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:     | 1 ||

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

-- [ Страница 2 ] --

В качестве примера в табл.1 и на рис.6 приведены результаты экспериментов и расчётных значений температуры стенки в динамическом режиме прогрева осушенного испарителя для подводимой к нему мощности 150 Вт при пренебрежении тепловыми потерями, при постоянных потерях и потерях, зависящих от температуры стенки.

Таблица 1

Результаты расчетов и эксперимента для мощности 150 Вт

, с twe, °C
Qп = 0 Qп = const Qп = f(twe) Эксперимент
0 152,86 152,86 152,86 152,86
2 157,05 155,43 155,41 156,29
4 161,23 158,00 157,92 159,00
6 165,42 160,57 160,38 162,43
8 169,61 163,14 162,80 165,86
10 173,80 165,71 165,15 170,14
12 177,99 168,28 167,49 173,00
14 182,18 170,85 169,79 175,86
16 186,36 173,42 172,05 178,71
18 190,55 175,99 174,27 181,43
20 194,74 178,56 176,41 184,86
22 198,93 181,13 178,49 188,29
24 203,12 183,70 180,42 192,86

26 207,31 186,27 182,40 196,14

28 211,50 188,84 184,34 199,29

30 215,68 191,41 186,29 201,86

32 219,87 193,98 188,22 204,29

34 224,06 196,55 190,11 206,71

36 228,25 199,12 191,97 209,00

38 232,44 201,69 193,61 212,57

40 236,63 204,26 195,22 215,86

42 240,82 206,83 196,78 219,14

44 245,00 209,40 198,49 221,29

46 249,19 211,97 199,93 224,57

48 253,38 214,54 201,37 227,57

50 257,57 217,11 202,85 230,14

52 261,76 219,68 204,31 232,57

54 265,95 222,25 205,73 235,00

56 270,13 224,82 207,20 237,00

58 274,32 227,39 208,52 239,43

60 278,51 229,96 209,95 241,29

62 282,70 232,53 211,22 243,57

64 286,89 235,10 212,45 245,86

66 291,08 237,67 213,81 247,57

68 295,27 240,24 214,99 249,71

Приведение данные на рис.6 показывают, что потери могут быть приняты постоянными для этапов I и II в предположении, что они определены температурным уровнем стенки до момента осушения.

 Сравнение результатов расчетов и-10

Рис.6. Сравнение результатов расчетов

и эксперимента для мощности 150 Вт..

1 без учета тепловых потерь; 2 при постоянных потерях;

3 при потерях, зависящих от температуры стенки;

5 экспериментальные данные.

Уравнение теплового баланса испарителя на II этапе после слива жидкости из накопительной емкости имеет вид:

, (4)

в котором первый член правой части определяет теплоту, отданную перегретой стенкой, второй член теплоту, идущую на прогрев поступившей жидкости, и третий теплоту, затраченную на испарение жидкости.

Однако никакой информации о физических механизмах, определяющих интенсивность охлаждения стенки испарителя и интенсивности прогрева жидкости , в литературе не обнаружено. Эти механизмы могут быть вскрыты на основании экспериментальных количественных соотношений между выходными () и входными параметрами ( ).

Величина соответствует возможному максимальному перегреву стенки испарителя в процессе его нагрева в момент осушения, а соответствует начальной степени заполнения испарителя при заливке.

Полагая, что в дальнейшем аналитическое решение замкнутой системы уравнений для всей конструкции может быть выполнено методом Эйлера, в котором каждый из выходных параметров yi+1 может быть определен соотношением:

, (5)

то для испарителя необходимо в первую очередь найти зависимости

(6)

или (7)

Далее из уравнения (4) можно определить порождение массы пара в испарителе на этапах II и III для каждого шага по времени

(8)

Каждый единичный эксперимент по охлаждению перегретого до заданной температуры открытого испарителя осуществлялся следующим образом.

Фиксированное количество воды при температуре окружающей среды резко (12с) заливалось в испаритель в далее с помощью Web–камеры с интервалом 1 сек записывалась средняя температура стенки испарителя. Полное испарение жидкости определялось по повышению температуры стенки испарителя.

