personal.sut.ac.thpersonal.sut.ac.th/worawat/rawlabs/week4/suppanut_… · web...
TRANSCRIPT
รายงานการทดลองเรอง :พลงงานลมและวธการวดตางๆ
ชอผทดลองและเขยนรายงาน : ศภณฐ สงขเพชร
บทนำาเราคงทราบกนดแลววาในปจจบนพลงงานทมนษยนำามาใชใน
ชวตประจำาวนเพออำานวยความสะดวก มปรมาณนอยลงอยางมาก อทเชนพลงงานไฟฟา และนำ3ามน เปนตน นกวทยาศาสตรจงพยายามศกษาและคนหาพลงงานทดแทนทจะมานำามาผลตสงอำานวยความสะดวกเหลาน3 ซงพลงงานกเปนแหลงกำาเนดพลงงานทดแทนหนงทสะอาดและมการใชอยางแพรหลาย โดยพลงงานลมน3นเรมมความสำาคญมากข3นในการผลตไฟฟาใหกบประชากรทกำาลงเพมข3น พลงงานลมสามารถเปลยนเปนพลงงานไฟฟาเพอใชงานไดโดยการใชกงหนลม
การทดลองน3เราจะศกษาวธการวดความเรวลม และประสทธภาพในการเปลยนรปกำาลงลม โดยวธการวดความเรวลมมดวยกน 2 แบบ คอ การวดความเรวลมโดยใชอปกรณวดความเรวลมแบบลกปงปอง และ อปกรณวดความเรวลมแบบลวดรอนแบบใหกระแสไฟฟาคงท โดยในการวดความเรวลมท3งสองแบบ เราจะใชอโมงคลมซงมพดลมดดอากาศดดลมออกมาอกขางหนง โดยการทดลองน3จะเปนการวดความเรวลมแบบลามนาร
วธการทดลองกรณท 1 เราทำาการวดความเรวลมแบบลามนาร โดยเราจะใชอดมงคทมพดลมคอมพวเตอรเปนตวสรางลมดวยการดดลมออก และใชลกปงปองเปนตวทดสอบการวดดงรปท1
รปท 1 แสดงอปกรณการทดลองการหาความเรวลมโดยใชลกปงปอง
โดยทำาการแขวนลปปงปองไวทตำาแหนง 0 เซนตเมตร และจายกระแสไฟฟาเขาไปทำาใหลมดดออก โดยลมทดดออกจะสรางแรงตานอากาศและทำาใหลกปงปองเอยงเปนมม θ แรงตานอากาศน3จะเปนไปตามสมการ :
Fd=12CD ρA ABv
m [1](1)
เมอ Cd คอ สมประสทธแรงตานอากาศρA คอ ความหนาแนนของอากาศ ซงในการทดลองกำาหนดใหมคาเทากบ
1.2kg /m3
AB คอ พ3นทหนาตดของลกปงปอง
v คอ ความเรวของลมภายในอโมงคลม เราสามารถหาไดจากความถของการหมน ( f m) ของมอเตอรพดลมทเปนตวกำาเนดลม ซงจะไดสมการความสมพนธระหวางความเรวลมกบความถของมอเตอร คอ
v=0.0873 x f mm /s (2)m คอ เลขช3กำาลง
ทำาการบนทกคาความถทไดจากพดลมและระยะหางออกของลปปงปอง นำาขอมลทไดไปคำานวณหาคาสมประสทธแรงตานอากาศ Cd และหาคากำาลง m ทใชทำานายการเคลอนทของลมทแปรผนตามความเรวลมกำาลง m
กรณท 2 หาความเรวลมโดยใชเครองวดความเรวลมแบบลวดรอนทกระแสไฟฟาคงท
รปท2 แสดงอปกรณการทดลองการหาความเรวลมโดยใชเครองวดแบบลวดรอน
ทำาการทดลองโดยใชกลองวงจรอเลกทรอนกสททำาหนาทเปนแหลงจายกระแสคงทดงรปท2 ซงสามารถปรบคาความตานทานไดบนกลองสดำา โดยมสมการทใชในการทดลองน3คอ
V w ∙ Iw=(a+bvc)Aw
αR0(Rw−R0) (3)
โดยในข3นแรกเราจำาเปนตองวดเพอหาคา R0 ซงหาไดจากตอนทไมมลมพด (v=0 ms2
)
ซงสามารถเขยนสมการไดใหมเปน
V w
Iw=
R0k
(V ¿¿w ∙ Iw)+R0¿ (4)
ทำาการวดความเรวลมโดยใชความรอนกบลวด แลวบนทกความตางศกยตกครอม V w
และความถ f m เพอนำามาใชในการคำานวณหาคาคงท ba ,c ทสามารถหาไดจาก
สมการ(5) ทมาจากการปรบสมการท(3) ดงน3
lny=ln ba+clnv
(5)
ผลการทดลองและการอภปรายผล[A1]พจารณากอนลมทมความหนาแนนของมวลρA ซงไหลผานชองลมพ3นทหนาตด A
ดงสมการ
Pw=12ρA A0 v0
n (6)
เมอ Cd คอ สมประสทธแรงตานอากาศρA คอ ความหนาแนนของอากาศ ซงในการทดลองกำาหนดใหมคาเทากบ
1.2kg /m3
A0 คอ พ3นทหนาตดของลกปงปอง v0
n คอ ความเรวลมยกกำาลง n โดยเราสามารถหาคา n จากการวเคราะหหนวย (Dimension) ไดดงน3
Pw=kgm s2
=12ρA A0 v
n=12ρA A0 v
3
n=3
Typeequationhere .
