Разработка аккумуляторов теплоты с зернистым теплоносителем и метода их расчета на основе математического моделирования

• Автор: Григорьев, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ И

АЛГОРИТМОВ ИХ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Виды аккумуляторов теплоты, их конструктивные особенности.

1.2. Термодинамические и тепловые характеристики режимов работы тепловых аккумуляторов с зернистым теплоносителем.

1.2.1. Термодинамические основы фазопереходных тепловых аккумуляторов.

1.2.2. Теоретические и практические основы проектирования химических аккумуляторов теплоты с зернистой матрицей.
1.2.3. Теоретические основы проектирования однофазных аккумуляторов теплоты с зернистой матрицей.

1.3. Выводы по 1 главе

1.4. Цель и постановка задач исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО И
МАССООБМЕНА В АККУМУЛЯТОРАХ ТЕПЛОТЫ С ЗЕРНИСТОЙ МАТРИЦЕЙ ДЛЯ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК
2.1. Конструктивные особенности тепловых аккумуляторов с зернистым аккумулирующим материалом
2.2. Расчет температурных полей в зернистой массе и времени
зарядки теплового аккумулятора
2.2.1. Накопление теплоты при пропуске греющей среды через зернистую массу теплового аккумулятора.
2.2.2. Накопление теплоты от равномерно размещенных в зернистой
массе тепловых труб.
2.2.3. Расчет периодически изменяющейся температуры зарядки
теплового аккумулятора и хранения теплоты.
2.2.4. Расчет периодически изменяющейся температуры зарядки и хранения
теплового аккумулятора с учетом теплопотерь через изоляцию.
2.3. Теоретическое исследование режимов работы химических аккумуляторов теплоты
2.4. Двух и трехфазные тепловые аккумуляторы.
2.5. Математическое моделирование режима отвода теплоты
от теплового аккумулятора
2.6. Выводы по 2 главе.
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ
АККУМУЛЯТОРОВ С ЗЕРНИСТЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ.
3.1. Методика проведения тепловых испытаний зернистых аккумуляторов теплоты, планирование эксперимента и схема инструментальных измерений
3.1.1. Методика проведения тепловых испытаний
3.1.2. Экспериментальная установка и схема инструментальных
измерений тепловых параметров
3.1.3. Определение погрешностей измерений
3.1.4. Планирование экспериментов для определения режимных
параметров теплового аккумулятора
3.2. Исследования однофазных аккумуляторов теплоты
в режимах накопления теплоты, сб хранения и работы
3.2.1. Исследование температурных полей в зернистой массе однофазного ТА .
3.2.2. Режим работы однофазного теплового аккумулятора.
3.2.3. Проверка адекватности математических моделей
реальным условиям работы теплового аккумулятора
3.2.4. Химические аккумуляторы теплоты.
3.3. Выводы по 3 главе.
4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И
ПРИМЕНЕНИЕ АККУМУЛЯТОРОВ ТЕПЛОТЫ
4.1. Практическое приложение математических моделей
аккумуляторов теплоты к их проектированию.
4.2. Разработка эффективной тепловой изоляции.
4.3. Тепловая эффективность однофазных, с фазовым переходом и химических тепловых аккумуляторов.
4.4. Методика, алгоритм и блоксхема расчета однофазного теплового аккумулятора с зернистым тсплоаккумулирующим материалом
4.4.1. Тепловой баланс теплогенерирующей установки.
4.4.2. Утилизация теплоты в газоходе теплогенерирующей установки
с помощью тепловых труб для теплового аккумулятора.
4.4.3. Режим накопления теплоты в тепловом аккумуляторе
4.4.4. Расчет конструктивных параметров теплового аккумулятора.
4.4.5. Расчет режима хранения теплоты в тепловом аккумуляторе
4.4.6. Расчет режима работы теплового аккумулятора.
4.5. Расчет тепловых аккумуляторов с фазовым переходом.
4.6. Расчет химических тепловых аккумуляторов.
4.7. Экономическая эффективность от внедрения тепловых аккумуляторов
4.8. Промышленное внедрение теплового аккумулятора.
4.8.1. Тепловые аккумуляторы с тепловыми трубами в технологических процессах стройиндустрии.
4.8.2. Промышленное внедрение теплового аккумулятора за котельным агрегатом
4.9. Методика аэродинамического расчета тепловых аккумуляторов.
