1.L

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

tính
1

Diện tích trực xạ

2

Diện tích xuyên kính

F2=(d2-d1).L

3

Diện tích phản xạ

F3=(2π-d2).L

4

Diện tích trao đổi bức xạ quy

F=D(F1+F2 D2 R+F3 R)

0,902m2

5

đổi
Công suất hấp thụ

P=ε.E1.F

780,05W

6

Thể tích môi chất

V=π.d12.l/4

0,00049m3

7
8

Khối lượng môi chất
Nhiệt dung riêng của môi chất

m=ρ.V
C=m.Cp

0,49kg
2051,8J/kg

9

Hệ số nhớt động học

υ (tra bảng với t=30oC)

16.10-6m2/s

10

Hệ số dẫn nhiệt của không khí

λ k (tra bảng với t=30oC)

2,7.10-2W/mK

11

Hệ số Reynolds

12

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu

14

Nhiệt độ bề mặt ngoài của vách

13

Hệ số tỏa nhiệt bức xạ

14

Hệ số tỏa nhiệt

SVTH: Trần Ngọc Tân Lớp 07N1Trang 4

Re =

vd
υ

λ
α đl = k C. Re n
d2
 to + t s

+ ts 

2

tw = 
2
(
T 4W − T 4 f )
α bx = ε .σ o

(TW − T f )

α đl + α bx

7500
30,82W/m2K

47,5oC
6,33W/m2K
37,15/m2K

Nhận
xét

Fh=1
m2


Bài thi môn học: Năng lượng mặt trời

15

Nhiệt trở của 1m ống mc –kkkính

16

Tốc độ góc của trái đất

17

Tốc độ gia nhiệt

18

Độ gia nhiệt sôi

Rl =

d 
1
1
ln 2  +
2πλk  d1  πd 2α 2,985 K/W
7,27.10-5rad/s

0,38 K/s
Ts=ts-t0

70oC

Tính các thông số tới hạn sôi

A
19

Nhiệt dung tới hạn sôi

20

Đương lượng nước tới hạn sôi

21

Lưu lượng tới hạn sôi

153281 J/K
11,14W/K

0,00258 kg/s

24

Chọn G1 để sản xuất nước nóng
G>Gs
Chọn G2 để sản xuất nước sôi
G2Đương lượng nước nóng W1

w1=G1.Cp+L/Rl

19,56W/K

25

Đương lượng nước sôi W2

w2=G2.Cp+L/Rl

2,51 W/K

26

Tần số dao động nhiệt của thiết
bị 1
Tần số dao động nhiệt của thiết
bị 2

b1=w1/C

0,0095s-1

b2=w2/C

0,0012s-1

23

27

Cs>C

Chọn các thông số thực nghiệm

B
22

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

G1=(1+k)Gs

0,0046kg/s

G2=(1-k)Gs

0,00052kg/s

Bảng tính các thông số đặc trưng của thiết bị
Bước

Tên thông số

SVTH: Trần Ngọc Tân Lớp 07N1Trang 5

Công thức tính

Kết quả


Bài thi môn học: Năng lượng mặt trời

tính
1
2
3
4
5
6
7
8
9

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn

G1
40 oC

G2
316,1oC

70oC

346,1oC

6,03h

6,23h

30,3oC

48,76oC

Độ gia nhiệt trung
bình
Nhiệt độ trung bình
của môi chất

25,5oC

201,2oC

55,5oC

231,2oC

Công suất nhiệt
trung bình
Lượng nước nóng
sản xuất ra
Hiệu suất nước
nóng

490,3W

437,3W

Nhiệt độ gia nhiệt
max
Nhiệt độ max thuộc
môi chất
Thời điểm đạt cực
đại
Nhiệt độ cuối ngày

tm=Tm+t0

198,72kg
81,97%
1,1h

10

11

Thời điểm bắt đầu
sôi
Thời điểm kết thúc

12

Thời gian sôi

13

Lượng nước sôi

18,34kg

14

Hiệu suất sản xuất
nước sôi

13,19%

SVTH: Trần Ngọc Tân Lớp 07N1Trang 6

10,9h
9,8h


Bài thi môn học: Năng lượng mặt trời

SVTH: Trần Ngọc Tân Lớp 07N1Trang 7

GVHD: PGS.TS Nguyễn Bốn