รปท3 (a) กอนทรงกระบอกของลม (b) กงหนทดกการไหลของลม
[A2]พจารณารปท 3(a) ใหลมในสวนหลงกงหนมความเรวลดลงเปนคาแฟกเตอร
λ=v2v0
สามารถเขยนรปสมการใหมไดดงน3
PR=14ρA A0(v0+v2)(v0
2−v22) (7)
โดยสามารหาคา λ ทดทสดทจะทำาใหไดกำาลงลมทมคาสงสดไดดงน3
PR=12ρA A0
v03
2(1+ λ)(1−λ2)
d PR
d λ=0→1−2 λ−3 λ2=0→λ=1
3
[A3]Betz efficiency,C p=PR
Pw=
12ρA A0
v03
2(1+λ)(1− λ2)
12ρA A0v
3=1627
≈59.3%
ในการใชอปกรณอโมงคลม เราจะใชวงจรเซนเซอรแสงในการวดความถการหมนของมอเตอร เพอเปนการทดสอบการทำางานของตวเซนเซอรแสง เราไดทำาการหมนกงหนดวยมออยางชาๆ และพลอตกราฟแสดงคาความถจากตวเซนเซอรแสงกบเวลา(คาบ)
ผลจากการพลอตกราฟไดดงน3
[B1]
รปท4 แสดงความสมพนธของตวเซนเซอรแสงทเปนฟงกชนกบเวลา
ผลการพลอตกราฟ พบวากราฟมจดยอดอยทเวลาประมาณ 0.75T,1.75T,2.75T
หมายความวาตวเซนเซอรแสงเปนฟงกชนของเวลา
[B2]ηM=Pw
PM=
ρA A0vn
2 PM→PM=
ρA A0vn
2ηM
โดยอโมงคลมมเสนผานศนยกลางประมาณ 13.5 เซนตเมตร พ3นทหนาตดประมาณA0≈0.0143m
2
กรณท 1 หาความเรวลมโดยใชลกปงปอง
[C1] เราสามารถหาคาระยะทางทลกปงปองเลอนตำาแหนง(d) และสามารถหาความเรว(v)ไดจากความถของพดลม โดยการเขยนแผนภาพแรงเพอวเคราะหตวแปรไดดงรปขางลาง
รปท5 แสดงแผนภาพแรงTcosθ=W=mg (8)Tsinθ=Fd=
12Cd ρA A vm (9)
เอาสมการ (9) / (7) ; tanθ=
12Cd ρA A vm
mg
เนองจาก tanθ=dL=
12C d ρA Avm
mg
(10) V=
12Cd ρA AB v
m
mg=m√ 2mgd
Cd ρA AL
[C2]จากสมการ(10)ใส ln ท3งสองขางของสมการ จะได
ln ( dL )=ln( 12 Cd ρA AB
mg )+mlnv (11)
เมอ คาความเรงเนองจากแรงโนมถวงมคาเทากบ 9.81m /s2 เสนผานศนยกลางของลกปงปองมคาประมาณ 39.41mm พ3นทหนาตดของลกปงปองประมาณ 0.0012m2
มวลของลกปงปองประมาณ 2.2541g
รปท 6 แสดงความสมพนธระหวางความเรวและมมθ ในกราฟ ln&ln
เมอทำาการพลอตกราฟดงรปท6 ผลจากการฟตกราฟ พบวาไดคา m≈1.7 และไดคาสมประสทธแรงตานอากาศของวตถCd≈0.36
กรณท 2 หาความเรวลมโดยใชเครองวดความเรวลมแบบลวดรอนทกระแสไฟฟาคงท
พจารณาตอนทเรายงไมใหลมแกลวดรอน V=0m /s จากสมการ(3)
V w ∙ Iw=(a+bvc)Aw
αR0(Rw−R0)
จะได V w
Iw=
R0k
(V ¿¿w ∙ Iw)+R0¿ (12)
เมอ k=aAw
α
[D2.1] (13)
รปท7 แสดงความสมพนธระหวางV w
Iwและ V w ∙ Iw
เราทำาการบนทกคาความตางศกยตกครอม (V w) และคากระแสตกครอม (Iw) แลวทำาการพลอตกราฟตามสมการท(12) และฟตกราฟดงรปท7 ผลจากการฟตกราฟพบวา
ไดคา R0≈2.64ohm และไดคาk 0≈0.41 1ohm
รปท8 แสดงความสมพนธ ln(v) และ ln(y)
จากสมการท(3) V w ∙ Iw=(a+bvc)Aw
αR0(Rw−R0) เราสามารถจดรปใหอยในสมการท(5)
lny=ln ba+clnv โดยเมอแกสมการออกมาแลวจะได
y=V w IwR0
k (V w
Iw−R0)
−1 และเมอ
ทำาการฟตกราฟดงรปท8 ผลการฟตกราฟไดคา c ≈1.1 และไดคา ba ≈6.05
สรปผลการทดลอง
จากการทดลองการศกษาพลงงานลมและวธการวดตางๆ คณะทดลองพบวาเมอทำาการทดลองการวดความเรวลมโดยใชอปกรณอโมงคลม พบวาสามารถหาคาเลขช3กำาลง m≈1.7 และไดคาสมประสทธแรงตานอากาศของวตถCd≈0.36 (คาสากลประมาณ 0.4-0.5) สำาหรบคา m น3น สามารถนำาไปคำานวณหา n ทอยในสมการ Pw=
12ρA A0 v0
n ไดคา n≈2 .7 (คาจรง n=3) ในขณะเดยวกน การวดความเรวลมโดยใชเครองวดแบบลวดรอน
สามารถหาคา c และ ba ทอยในสมการ V w ∙ Iw=(a+bvc)Aw
αR0(Rw−R0) พบวาไดคา
c ≈1.1 และไดคา ba ≈6.05
เอกสารอางอง
[1] Exp2_windspeed_measurement