Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học (HD và lt) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Quốc Tuấn

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC
(H/D VÀ L/T) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA TUA BIN TRỰC GIAO PHÙ
HỢP VỚI DÒNG CHẢY TRÊN SÔNG VÀ VEN BIỂN Ở VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

HÀ NỘI - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Quốc Tuấn

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC
(H/D VÀ L/T) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA TUA BIN TRỰC GIAO PHÙ
HỢP VỚI DÒNG CHẢY TRÊN SÔNG VÀ VEN BIỂN Ở VIỆT NAM

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TS Nguyễn Thế Mịch.
2. TS. Đỗ Huy Cương

HÀ NỘI - 2018


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án tiến sỹ, tôi rất may mắn và vinh dự nhận được sự hướng dẫn,
chỉ bảo tận tình của hai nhà khoa học là GS. TS. Nguyễn Thế Mịch và TS. Đỗ Huy Cương.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ có hiệu quả của hai thày.
Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến các thày, cô trong Bộ môn Máy và tự động thủy
khí, Viện cơ khí động lực, trường đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến tập thể lãnh đạo, anh em nhân viên kỹ thuật, công
nhân của Viện thủy điện và năng lượng tái tạo đã giúp đỡ tận tình trong quá trình thực hiện
luận án và có nhiều góp ý, hỗ trợ rất quý báu về thiết kế, chế tạo cũng như thử nghiệm các
máy mẫu trong luận án tiến sỹ của tôi.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ông, bà, bố mẹ, anh em trong gia
đình tôi, đặc biệt là người vợ và con trai yêu quý của tôi đã nhẫn nại, chịu nhiều khó khăn,
thiệt thòi luôn luôn bên cạnh tôi để động viên, khuyến khích cho tôi vượt qua mọi khó
khăn để hoàn thành luận án tiến sỹ này.

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Quốc Tuấn


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sỹ này là của riêng tôi. Các kết quả, số liệu của luận án
là trung thực và chưa được ai công bố trên bất kỳ tài liệu nào.
Hà Nội, ngày

tháng

Người hướng dẫn khoa học

Nghiên cứu sinh

GS. TS. Nguyễn Thế Mịch

Nguyễn Quốc Tuấn

TS. Đỗ Huy Cương

i

năm 2018


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
n - Số vòng quay quay tua bin (v/ph)
nmf – Số vòng quay máy phát điện (v/ph)
i – Tỷ số truyền (không thứ nguyên)
Z - Số lá cánh bánh công tác của tua bin
P - Công suất trên trục tua bin (kW)
Ptm – Công suất định mức của tổ máy (kW)
S – Số tổ máy (tổ)
PB – Công suất trên một cánh bánh công tác (kW)
η - Hiệu suất tua bin (%)
ηmf - Hiệu suất máy phát (%)
ηol - Hiệu suất ổ lăn (%)
ηck - Hiệu suất cơ khí (%)
ρ - Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3)

g - Gia tốc trọng trường (m/s2)
 - Độ nhớt động học của chất lỏng công tác (m2/s)
Vmax – Vận tốc dòng chảy lớn nhất (m/s)
Vtt – Vận tốc dòng chảy tính toán (m/s)
Vmin – Vận tốc dòng chảy nhỏ nhất (m/s)
V - Vận tốc dòng chảy trước bánh công tác (m/s)
Va - Vận tốc dòng chảy tại bánh công tác (m/s)
Vw – Vận tốc dòng chảy sau khi ra khỏi bánh công tác (m/s)
Pa+ - Áp suất mặt trước lá cánh bánh công tác (N/m2)
Pa- - Áp suất mặt sáu lá cánh bánh công tác (N/m2)
Vn – Thành phần vận tốc pháp tuyến với profile cánh (m/s)
Vt – Thành phần vận tốc tiếp tuyến với profile cánh (m/s)
u – Vận tốc vòng (m/s)
W – Vận tốc tương đối (m/s)
D - Đường kính bánh công tác (m)
R – Bán kính bánh công tác (m)
H - Chiều cao bánh công tác (m)

ii


A – Diện tích quét bánh công tác tua bin (m2)
Z – Số lá cánh bánh công tác
U – Hiệu điện thế (V)
I - Dòng điện (A)
 - Góc tấn của cánh - Góc tạo bởi véc to vận tốc tới và duờng dây cung biên dạng
cánh (độ)
λ - Hệ số vận tốc (không thứ nguyên)
a – Hệ số thu hẹp dòng chảy (không thứ nguyên)
 - Vận tốc góc (Rad/s).

