авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Исследование теплогидравлических процессов в автоколебательных насосах теплового действия применительно к системам тепло – и хладоснабжения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Буй Мань Ту

Исследование теплогидравлических процессов в автоколебательных насосах теплового действия применительно к системам тепло – и хладоснабжения

Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

Москва – 2010

Работа выполнена на кафедре «Тепломассообменных процессов и установок» Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор

Сасин Владимир Яковлевич

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор

Шелгинский Александр Яковлевич

кандидат технических наук, доцент Федоров Вячеслав Николаевич

Ведущая организация ЗАО НПО «ТЕПЛОВИЗОР»

Защита состоится «22» апреля 2010 года в 15 час 30 мин. в ауд. Г–406 на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 17.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет ГОУ ВПО МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан « ___ » марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.10

доктор технических наук, доцент Попов С.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время во Вьетнаме, так же как в России и в мире актуальна проблема повышения энергетической эффективности теплотехнологических процессов и установок за счет использования нетрадиционных и вторичных источников энергии. Одним из возможных путей решения этой проблемы является создание систем тепло – и хладоснабжения без использования электромеханических побудителей движения, в которых циркуляция теплоносителя осуществляется за счет теплоты источника с повышенным температурным потенциалом по отношению к температуре рабочего контура.

Объект исследования:

Объектом исследования является насос теплового действия (НТД) – испарительно-конденсационное устройство, позволяющее осуществлять циркуляцию теплоносителя во внешнем контуре с помощью тепловой энергии источника с относительно повышенным температурным потенциалом, создающим циклические процессы изменения давления и температуры пара рабочей жидкости при постоянном подводе теплоты от любого источника.

Цель работы:

Определение конструктивных и функциональных параметров элементов насоса теплового действия для достижения автоколебательных испарительно – конденсационных процессов в НТД при постоянном подводе тепловой энергии, выявление физических механизмов тепло – и массопереноса на различных этапах колебательного цикла для математического моделирования этих процессов.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

  • Определить пути усовершенствования конструкций насоса теплового действия для достижения автоколебательного режима работы.
  • На основе экспериментальных исследований предложить физические модели динамических процессов тепло – и массопереноса в элементах НТД и выполнить их адекватное математическое описание.
  • Провести систематические экспериментальные исследования производительности макетного образца насоса для разных уровней тепловой нагрузки испарителя, различного напора нагнетания.
  • Выявить экспериментально влияние характеристик обратных клапанов на параметры пульсационного цикла.
  • Экспериментально определить условия критического перегрева испарителя после его осушения.
  • Провести экспериментальные исследования изменения массы жидкости в испарителе и конденсаторе с целью выявления оптимального соотношения между их объёмами.
  • Разработать методы анализа и обработки опытных данных.

Научная новизна основных результатов диссертационной работы состоит в следующем:

1. Впервые практически доказана возможность работы насоса теплового действия в режиме автоколебаний.

2. Разработаны принципы конструирования НТД для различных условий применения.

3. Разработанные методы анализа показателей работы НТД позволяют получить адекватные математические модели режимов работы вновь создаваемых устройств подобного типа на нестационарных этапах функционирования.

4. Предложены технические решения применения НТД для нетрадиционных вторичных источников в системах тепло – и хладоснабжения.

Практическая ценность.

1. Объект исследования – насос теплового действия может быть использован в системах тепло – и хладоснабжения как в целях энергосбережения, так и для повышения надежности.

2. Результаты работы могут быть рекомендованы для применения в группах и отделах технических производств, которые занимаются созданием новых образцов бытового и промышленного теплового оборудования.

Достоверность

Базируется на фундаментальных классических положениях общей теории теплотехники и математики, корректности теоретических моделей и методов получения и обработки опытных данных.

Личное участие

Все изложенные в диссертации результаты получены автором лично на основе описанных в диссертации расчётных и экспериментальных методов. Вклад соавторов в опубликованных в соавторстве работах заключается в научном руководстве при проведении исследований, в планировании и обсуждении результатов.

Апробация работы

Основные положения работы, результаты расчетно-экспериментальных и численных исследований докладывались и обсуждались на:

XIV, XV, XVI -ой международных научно–технических конференциях студентов и аспирантов. Москва, 2008, 2009, 2010 г.

Ежегодных аспирантских семинарах кафедры ТМПУ (2007, 2008, 2009, 2010 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, в том числе одна в журнале «Вестник МЭИ», рекомендованном ВАК РФ.

