Повышение эффективности судовых утилизационных комплексов при использовании термоэлектрических генераторов

• Автор: Халыков, Камиль Рафаэльевич
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1 Состояние вопроса по направлению диссертационного

исследования. Постановка цели и задач исследования

1.1 Использование вторичных энергетических ресурсов в судовых

энергетических установках

1.2 Использование термоэлектрических генераторов в транспортной энергетике

1.3 Повышение эффективности термоэлектрических генераторов

1.4 Постановка целей и задач исследования

Глава 2 Экспериментальная установка. Программа и методика исследования

2.1 Анализ существующих конструкций ТЭГ
2.2 Разработка конструкции ТЭГ
2.3 Экспериментальная модельная установка с
термоэлектрическим генератором
2.4 Программа проведения испытаний
2.5 Обработка экспериментальных данных
2.6 Оценка погрешности результатов измерений
Глава 3 Математическое моделирование процессов в термоэлектрическом
генераторе
3.1 Анализ методик и моделей расчета ТЭГ
3.2 Методика расчета ТЭГ
3.2.1 Расчет коэффициента теплоотдачи горячего теплоносителя
3.2.2 Расчет коэффициента теплоотдачи холодного теплоносителя
3.2.3 Расчет коэффициента теплопередачи
3.2.4 Расчет электрических параметров ТЭГ

3.2.5 Расчет энергетических параметров термоэлектрического
генератора в последующем приближении
Глава 4 Статистическая обработка результатов испытаний
4.1 Получение регрессионных зависимостей
4.2 Проверка достоверности регрессионных зависимостей
Заключение
Перечень принятых условных обозначений, сокращений и символов 106 Список использованных источников
Приложение А — Патент на полезную модель
Приложение Б 1 - Акт внедрения в учебный процесс
Приложение Б 2 - Акт о рассмотрении и использовании материалов диссертационной работы

Введение
Исследование является одним из перспективных направлений повышения эффективности судовых энергетических установок, а именно практической реализации в утилизационных установках термоэлектрических эффектов, которые возникают в проводниках под воздействием тепловых процессов или возникновении электрического тока. Практика применения термоэлектрических преобразователей показывает, что их выходные энергетические характеристики определяются не только свойствами материалов, но и протекающими в них тепловыми и электрическими эффектами. Все эти эффекты взаимосвязаны между собой, поэтому при проектировании подобных устройств следует рассматривать кроме задач проектирования также тепловых и физических.
Актуальность проблемы
Постоянный рост цен на жидкое нефтяное топливо и дефицит топливно-энергетических ресурсов с каждым годом становится все более. Причиной тому служит истощаемость природных ресурсов. А также остро стоят вопросы об экологической безопасности.
В 2009 году правительством введен Федеральный закон № 261-ФЗ, которым определены правовые, экономические и организационные меры, направленные на реализацию энергосбережения, а также повышение эффективности энергоносителей [111]. Также, согласно принятой в 2011 году программе «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020года», за счет выполнения мер, предусмотренных правительством, планируется сэкономить 1,1 миллиарда тонн условного топлива, 330 миллиардов кубометров газа, 630 миллиардов киловатт-часов электроэнергии и 17 миллионов тонн нефтепродуктов.
Согласно Федеральной целевой программе «Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)», целыо которой является развитие эффективной и современной транспортной инфраструктуры, в том числе за счет обновления флота ожидается рост общего тоннажа морского транспортного флота,

обуславливается возбуждением электроконвективных процессов и интенсификацией явлений молекулярного переноса в жидкостях. При значительной интенсивности электрического поля в трубе кольцевого сечения с концентрическим внутренним электродом интенсификация исчезает при наступлении турбулентного режима течения. Несмотря на то, что для осуществления такого метода интенсификации теплообмена возможно применение электрических полей, которые используются в современных энергетических оборудованиях, применить данный метод на практике очень сложно. Стоит отметить, что КПД этого метода интенсификации невысок, поскольку воздействие электрическим полем происходит не только на тонкий пристенный слой, в котором сосредоточено основное термическое сопротивление тепловому потоку, но и на всё сечение канала.
Указанные методы интенсификации теплообмена позволяют уменьшить массу и габариты теплообменных аппаратов, и как следствие, площадь теплопередающей поверхности. Так как вырабатываемая электрическая мощность ТЭГ зависит от площади теплопередающей поверхности в прямой пропорциональности, указанные способы не могут быть применены в ТЭГ.
Работа СЭУ характеризуется непостоянством во времени таких параметров как температура и расход ОГ, влияющих на выходные параметры ТЭГ (теплота охлаждающей воды, электрическая энергия). Последние в свою очередь должны быть стабильными для обеспечения потребителей тепловой и/или электрической энергией заданного качества.
Известен простой путь интенсификации теплообмена посредством увеличения скорости движения рабочих сред в каналах аппарата [38, 59; 110;]. Однако при этом способе быстро растет гидравлическое сопротивление, а следовательно, и затраты энергии на привод насосов, в силу чего дальнейшая интенсификация теплообмена путем увеличения скорости рабочих сред становится экономически невыгодной. Убедиться в этом легко, проанализировав известные уравнения теплоотдачи и гидравлических сопротивлений при турбулентном движении жидкости в трубном теплообменнике: