Разработка аккумуляторов теплоты на фазовом переходе для систем теплоснабжения

• Автор: Умеренков, Евгений Валерьевич
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 196 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА
1.1 Вещества и соединения используемые в качестве теплоаккумулирующего материала ТАМа

1.2 Конструкции накопителей теплоты.

1.2.1. Накопители теплоты, реализующие пассивный теплообмен.

1.2.2. Накопители теплоты, реализующие активный теплообмен

1.3. Математические модели теплового режима накопителей на фазовом переходе плавление затвердевание

1.3.1. Описание теплового состояния аккумулятора теплоты

1.3.2. Упрощенные модели теплового состояния аккумулятора теплоты

Выводы и задачи исследования .

ГЛАВА 2. ФИЗИКОМАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА АККУМУЛЯТОРОВ ТЕПЛОТЫ НА ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ НА ОСНОВЕ КВАЗИСТАЦИОНАРНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ.
2.1. Исходные положения.
2.2. Взаимосвязь среднеобъемной температуры и теплового потока с массой твердой фазы
2.3. Определение зависимости массы тврдой фазы от времени
2.4. Моделирование процесса затвердевания.
2.5. Расчет выходной температуры теплоносителя
2.6.0ценка режима зарядки фазопереходного аккумулятора теплоты
Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3. СОПОСТАВЛЕНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОМАССОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ АККУМУЛЯТОРА ТЕПЛОТЫ НА
ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ
3.1. Экспериментальная установка и методика измерений.
3.1.1. Размеры теплоаккумулирующего элемента
3.1.2. Принципиальная схема установки.
3.1.3. Выбор параметров электронагревателя.
3.1.4. Методика проведения эксперимента.
3.2. Тарировка датчиков расхода и температуры, погрешности и планирование измерений.
3.2.1.Тарировка расходомерного блока.
3.2.2. Тарировка датчиков температуры.
3.2.3. Планирование эксперимента
3.2.4. Обработка опытных данных.
3.3. Результаты экспериментального исследования и их сопоставление с
рассчетными
Выводы к третьей главе .
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА АККУМУЛЯТОРА ТЕПЛОТЫ НА ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ НА ОСНОВЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ МОДЕЛИ
4.1. Тепловой расчет ФИАТ по условиям разрядки
4.1.1. Определение поверхности отклика
4.1.2. Реализация численного эксперимента по определению числа
4.1.3. Определение коэффициентов полиномиальной модели
4.1.4. Алгоритм расчета относительного радиуса теплоаккумулирующей ячейки и режимного параметра
4.1.5. Определение массы теплоаккумулирующего материала.
4.2. Учет переменности расхода охлаждающей жидкости при расчете параметров ФПАТ
4.3. Поверочный расчет ФПАТа по условиям зарядки нагрева ТАМа
Выводы к четвертой главе.
ГЛАВА5. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФАЗОПЕРЕХОДНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ТЕПЛОТЫ И СПОСОБОВ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕДЛАГАЕМОГО ПОДХОДА.
5.1. Пример теплового расчета ФПАТ.
5.2. Секционирование ФПАТ
5.2.1. Учет влияния зависимости температуры теплоносителя на входе в ФПАТ при расчете параметров накопителя теплоты
5.2.2. Расчет двухсекционного ФПАТ.
5.2.3. Результаты расчета ФПАТ.
5.3. Конструкция бескорпусного ФПАТ
5.4. Влияние различных факторов на выходную температуру теплоносителя.
5.4.1. Расчет параметров аккумулятора по более высокой выходной температуре теплоносителя
5.4.2. Использование дополнительного бакааккумулятора.
5.4.3. Сокращение продолжительности разрядки ФПАТ
5.4.4. Влияние на выходную температуру критерия Коссовича Ко.
5.5. Экологические аспекты использования аккумуляторов теплоты.
Выводы к пятой главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В качестве центров кристаллизации используются асбест , диоксид кремния , а добавка глины способствует диспергированию кристаллов в объеме смеси . В отечественной разработке в качестве добавки, соединяющей в себе качества асбеста, глины и БЮ2 предлагается использовать диатомит. Для блокирования разделения фаз применяются загустители или интенсивное перемешивание в процессе теплообмена. Несмотря на присущие кристаллогидратам недостатки нестабильность соединений в процессе эксплуатации, агрессивность по отношению к конструкционным материалам, способность к переохлаждению они обладают и неоспоримыми преимуществами, такими как дешевизна и доступность, высокая энергоемкость на единицу объема, благоприятные теплофизические свойства, позволяющие аккумулировать низкопотенциальное тепло. Помимо неорганических соединений в системах с рабочими температурами до 0С в качестве ТАМов находят применение различные органические материалы, основные характеристики которых показаны в табл. Могут применяться также жирные кислоты 8, они являются химически стойкими веществами, мало или совсем не переохлаждаются. Представляют интерес композиционные ТАМы на основе воска растительного и животного происхождения . Диапазон их температур плавления достаточно широк, поэтому каждый из восков представляет интерес как основа для ТАМ. Авторами осуществлен процесс модифицирования восков с целью получения более энергоемких материалов. В работе приводятся рецептуры и основные эксплуатационные свойства разработанных ТАМов . В работе приведены результаты исследования аккумулятора теплоты, использующего скрытую теплоту плавления полиэтилена высокой плотности. Аккумулятор предназначен для применения в солнечных энергетичсских системах среднего температурного потенциала. Основным недостатком полиэтилена является низкая теплопроводность, однако, его удается компенсировать путем прямого контактного теплообмена между теплоносителем этиленгликоль и ТАМом в форме стержней. Согласно проведены исследования, с использованием полиэтилена высокой плотности в виде гранул. Структура полиэтилена была усилена электронной бомбардировкой для улучшения стабильности полимера. Таблица 1. Использование органических веществ полностью снимает вопросы коррозионного разрушения корпуса, обеспечивает высокие плотности запасаемой энергии, достаточно хорошие техникоэкономические показатели. Однако в процессе работы теплового аккумулятора с органическими ТАМами происходит снижение теплоты плавления вследствие разрушения протяженных цепочек молекул полимеров. Низкий коэффициент теплопроводности органических ТАМов требует создания и применения развитых поверхностей теплообмена, что, в свою очередь, накладывает конструктивные ограничения на использование теплового аккумулятора. Для использования в термоэлектрических системах пригодны материалы с температурой фазового перехода от 0 до 0С. К ним относятся полиэтилен, пентаэритритол, эвтектические смеси гидрокислов щелочных металлов, например, 1ЛОНОН, ЫОНКОН и другие. При более высоких рабочих температурах применяются, как правило, соединения и сплавы легких металлов. Они обладают наиболее высокими значениями теплоты фазового перехода в 4 раз превышающих этот показатель для трех ранее рассмотренных групп ТАМов парафинов, жирных кислот, гидратов солей. В публикации сообщается о разработке накопителя тепла с использованием теплоаккумулирующего материала, основным компонентом которого является ОН с добавкой и очень малого количества антикоррозионной присадки МпОг и др. Данный ТАМ используется также в накопителях тепла, предназначенных для отопления и снабжения горячей водой, накапливая избыточную электрическую мощность в ночное время. Отмечается однако, что несмотря на введение противокоррозионной присадки, проблема коррозии остается. Возможность использования в качестве накопителя скрытой тепловой энергии фтористых соединений приводится в результатах . Фтористые соединения вследствие, высокой температуры плавления могут найти применение на электростанциях, потребляющих солнечную энергию.