Объём работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы. Основной текст изложен на 112 страницах машинописного текста, включая 53 рисунков и 10 таблиц. Приложения изложены на 27 страницах машинописного теста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, даётся ее общая характеристика, определяются направления исследований, устанавливаются перспективы научного и практического значения решаемой задачи.

В первой главе выполнен обзор публикаций, в которых основное внимание уделено той части развития технологии термоавтоколебательных двухфазных теплопередающих устройств (ТДТУ), где термоавтоколебательный принцип прокачки жидкости может быть совмещен с традиционными принципами организации двухфазных теплопередающих систем (например, двухфазных устройств с раздельными каналами для транспорта пара и жидкости).

В диссертации главным образом рассматриваются устройство и принцип действия насосов теплового действия (НТД), которые можно отнести к ТДТУ. Такие насосы, в некоторых случаях, могут конкурировать с капиллярными и электромеханическими насосами, используемыми в двухфазных теплопередающих системах различного назначения.

Под испарительно-конденсационным насосом понимается устройство, которое при наличии циклического или постоянного подвода тепла к нему обеспечивает прокачку теплоносителя через внешний контур за счет испарения и конденсации прокачиваемой жидкости. Испарение и конденсация происходят внутри насоса (в его рабочей камере).

В диссертации рассмотрены два типа насосов теплового действия: с вынужденными и автоколебаниями давления пара, обеспечивающими однонаправленное движение рабочей жидкости во внешнем контуре при установке в нём обратных клапанов.

Во второй главе на основании анализа существующих двухфазных теплопередающих устройств предложен новый тип насоса с тепловым приводом, в котором испаритель, конденсатор и вытеснительная ёмкость объединены в единой конструкции, схема которой изображена на рис.1.

Данная конструкция реализована в экспериментальном макете насоса, который в результате испытаний подтвердил свою работоспособность в автоколебательном режиме при постоянной тепловой нагрузке испарителя. В процессе эксперимента с помощью WEB камеры с интервалом в одну секунду визуально фиксировались показания манометра и дисплея цифрового вольтметра (термо-ЭДС термопар, установленных на макете) и записывались на компьютер для дальнейшей обработки и анализа экспериментальных данных при различных входных переменных, к числу которых относятся тепловая нагрузка испарителя Q и максимальный перегрев его корпуса Twe0.

 Конструкция насоса теплового-0

Рис.1. Конструкция насоса теплового действия.

1 испаритель; 2 конденсатор; 3 крышка; 4 труба для жидкости;

5 паропровод; 6,7 обратные клапаны; 8 манометр; 9 гидросифон.

Рабочая характеристика насоса в виде зависимости давления пара P и температуры стенки испарителя Tст от времени в реальном масштабе, которая представлена на рис.2, показала устойчивый циклический характер изменения параметров и позволила определить характерные этапы колебательного цикла, качественно показанные на рис.3, для изменения давления пара P, температуры стенки испарителя Tст, уровня жидкости в испарителе hжи и конденсаторе-накопителе hжк, а также расхода жидкости G через насос с момента, когда жидкость в испарителе полностью испарилась и генерация пара прекратилась.

 Автоколебательные процессы в НТД в-1

Рис.2. Автоколебательные процессы в НТД в реальном масштабе времени

 Качественное изображение этапов-2

Рис.3. Качественное изображение этапов автоколебательного цикла

Исключая пусковой период, установившийся цикл тепло- и массопереноса в НТД включает в себя шесть этапов, отличающихся характером и интенсивностью процессов тепло- и массопереноса, часть из которых может рассматриваться как стационарные, а другая часть как динамические, для которых понятия динамических коэффициентов тепло- и массопереноса не существует.

На этапе I вследствие тепловых потерь в системе в окружающую среду давление пара начинает снижаться, а температура стенки испарителя повышается при постоянном подводе тепла. Этап продолжается до тех пор, пока уровень жидкости в накопителе не превысит минимального уровня над гидросифоном, после чего происходит слив жидкости в испаритель в объеме, определенном объемом жидкости в накопителе от верхней точки гидросифона до его среза. Необходимо заметить, что температура стенки испарителя в конце этапа не должна превышать температуру предельного перегрева, определенного примерно в 280оС.