 - Góc phương vị của cánh (độ)
a - Hệ số thu hẹp dòng chảy (không thứ nguyên)
m – Khối lượng chất lỏng qua bánh công tác trong một đơn vị thời gian (kg/s)
l - Ðộ dài của profile lá cánh bánh công tác tua bin (m)
t – Bước cánh (m)
CP – Hệ số công suất tua bin (không thứ nguyên).
CL - Hệ số lực nâng (không thứ nguyên).
CD - Hệ số lực cản (không thứ nguyên).
Cn – Hệ số thành phần lực theo phương pháp tuyến
Ct – Hệ số thành phần lực theo phương tiếp tuyến
Fn – Thành phần lực theo phương pháp tuyến (N)
Ft – Thành phần lực theo phương tiếp tuyến (N)
dN – Thành phần lực pháp tuyến tác dụng lên một phân tố cánh (N)
dT – Thành phần lực tiếp tuyến tác dụng lên một phân tố cánh (N)
Lp - Lực nâng trên cánh (N)
FD – Lực cản trên cánh (N)
TB - Mô men của bánh công tác (N.m)
Cm – Hệ số mô men bánh công tác (không thứ nguyên)
 - Hệ số cứng vững cánh bánh công tác (không thứ nguyên)
b - Chiều dày của profile lá cánh bánh công tác tua bin (m)
Re – Số Reynolds (không thứ nguyên)
Sh – Số Strouhal (không thứ nguyên)

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT

Nội dung các bảng biểu

Trang

1

Bảng 1.1. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm A

9

2

Bảng 1.2. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm B

10

3

Bảng 1.3. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm C

11

4

Bảng 1.4. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm D

12

5

Bảng 1.5. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm E

13

6

Bảng 1.6. Bảng các giá trị Cpmax và Cpmax của các trường hợp nghiên cứu

19

7

Bảng 1.7. Bảng tổng hợp các loại tua bin trực giao của hãng New Energy
Corporation

21

8

Bảng 2.1. Tọa độ biên dạng cánh NACA 0018

35

9

Bảng 2.2. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
l/t = 0.13

38

10

Bảng 2.3. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
l/t = 0.19

39

11

Bảng 2.4. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
l/t = 0.25

39

12

Bảng 2.5. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
l/t = 0.32

40

13

Bảng 2.6. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
l/t = 0.38

40

14

Bảng 2.7. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với

l/t = 0.45

41

15

Bảng 3.1. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.13 với dải vận tốc dòng chảy
thay đổi

54

16

Bảng 3.2. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.19 với dải vận tốc dòng chảy
thay đổi

57

17

Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.25 với dải vận tốc dòng chảy
thay đổi

61

18

Bảng 3.4. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.32 với dải vận tốc dòng chảy
thay đổi

64

19

Bảng 3.5. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.38 với dải vận tốc dòng chảy
thay đổi

68

20

Bảng 3.6. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.45 với dải vận tốc dòng chảy
thay đổi

70

21

Bảng 3.7. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
H/D = 0.8

73

iv


22

Bảng 3.8. Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 0.8 với dải vận tốc dòng
chảy thay đổi

74

23

Bảng 3.9. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
H/D = 0.9

76

24

Bảng 3.10. Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 0.9 với dải vận tốc dòng
chảy thay đổi

78

25

Bảng 3.11. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
H/D = 1.1

79

26

Bảng 3.12. Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 1.1 với dải vận tốc dòng
chảy thay đổi

82

27

Bảng 3.13. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
H/D = 1.2

83

28

Bảng 3.14. Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 1.2 với dải vận tốc dòng
chảy thay đổi

86

29

Bảng 3.15. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với
H/D = 1.3

87

30

Bảng 3.16. Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 1.3 với dải vận tốc dòng
chảy thay đổi

89

31

Bảng 4.1. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.13
(Z = 4 cánh)