4 Выводы по 4 главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Масса или объем тсплоаккумулирующего материала ТАМ определяются соответствующей плотностью запасаемой энергии и КПД процесса аккумулирования тепла. В реальном процессе аккумулирования теплоты плотность запасаемой энергии гораздо ниже теоретического значения вследствие тепловых потерь при заряде и разряде аккумулятора. Поэтому очевидно, что, зная распределение температуры в объеме теплового аккумулятора, можно не только определить изменение температуры теплоносителя на выходе из ТА, но и оценить эффективность аккумулирования тепла как отношение накопленной теплоты к теплоте, производимой теплогенерирующими установками . В настоящее время известно большое многообразие видов и конструкций тепловых аккумуляторов, обусловленное широким спектром задач и областей применения аккумуляторов тепла ,. Тепловые аккумуляторы с твердым ТАМ, в настоящее время наиболее распространены за рубежом . Тепловые аккумуляторы такого типа широко применяются в системах гелиотеплоснабжеиия, аккумуляции сезонного тепла и т. Это связано в первую очередь с применением недорогих и доступных материалов, простых и проверенных технических решений. Традиционно рассматриваются тепловые аккумуляторы с неподвижной или подвижной матрицами ,, . Использование неподвижной матрицы обеспечивает максимальную простоту конструкции, но требует больших масс ТАМ. Кроме этого, температура теплоносителя на выходе из аккумулятора изменяется в течение времени, что требует дополнительной системы поддержания постоянных параметров путем перепуска. В настоящее время рассматривается несколько характерных конструктивных решений таких аккумуляторов тепла рис. Аккумуляторы с пористой матрицей обычно используются в системах гелиотеплоснабжения. В качестве ТАМ применяются наиболее дешевые материалы щебень, феолиг железная руда, остатки строительных материалов. Такие ТА проектируются, как правило, с минимальным гидравлическим сопротивлением, что позволяет использовать принцип свободноконвективного переноса 9,. Рис. При заряде горячий газ подается в верхнюю часть ТА, и, охлаждаясь, опускается в его нижнюю часть. При разряде холодный газ подастся в нижнюю часть ТА, нагревается и выходит из верхней его части. Таким образом, можно спроектировать систему теплоснабжения, требующую только источник тепловой энергии например, Солнце ,,,. Канальный ТА широко применяется в системах электротеплоснабжения, использующих внепиковую энергию 2,4,,,,,,. Теплоаккумулируоннй материал шамот, огнеупорный кирпич и т. Пропуская холодный воздух через матрицу можно производить обогрев помещений. Аккумуляторы данного типа производятся за рубежом серийно для индивидуальных и малосемейных домов . Особым типом канального ТА с твердым ТАМ являются тепловые графитовые аккумуляторы, используемые в качестве источника энергии в автономных энергоустановках . Температура их нагрева может достигать К, что обеспечивает хорошие массогабаритные характеристики установки. В работе анализируется вариант аккумуляции сезонного тепла в подземных аккумуляторах тепла с вертикальными каналами. Длина одного канала таких аккумуляторов может достигать ста метров, а общая энергоемкость тысяч киловаттчасов. Подземные аккумуляторы тепла с горизонтальными каналами применяются для аккумуляции тепла в течение 2 4 х месяцев. Аккумуляторы тепла в водоносных горшонтах используются для аккумуляции количеств тепла, достаточных для теплоснабжения небольшого поселка в течение года. Здесь в качестве ТАМ используется водопроницаемый слой земли, в который в режиме заряда через скважину закачивается горячая вода, а в режиме разряда через другую скважину закачивается холодная вода. Вследствие отсутствия поверхностей теплообмена данный тип ТА обеспечивает наилучшис экономические характеристики среди подземных аккумуляторов тепла. Очевидно, что недостатками таких видов аккумуляторов являются сложность проектирования для конкретного вида водоносного горизонта, большие энергетические затраты на прокачку теплоносителя. Использование подвижной матрицы предполагает применять тепловые аккумуляторы, как правило, в виде вращающегося регенератора, устройств с падающими шарами и т.