На этапе II температура стенки испарителя падает с момента слива холодной жидкости из накопителя в парогенератор. Давление на некоторой части этого этапа остаётся низким из-за интенсивной конденсации пара на поверхности поступающей холодной жидкости, а затем начинает расти из-за генерации пара в испарителе. Поступление жидкости из накопительной емкости будет продолжаться до тех пор, пока не будет превышен порог срабатывания впускного клапана. Испаритель будет полностью залит жидкостью, а уровень жидкости в накопительной ёмкости превысит предельную высоту столба, при которой начинается регулируемый слив жидкости из гидросифона. Вытеснения жидкости из насоса на этапах I и II не происходит.

На этапе III происходят низкоамплитудные пульсации температуры стенки испарителя и давления пара, связанные с преодолением порогов срабатывания выпускного и впускного клапанов. При открытии выпускного клапана часть жидкости выталкивается из насоса и уровень её в накопителе снижается, включая в процесс конденсации дополнительную холодную стенку. Превалирование в этом случае интенсивности конденсации пара над интенсивностью его генерации приводит к открытию впускного клапана и поступлению новой порции жидкости в накопитель из питательной емкости. Продолжительность этих пульсаций и величина расхода, как показали последующие эксперименты, зависят от расходных характеристик клапанов.

На этапе IV происходят аналогичные явления при снижении уровня жидкости до среза гидросифона, и в конце этапа поступление жидкости в испаритель прекращается.

На этапе V при установившемся давлении, позволяющем держать выпускной клапан открытым, происходит наиболее интенсивное выталкивание жидкости из накопителя-конденсатора до полного его опорожнения.

На этапе VI та часть жидкости, которая осталась в испарителе после освобождения накопителя, будет продолжать испаряться, затем конденсироваться в накопителе и с расходом G = (QQпот)/r будет выталкиваться через выпускной клапан до полного осушения испарителя. Далее описанный выше цикл многократно повторяется.

Для создания физических моделей процессов тепло- и массопереноса на различных этапах требуются более детальные знания о количественных характеристиках режимных и функциональных особенностей работы отдельных элементов созданной конструкции НТД.

В частности, были экспериментально определены гидравлические характеристики обратных клапанов в виде зависимости расхода жидкости от действующего перепада давлений до и после клапана. Эта зависимость, полученная в результате обработки опытных данных, представленных на рис.4 для пяти клапанов, имеет вид:

, (1)

где минимальный расход, соответствующий порогу открытия клапана .

 Расходные характеристики обратных-6

Рис.4. Расходные характеристики обратных клапанов

На основании предварительных экспериментальных исследований макета НТД в сборе остались также неясными физические условия протекания динамических процессов тепло и массопереноса как в испарителе, так и в конденсаторе-накопителе.

Исследуемый НТД можно условно отнести к классу термосифонов с раздельными каналами для пара и жидкости и жидкостным поршнем, находящимся в конденсаторе и изолированным с боковой стороны. Никаких литературных данных об условиях сопряжения динамических процессов нагрева, испарения, кипения, конденсации, осушения в такой специфической системе не найдено.

Дополнительные трудности, связанные с особенностями конструктивного исполнения испарителя и конденсатора (испарение жидкости с донной и боковой поверхностей испарителя при подводе теплоты только к боковой поверхности; одновременная конденсация пара на металлическом корпусе и межфазной поверхности “пар жидкость” в конденсаторе), потребовали проведения специальных исследований парогенерации на перегретой стенке и динамики нагрева осушенного на этапе I испарителя.

Существенную роль в переносе теплоты и массы играют тепловые потери в испарителе. Определение их величины в динамических условиях также требует специального физического моделирования.

Учитывая, что нестационарные этапы работы НТД составляют меньшую долю от стационарных, можно тепловые потери Qпот определить для стационарных условий экспериментально по режиму нагрева конструкции испарителя. В этом случае при подаче определенной нагрузки Q производится запись температуры стенки испарителя до тех пор, пока не установится стационарный (с постоянной температурой стенки) режим, для которого подведённая теплота становится равной тепловым потерям

Обработка экспериментальных данных при Q = 5, 10, 25 и 50 Вт, представленных на рис.5, в среде EXCEL приводит к уравнению

 (2) Потери тепла в окружающую-7 (2)

 Потери тепла в окружающую среду в-8

Рис.5. Потери тепла в окружающую среду в испарителе.

С учётом тепловых потерь при нагреве осушенного испарителя изменение температуры стенки при разной мощности нагревателя также определялось экспериментально и в дальнейшем использовалось в уравнении теплового баланса

 (3) В качестве примера в табл.1 и на рис.6-9 (3)


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.