100

32

Bảng 4.2. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.19
(Z = 6 cánh)

101

33

Bảng 4.3. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.25
(Z = 8 cánh)

102

34
35

Bảng 4.4. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.32
(Z = 10 cánh)
Bảng 4.5. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.38
(Z = 12 cánh)

v

104
105


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
TT

Nội dung các hình và đồ thị

Trang

1

Hình 1.1. Bản đồ bở biển Việt Nam

4

2

Hình 1.2. Hệ thống cửa sông đổ ra biển, hệ thống vũng, vịnh ven biển Hải
Phòng, Quảng Ninh

5

3

Hình 1.3. Hệ thống cửa sông ven biển khu vực Quảng Nam

5

4

Hình 1.4. Hệ thống cửa sông ven biển khu vực Vũng Tàu

6

5

Hình 1.5. Hệ thống cửa sông ven biển khu vực Trà Vinh

6

6

Hình 1.6. Trường dòng chảy trên Biển Đông và ven bờ Việt Nam

7

7

Hình 1.7. Khảo sát dòng chảy tại khu vực bến Việt Hải

8

8

Hình 1.8. Khảo sát dòng chảy tại khu vực hòn Tùng Gấu

11

9

Hình 1.9. Khảo sát dòng chảy tại khu vực hòn Tai Kéo

13

10

Hình 1.10. Cấu tạo tua bin trực giao

15

11

Hình 1.11. Cấu tạo tổ máy tua bin trực giao có 3 tầng bánh công tác

15

12

Hình 1.12. Lắp đặt tua bin trực giao trên kênh thủy lợi tưới tiêu

16

13

Hình 1.13. Lắp đặt tua bin trực giao tại cửa xả của hệ thống nước xả thải khu
công nghiệp

16

14

Hình 1.14. Lắp đặt tua bin trực giao khai thác năng lượng dòng chảy tại cửa biển

16

15

Hình 1.15. Lắp đặt tua bin trực giao dưới gầm cầu để khai thác năng lượng dòng
chảy

16

16

Hình 1.16. Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa hệ số công suất Cp và hệ số vận tốc


18

17

Hình 1.17. Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Cp và vận tốc gió ứng với các giá trị
H/D

20

18

Hình 1.18. Hai mẫu tua bin trực giao của hãng New Energy Corporation với
công suất 5kW và 10kW

20

18

Hình 1.19. Lắp đặt tua bin trực giao trên sông Yukon, Alaska, Mỹ

21

19

Hình 2.1. Nguyên lý làm việc của tua bin trực giao

24

20

Hình 2.2. Tam giác vận tốc dòng chảy qua bánh công tác tua bin trực giao

25

vi


21

Hình 2.3. Vận tốc và góc tới phụ thuộc vào hệ số vận tốc

25

22

Hình 2.4. Sự thay đổi áp suất và vận tốc dòng chảy khi qua bánh công tác

26

23

Hình 2.5. Các thành phần vận tốc dòng chảy qua bánh công tác

28

24

Hình 2.6. Hệ số các lực thành phần theo phương pháp tuyến và phương tiếp
tuyến

29

25

Hình 2.7. Các thông số hình học bánh công tác tua bin trực giao

33

26

Hình 2.8. Biên dạng cánh NACA 0018

35

27

Hình 2.9. Đường quan hệ giữa hệ số công suất và tỷ số vận tốc của tua bin trực
giao

36

28

Hình 2.10. Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực nâng CL và hệ số lực cản CD vào góc
tấn 

38

29

Hình 3.1. Tổng quan về mô hình chương trình CFD

42

30

Hình 3.2. Cấu trúc của bộ phần mềm Ansys Fluent

44

31

Hình 3.3. Sơ đồ các bước áp dung phần mềm Ansys Fluent

44

32

Hình 3.4. Điều kiện biên mô hình bài toán

51

33

Hình 3.5 Mô hình chia lưới bài toán

52

34

Hình 3.6. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có l/t = 0.13 với trường
hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.13, tỷ số vận tốc  = 2.6

53

35

Hình 3.7. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng cắt qua cánh bánh công tác
tua bin có l/t = 0.13

53

36

Hình 3.8. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với l/t = 0.13

55

37

Hình 3.9. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với l/t = 0.13

55

38

Hình 3.10. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có l/t = 0.19 với trường
hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.145, tỷ số vận tốc  = 2.51

56

39

Hình 3.11. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng cắt qua cánh bánh công tác
tua bin có l/t = 0.19

56

40

Hình 3.12. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với l/t = 0.19

56

41

Hình 3.13. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với l/t = 0.19

58

42

Hình 3.14. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có l/t = 0.25 với trường
hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.171, tỷ số vận tốc  = 2.10

59

vii


43

Hình 3.15. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng cắt qua cánh bánh công tác
tua bin có l/t = 0.25

59

44

Hình 3.16. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với l/t = 0.25

60

45

Hình 3.17. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với l/t = 0.25

62

46

Hình 3.18. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có l/t = 0.32 với trường
hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.19, tỷ số vận tốc  = 2.05

62

47

Hình 3.19. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng qua cánh bánh công tác tua
bin có l/t = 0.32

62

48

Hình 3.20. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với l/t = 0.32

64

49

Hình 3.21. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với l/t = 0.32

65

50

Hình 3.22. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có l/t = 0.38 với trường
hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.21, tỷ số vận tốc  = 1.9

65

51

Hình 3.23. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng qua cánh bánh công tác tua
bin có l/t = 0.38

66

52

Hình 3.24. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với l/t = 0.38

68

53

Hình 3.25. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với l/t = 0.38

69

54

Hình 3.26. Phân bố vận tốc qua profile cánh bánh công tác với l/t = 0.45 với
trường hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.21, tỷ số vận tốc  = 1.80

70

55

Hình 3.27. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với l/t = 0.45

71

56

Hình 3.28. Đường quan hệ  =f1() cho các trường hợp thay đổi tỷ số l/t với
H/D = 1

72

57

Hình 3.29. Đường quan hệ  =f(l/t) cho các trường hợp thay đổi tỷ số l/t với
H/D = 1

72

58

Hình 3.30. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có H/D = 0.8 với

trường hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.2, tỷ số vận tốc  = 1.91

73

59

Hình 3.31. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng qua cánh bánh công tác tua
bin có H/D=0.8

73

60

Hình 3.32. Phân bố vận tốc qua các profile cánh bánh công tác với H/D = 0.8

74

61

Hình 3.33. Đường quan hệ  = f1() và Cm = f2() với H/D = 0.8

75

62

Hình 3.34. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có H/D = 0.9 với
trường hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.2, tỷ số vận tốc  = 1.98

76

63

Hình 3.35. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng qua cánh bánh công tác tua
bin có H/D = 0.9

77

viii


64

Hình 3.36. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với H/D = 0.9

78

65

Hình 3.37. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với H/D = 0.9

79

66

Hình 3.38. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có H/D = 1.1 với
trường hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.18, tỷ số vận tốc  = 2.14

80

67

Hình 3.39. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng qua cánh bánh công tác tua
bin có H/D = 1.1

81

68

Hình 3.40. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với H/D = 1.1

82

69

Hình 3.41. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với H/D = 1.1

83

70

Hình 3.42. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có H/D = 1.2 với
trường hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.17, tỷ số vận tốc  = 2.20

84

71

Hình 3.43. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng qua cánh bánh công tác tua
bin có H/D = 1.2

84

72

Hình 3.44. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với H/D=1.2

85

73

Hình 3.45. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với H/D = 1.2

86

74

Hình 3.46. Phân bố vận tốc dòng chảy qua bánh công tác có H/D = 1.3 với
trường hợp hệ số mô men lớn nhất Cm = 0.16, hệ số vận tốc  = 2.32

87

75

Hình 3.47. Phân bố vận tốc dòng chảy trên mặt phẳng qua cánh bánh công tác tua
bin có H/D = 1.3

88

76

Hình 3.48. Phân bố vận tốc qua từng profile cánh bánh công tác với H/D = 1.3

89

77

Hình 3.49. Đường quan hệ  =f1() và Cm = f2() với H/D = 1.3

90

78

Hình 3.50. Đường quan hệ giữa  =f1() cho các mẫu bánh công tác thay đổi tỷ
số H/D; l/t = 0.32