Для получения достоверных данных испытания испарителя и обработка данных осуществлялись по классическому методу полного последовательного факторного эксперимента с варьированием факторов влияния не менее, чем на трех уровнях для получения уравнений регрессии по крайней мере второй степени.

Основной массив данных представлял собой экспериментальные зависимости температуры стенки испарителя для трех уровней тепловой нагрузки нагревателя Q (100,150,200 Вт), трех уровней температуры стенки испарителя Twe0 (200, 230, 250 oC) от времени , начиная с момента заполнения испарителя жидкостью до полного ее испарения.

На рис.7 в качестве примера представлены зависимости для нагрузки испарителя 150 Вт и трех уровней начальной температуры стенки испарителя

 Изменение температуры стенки-27

Рис.7. Изменение температуры стенки испарителя по времени

для Q=150 Вт.

5 начальная температура 2500С; Ў начальная температура 2300С

ї начальная температура 2000С

Далее полученные данные обрабатывались в виде зависимости производной температуры от времени для всех возможных комбинаций факторов влияния.

Для всех значений начального прогрева и всех тепловых нагрузок Qi строится план полного двухфакторного классического последовательного эксперимента с результатами обработки в виде линейных зависимостей от времени как показано в табл.2.

Таблица 2

Классический трехуровневый план с результатами обработки данных в обобщённой форме.

Twe0, 0C Q,Вт Twe01 Twe 02 Twe 03
Q1 a11 - b11 a12 - b12 a13 - b13
Q2 a21 - b21 a22 - b22 a23 - b23
Q3 a31 - b31 a32 - b32 a33 - b33

Обобщение данных, представленных в числовой форме для экспериментального испарителя, приводит к уравнению (в линейной интерпретации обобщения коэффициентов)

, (9)

в соответствии с которым скорость изменения температуры стенки испарителя может быть найдена при любом сочетании значений факторов Q, Twe0 и в исследуемом диапазоне изменения этих параметров.

Для определения массы жидкости и интенсивности парогенерации Gи следует отметить, что решение уравнения (4) должно быть пошаговым для того, чтобы учесть изменение массы жидкости в испарителе по времени от начальной заливки Мж0 до нулевого значения, когда испаритель полностью осушается.

Третья глава посвящена математическому моделированию процессов тепло- и массопереноса в элементах НТД.





Математическое моделирование процессов тепло- и массообмена в пульсационном контуре выполняется в соответствии с циклограммой основных параметров, полученной из эксперимента и представленной качественно на рис.3.

Задачей аналитического решения является определение временных изменений давления пара, температуры стенки парогенератора, температуры стенки конденсатора, положения фронта раздела фаз в конденсаторе и других параметров. С этой целью рассмотрим уравнения тепло- и массопереноса в элементах насоса теплового действия.

Для этапов I и II предложена система уравнений, включающая в себя:

  • уравнение состояния пара, дифференцированное по времени в предположении, что пар является насыщенным и, следовательно, для него применимо уравнение Клапейрона-Клаузиуса;
  • Уравнение, определяющее скорость движения поверхности раздела фаз в соответствии с расходными характеристиками обратных клапанов;
  • уравнение теплового баланса испарителя для нестационарных условий, из которого определяется скорость изменения температуры его стенки;
  • уравнение теплового баланса конденсатора-накопителя для различного положения раздела фаз, определяющее скорость изменения температуры его корпуса.

Каждое из уравнений имеет ряд модификаций в зависимости от наложенных условий функционирования.

В окончательном виде система уравнений, определяющая процессы тепломассопереноса в термонагнетательном устройстве на этапах I и II, может быть записана как система полуэмпирических уравнений:

, (10)

(11)

, (12)

, (13)

в которой неизвестными являются: P, y, Twe, Twc.

Полуэмпирической система является вследствие необходимости определения некоторых параметров, включая начальные условия, экспериментальным путём.

Для решения системы уравнений (10) – (13) была написана программа «Pump1» в среде программирования FORTRAN.

Сравнительная характеристика экспериментальных и расчётных данных для одного из режимов работы насоса представлена на рис.8.

 График изменения давления пара и-38

Рис.8. График изменения давления пара и температуры стенки испарителя в НТД на I и II этапах при Q = 150 Вт.

