ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ГАЗОПРОНИЦАЕМЫЙ АККУМУЛЯТОР

По данным [34] в системе солнечного теплоснабже­ния перспективно применение аккумуляторов теплоты с газопроницаемым материалом. Работа аккумуляторов основана на использовании теплоты фазового перехода и хемодесорбции. Как показали опыты, особый интерес представляют порошки с преобладанием двуокиси вана­дия. Фазовый переход металл-диэлектрик в этом соедине­нии происходит с выделением теплоты (удельная теплота превращения 0,24 кДж/моль).

Характерными особенностями таких материалов яв­ляются развитая поверхность пор и, как следствие, их высокая газовая реакционная способность. Ультради­сперсные порошки обладают высокой активностью к по­глощению газов (адсорбцией), в первую очередь, кисло­рода. Состав и количество адсорбированных порошками газов определяется природой материала, его дисперсно­стью и условиями приготовления. Теплообмен в таких средах происходит при наличии фазового перехода в ча­стицах, процессов адсорбции-десорбции газа на поверх­ности пор, а также его хемосорбции с фазами перемен­ной валентности.

Одной из важных проблем при изучении таких мате­риалов является выяснение влияния механической акти­вации поверхности частиц порошка на теплообмен.

Предлагается следующая постановка задачи. Плоский слой газопроницаемого материала нагревается внешни­ми источниками излучения и обменивается теплотой с окружающей средой путем конвекции. Перенос теплоты в газопроницаемом материале осуществляется теплопро­водностью, излучением и конвекцией. Принимается, что скорость течения газа в порах достаточно мала, поэто­му устанавливается тепловое равновесие между газом и каркасом.

Необходимо учитывать существование внутренних ис­точников теплоты за счет фазового перехода в объеме ча­стиц и хемосорбции кислорода на поверхности пор.

При моделировании радиационного переноса также учитываются процессы поглощения, испускания и рассеи­вания на частицах окислов ванадия. Оптические свойства материала предполагаются зависящими от длины волны. Внешние источники излучения являются абсолютно чер­ными. Теплоемкость каркаса предполагается зависящей от температуры.

Решение задачи проводится в приближении сплошной среды с эффективными теплофизическими и оптическими свойствами. Температурные поля и тепловые потоки в слое материала получаются из решения краевой задачи для уравнения теплопроводности и системы уравнений перено­са излучения.

Уравнение теплопроводности с граничными условиями в безразмерном виде:

Подпись:Подпись:image136image137сЯ=д_дв'

дх 8^ ч

(1.67)

(1.68)

где

 

 

Подпись: tПодпись: ш(0) =LgcT Т х

—L; 0=—; ^=—; т = 1 - Р Г* L

Расход газа в порах рассчитывается из уравнения неразрывности

P-| = L/7v(0). (1.70)

db,

Дивергенция спектральной плотности радиационного потока dE/d^ определяется из решения системы интегро - дифференциальных уравнений переноса энергии излуче­ния [34] относительно интенсивностей /*(4»р)» Iv (<;,р) и имеет вид

Подпись:_ 1

image141 Подпись: = Х
image143

4nlpv - 271J(/; (§, р) +1~ (§, р))dp

начально-краевая задача (1.66)—(1.69) сводится к нели­нейному интегральному уравнению относительно безраз­мерной температуры, которое записывается в виде

і

^,x) = G{^Q)W^)-G{^)W2(x) + W{z, x)G^,z)dz. (1.72)

о

Здесь

Подпись: Пг) =
image145

W(z, x) = ^+^-L2q(Q);
дх % dz

Ж1(т) = ^(е;4-04)-ЛГ1Є1;

Ж2(т) = ^(04-0^)-ЛГ20*4.

Таким образом, краевая задача (1.66)—(1.72) о совмест­ном переносе теплоты теплопроводностью, конвекцией и радиацией в полупрозрачной газопроницаемой среде све­лась к нелинейному интегральному уравнению относи­тельно безразмерной температуры 0(£, т), которое на каж­дом временном шаге решается итерационным методом Ньютона-Канторовича [35].

Для нахождения эффективных значений коэффициен­та теплопроводности газопроницаемого материала исполь­зована формула

Я = (1 - Р)ХЕ + РХр.

Расчеты проводились с использованием временных за­висимостей теплоемкости, представленных на рис. 1.17. Эти зависимости получены путем обработки эксперимен­тальных данных [36].

Подпись: О 5 10 15 20 25 т, мин Рис. 1.17. Динамика теплоемкости в процессе теплообмена: а — неактивированный материал, б — активированный материал image147

Прежде всего необходимо отметить наличие ярко вы­раженного пика в распределении теплоемкости во времени в моменты, когда в материале происходит фазовый пере­ход. Механоактивация материала приводит к уменьшению максимального значения теплоемкости и расширению во времени пика. При проведении числовых расчетов параме­тры принимали следующие значения: X = 1,34 Вт/м'К, L = 0,1 м, N1 = N2 = 9,5, el = є2 = 1. Шаг по времени At при­нимался равным 1 с.

На рис. 1.18 представлены результаты расчета тем­пературы в слое для случая нагрева границы ^ = 0 источ­ником излучения с температурой 400 К и границы Е, = 1 источником с температурой 330 К. Из рисунка видно, что рост пористости приводит к возрастанию температуры в горячей области слоя и снижению температуры в холод­ной области в каждый момент времени. Снижение пори­стости материала приводит к увеличению внутреннего тепловыделения за счет хемосорбции и уменьшению ско­рости нагрева.

Рис. 1.19 иллюстрирует влияние теплоемкости карка­са пористого материала на температурное распределение в слое в различные моменты времени. На этом рисунке вид­но, что механоактивация материала приводит к дополни-

image148
image149

тельному разогреву слоя за счет тепловыделения при ре­лаксации структуры стенок пор.

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГЕЛИОУСТАНОВОК

На основании результатов исследований автора Крас­нодарской лабораторией энергосбережения и нетрадици­онных источников энергии АКХ были разработаны Реко­мендации по проектированию гелиоустановок котельных и ЦТП. В данной работе были исследованы следующие во­просы: анализ …

СОЛНЕЧНО-ТОПЛИВНЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ

Для солнечных водонагревательных установок соотно­шение параметров при отсутствии теплового дублёра выра­жается уравнением: О Л 0,278 10-3АЕ/ лг =ОгсрУ2-Ь), i-n vi - интенсивность суммарной солнечной радиации в плоскости сол­нечных коллекторов за …

ГЕЛИОУСТАНОВКИ БОЛЬШОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

В 1989 г. по проекту автора в Краснодаре была построе­на и эксплуатируется до настоящего времени гелиоуста­новка издательства «Советская Кубань» с площадью сол­нечных коллекторов 260 м2. Солнечные коллекторы (432 шт.) размещены …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.