91

79

Hình 3.51. Đường quan hệ giữa  =f(H/D) cho các mẫu bánh công tác thay đổi tỷ
số H/D ứng với mật độ dãy cánh l/t = 0.32

91

80

Hình 4.1. Bản vẽ lắp tua bin trực giao thực nghiệm

93

81

Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo thí nghiệm tua bin

94

82

Hình 4.3. Lắp đặt tua bin và thiết bị đo để tiến hành đo đạc thí nghiệm

95

83

Hình 4.4. Bộ hiển thị thiết bị đo

95

84

Hình 4.5. Sơ đồ hệ thống đo và xử lý số liệu

97

85

Hình 4.6. Đường đặc tính thực nghiệm và đường đặc tính lý thuyết mô phỏng
cho trường hợp l/t = 0.13 (Z = 4 cánh)

101

ix


86

Hình 4.7. Đường đặc tính thực nghiệm và đường đặc tính lý thuyết mô phỏng
cho trường hợp l/t = 0.19 (Z = 6 cánh)

102

87

Hình 4.8. Đường đặc tính thực nghiệm và đường đặc tính lý thuyết mô phỏng
cho trường hợp l/t = 0.25 (Z = 8 cánh)

103

88

Hình 4.9. Đường đặc tính thực nghiệm và đường đặc tính lý thuyết mô phỏng
cho trường hợp l/t = 0.32 (Z = 10 cánh)

104

89

Hình 4.10. Đường đặc tính thực nghiệm và đường đặc tính lý thuyết mô phỏng
cho trường hợp l/t = 0.38 (Z = 12 cánh)

105

90

Hình 4.11. Đường quan hệ giữa  -  cho các trường hợp nghiên cứu thực
nghiệm

106

x


MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Lời mở đầu ............................................................................................................................. 1
Chương 1. Tổng quan............................................................................................................ 4
1.1. Tiềm năng về năng lượng dòng chảy sông, suối, ven biển và thủy triều ở Việt
Nam. ........................................................................................................................................ 4
1.2. Giới thiệu chung về tua bin trực giao ................................................................... 14
1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tua bin trực giao trên thế giới và ở Việt
Nam ......................................................................................................................................... 16
1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu .................................................................. 22
1.5. Kết luận chương 1 ................................................................................................. 22
Chương 2. Cơ sở lý thuyết .................................................................................................... 24
2.1. Lý thuyết dòng chảy qua tua bin trực giao. .......................................................... 24
2.2. Sự trao đổi năng lượng dòng chảy khi qua bánh công tác .................................... 25
2.3. Tính toán, thiết kế bánh công tác tua bin trực giao dựa trên các kết quả nghiên
cứu lý thuyết ............................................................................................................................ 32

2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................................. 41
Chương 3: Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của một số thông số bánh công
tác đến đặc tính năng lượng của tua bin bằng phần mềm Ansys Fluent.......................... 42
3.1. Giới thiệu về phần mềm Ansys Fluent ................................................................. 42
3.2. Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng các thông số bánh công tác tua bin trực giao
bằng phần mềm Ansys Fluent ................................................................................................. 51
3.2.1. Xây dựng bài toán .............................................................................................. 51
3.2.2. Kết quả khảo sát cho các trường hợp nghiên cứu .............................................. 53
3.3. Kết luận chương 3 ................................................................................................ 92
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình tua bin trực giao ....................................... 93
4.1. Quy trình đo thực nghiệm tua bin trực giao ..................................................................... 93
4.1.1. Mẫu tua bin trực giao thực nghiệm .................................................................... 93
4.1.2. Mô tả chung ....................................................................................................... 94
4.1.3. Các hạng mục và thiết bị trong hệ thống ………………………………....…....96
4.2. Phương pháp đo thực nghiệm tua bin ............................................................................... 97
4.2.1. Số liệu đo thực nghiệm ...................................................................................... 97
4.2.2. Quá trình đo ....................................................................................................... 97
4.2.3. Xử lý dữ liệu thí nghiệm .................................................................................... 98
4.2.4. Xác định sai số đo .............................................................................................. 98
4.3. Kết quả thực nghiệm ........................................................................................................ 100
4.3.1. Mẫu 1: l/t = 0.13 (Z = 4 cánh) ........................................................................... 100
4.3.2. Mẫu 2: l/t = 0.19 (Z = 6 cánh) ........................................................................... 101
4.3.3. Mẫu 3: l/t = 0.25 (Z = 8 cánh) ........................................................................... 102
4.3.4. Mẫu 4: l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) ......................................................................... 103
4.3.5. Mẫu 5: l/t = 0.38 (Z = 12 cánh) ......................................................................... 105
4.4. Kết luận chương 4 ............................................................................................................ 107
4.5. Kết quả và bình luận ......................................................................................................... 107