Линии – экспериментальные данные, точки – расчетные данные.

Как видно из рис.8 наилучшее совпадение расчётных и опытных данных наблюдается в период до открытия впускного клапана. В период заполнения конденсатора-накопителя и испарителя несколько большее расхождение связано с неточностью определения массы конденсатора, участвующей в процессе прогрева поступившей из внешнего контура жидкости, однако это сравнение качественно подтверждает предложенную расчётную модель.

На этапах III VI НТД функционирует как открытый термосифон с раздельными каналами для пара и жидкости, а условие его работоспособности может быть определено соотношением применительно к свободному от жидкости конденсатору

. (14)

В четвертой главе рассмотрены возможные технические приложения результатов работы для совершенствования систем тепло- и хладоснабжения и повышения надёжности их функционирования.

НТД представляет собой простую конструкцию, поэтому технологичность изготовления НТД имеет преимущество по сравнению с другими типами насосов. При изготовлении могут использоваться любые металлы, совместимые с теплоносителем. Не требуется применение развитой инфраструктуры производства. Технологическая цепочка изготовления и установки замыкается снабжением материалами и квалифицированной газосварочной работой.

Рассмотрена возможность параллельной установки НТД в качестве резерва электромеханических перекачивающих насосов на работающих паро-компрессионных и абсорбционных холодильниках с минимальным временем остановки, не превышающим время остановки на регламентные работы по обслуживанию холодильной установки

В качестве примера на рис.9 приведена схема резервирования перекачивающего насоса в парокомпрессионных аммиачных холодильных установках.

 Схема парокомпрессионной-40

Рис. 9. Схема парокомпрессионной холодильной установки с использованием НТД.

1 паровой компрессор; 2 конденсатор; 3 ресивер высокого давления;

4 терморегулирующий вентиль; 5 ресивер низкого давления;

6 насос с электроприводом; 7 испаритель; 8 насос теплового действия;

Однако требуются дополнительные ис­следования (как теоретические, так и экспериментальные) для включения НТД в холодильный контур. Например, возможно изменение цикла рабо­ты, следовательно, производительности насоса при высоких сте­пенях нагнетания теплоносителя. Вероятно, включение в схему НТД окажется наиболее оптимальным решением для применения в абсорбционных контурах, но все эти исследования требуют заинтересованного за­казчика и значительных капитальных вложений.

На рис.10 представлена схема использования НТД в системе солнечного теплоснабжения

Рис. 10. НТД в системе солнечного теплоснабжения

1 солнечный коллектор; 2 тепловая труба;

3 – проточный коллектор; 4 теплоприёмник; 5 обратные клапаны;

6 термонагнетатель; 7 солнечный концентратор.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

  1. Впервые обоснован принцип создания насоса теплового действия, функционирующий в автоколебательном режиме.
  2. Экспериментально доказана работоспособность насоса и выявлены 6 этапов цикла, отличающиеся физическими условиями переноса теплоты и массы внутри устройства.
  3. Проведены систематические экспериментальные исследования процессов переноса теплоты и массы в элементах конструкции насоса.
  4. Предложены инженерные методы определения функционально важных параметров (давления пара, температуры корпуса, расхода теплоносителя) на основе компьютерной визуализации динамических процессов.
  5. На основе физического моделирования получены характеристики динамических процессов нагрева и охлаждения испарителя, а также процесса парогенерации.
  1. Разработан эффективный метод обработки и обобщения опытных данных, основанный на классических положениях теории и практики теплотехнического эксперимента.
  2. На основе положений теории тепло- и массопереноса предложена система полуэмпирических уравнений для прогнозирования параметров цикла на этапах их интенсивного изменения. Показано удовлетворительное качественное и количественное совпадение расчётных и опытных данных.
  3. Сделан ряд технических предложений по совершенствованию систем тепло- и хладоснабжения и повышения их надёжности за счет использования насосов теплового действия в качестве резерва или основного нагнетателя.

Обозначения: r теплота парообразования, R газовая постоянная, M масса, S поперечное сечение конденсатора, y положение границы раздела фаз, k коэффициент теп

Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:








 
© 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.