Тепловое аккумулиров ание энергии

Емкость аккумулятора

Для жидкостной системы аккумулирования при постоянном давлении {dp = 0) применяются уравнения (2.5) и (2.6). С учетом

V ак = tnaKv, dV as — dmaYv + tnaKdv

уравнение аккумулирования принимает вид

Лвх dt7la:K - р - dQ ^вых ^вых === ^ (Лщ)ак. (2,39)

Сумма энтальпии на входе и подведенного тепла за вычетом энтальпии на выходе дает изменение энтальпии аккумули­рующей среды. Это справедливо независимо от того, чем вы­зывается изменение энтальпии — изменением удельной эн­тальпии Лак, аккумулирующей массы или тем и другим вме­сте. Границы системы, а следовательно, аккумулирующий объем Г, к, переменны. Таким образом, работа изменения объема в процессе вытеснения (разрядки) аккумулирующей среды производится посредством давления окружающей среды либо с помощью газа внешнего сосуда, не входящего в рассматриваемую систему. Как правило, энтальпия раз­рядки Лак остается постоянной, и поэтому нет необходимости Н поэтапной оценке характеристик,

Рис. 2.8. Эксергетическая характеристика аккумулиро­вания и тепловая емкость аккумулятора в зависимости от относительной температу­ры горячего теплоносителя.

Если масса аккумулирующей среды постоянна, то уравне­ние (2.39) дополнительно упрощается:

dQ = maKdh. (2.40)

Если используется только воспринимаемое тепло (внутренняя энергия изменяется без фазовых переходов рабочего тела), то изменение энтальпии можно записать как

dh — ср dT,

dQ == ЇЇІацСр dT - ■ ]/акРакdT,

где Рак — ПЛОТНОСТЬ ЯККумуЛИруЮЩеИ СреДЫ.

Оценка удельной эксергетической емкости аккумулятора основана на эксергии тепла, которая зависит от температуры окружающей среды Токр [2.1]:

2

Д£,2 — AQl2 Джр ^ dh/T.

Для аккумулированного тепла AQi2 применимо уравнение (2.40), так что при постоянных гпак и ср и температурном пе­репаде Ті—Ті имеем

AQi2=Q2 — Q = maKCp{T2 — ТО, (2.40а)

= [Ті/ТокР - ІП Ті/Токр] - [7УГ0КР - In 7-,/Гокр]. (2.44)

Эксергетическая характеристика аккумулирования в соот­ветствии с уравнением (2.44) показана на рис. 2.8 (кривая «Энергия») в зависимости от относительной температуры (тем­пературы аккумулирования, отнесенной к температуре окру­

жающей среды). Безразмерная тепловая емкость аккумули­рования

т*с%кр = ^окр - Т'./7'окр = (Т2 - Тх)!Токр (2.45)

представлена на рисунке в виде прямой линии с углом на­клона 45°. Эта диаграмма используется так же, как и приве­денные ранее графики разрядки (рис. 2.3—2.5).

Как тепловая, так и эксергетическая емкости определяются для конкретного верхнего (Т2) и нижнего (7^) условий. От­вод тепла определяется как разность AQ,2 на линии «Тепло», а отвод эксергии — как разность на линии «Эксергия». Линия эксергии в точке 7’/7'ОКр=1 имеет нулевой угол на­клона; ее наклон возрастает с увеличением Т/Т0Кр, прибли­жаясь к 1 Легко показать, что наклон этой кривой в области Т/Гокр^ 1 равен коэффициенту Карно:

(idk^)/dT='~T^T - (2-46>

Форма линии эксергии в области Т/Токр < 1 примеча­тельна. При уменьшении от Т/Т кр= эксергия возрастает и стремится к бесконечности при Т/Токр — 0. Это означает, что при очень низких температурах эксергетическая емкость аккумулятора велика. В этой области разрядка сопровож­дается повышением температуры; окружающая среда дейст­вует не как теплоприемник, а как источник тепла, тогда как аккумулированный холод действует как теплоприемник. При 7'ак = О^ОЗГокр тепловая и эксергетическая емкости аккуму­лятора равны, а ниже этой температуры эксергетическая ем­кость даже больше, чем тепловая.

До сих пор для аккумулирования энергии использовались области средних и высоких температур (но не область низ­ких температур). Одна из причин этого состоит в том, что для аккумулирования в области низких температур тре­буются тепловые насосы, специальные рабочие тела и срав­нительно дорогое оборудование.