xi

Kết luận và kiến nghị ............................................................................................................ 110
Tài liệu tham khảo
Danh mục các công trình đã công bố của luận án
Phụ lục

xii


LỜI MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Ngày nay, cùng với tốc độ phát triển về kinh tế thì nhu cầu sử dụng năng lượng trên
thế giới ngày càng lớn, trong khi đó các nguồn năng lượng hóa thạch như than đá, dầu
khí… đang ngày càng cạn kiệt nhanh chóng, còn năng lượng hạt nhân thì có nguy cơ rủi ro
rất lớn. Vì thế, để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học trên thế giới đã và đang hướng
đến những nguồn năng lượng mới đó là năng lượng tái tạo. Đây là những nguồn năng
lượng sạch và vô hạn, không bao giờ cạn kiệt.
Đại dương, sông biển là một trong những nguồn năng lượng tái tạo vô cùng dồi dào.
Những nguồn năng lượng của sông biển đang được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu sử
dụng để phát điện là: năng lượng dòng chảy ven sông, ven biển, tại các cửa sông, cửa biển,
dòng chảy thủy triều. Ở nước ta, tiềm năng về các nguồn năng lượng này là rất lớn, ngoài
ra có thể khai thác năng lượng dòng chảy tại các hệ thống vũng, vịnh ven biển.
Những năm gần đây, trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng phát triển loại tua bin
trực giao để khai thác năng lượng dòng chảy ven biển, năng lượng thủy triều phục vụ phát
điện. Loại tua bin này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, nguyên lý hoạt động chủ yếu dựa
vào động năng của dòng chảy và không phụ thuộc vào chiều của dòng chảy. Do đó, nó rất
phù hợp để khai thác năng lượng dòng chảy ven biển, tại các cửa sông, cửa biển và năng
lượng thủy triều.
Ở Việt Nam, tua bin trực giao là loại sản phẩm mới, do đó có rất ít tài liệu kỹ thuật
cũng như công trình nghiên cứu về loại tua bin này. Với mong muốn đưa ra được mẫu tua

bin trực giao phù hợp với điều kiện dòng chảy thực tế, phục vụ cho việc lựa chọn tua bin,
thiết kế chế tạo bánh công tác tua bin, tác giả đã đi sâu nghiên cứu luận án: “Nghiên cứu
ảnh hưởng của các thông số hình học (H/D và l/t) đến hiệu suất của tua bin trực giao phù
hợp với dòng chảy trên sông và ven biển ở Việt Nam” với phương pháp nghiên cứu lý
thuyết kết hợp chạy phần mềm mô phỏng và mẫu tua bin thực được tiến hành đo đạc thực
nghiệm sẽ là những kết quả quan trọng về việc nghiên cứu loại tua bin mới này. Các kết
quả nghiên cứu có thể dùng làm tài liệu phục vụ cho giảng dạy, thiết kế và lựa chọn loại
tua bin trực giao phục vụ khai thác năng lượng dòng chảy ven biển, năng lượng thủy triều,
đồng thời là cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về các loại tua bin trực giao sau này.
2. Mục tiêu của đề tài
a) Về lý luận
Đóng góp cho chuyên ngành một số bổ sung về phương pháp tính toán, thiết kế tua
bin trực giao với sự thay đổi các thông số hình học H/D và l/t của bánh công tác tua bin.
b) Về thực tiễn
Cung cấp cơ sở khoa học trong công tác tính toán thiết kế tua bin trực giao, lựa chọn
được các thông số kích thước hình học bánh công tác phù hợp với điều kiện dòng chảy
thực tế.

1


Luận án đủ ở file: Luận án full