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 | 3 |

Эффективность солнечных теплоэнергетических установок с селективными приемниками излучения

-- [ Страница 1 ] --

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

НПО «ФИЗИКА-СОЛНЦЕ» им. С.А. АЗИМОВА

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С.В.СТАРОДУБЦЕВА

На правах рукописи УДК 662.997:537.22.




ТЎРАЕВА ЎЛМАСОЙ ФАРМОНОВНА



ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ теплоэнергетических

УСТАНОВОК С СЕЛЕКТИВНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ

ИЗЛУЧЕНИЯ

05.14.08 - Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

05.14.05 - Теоретические основы теплотехники

АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ТАШКЕНТ – 2010

Работа выполнена в Институте Материаловедения

НПО "Физика-Солнце" им. С.А.Азимова АН Республики Узбекистан

Научный руководитель: доктор технических наук Абдурахманов Абдужаббор Абдурахманович
Научный консультант: доктор технических наук Клычев Шавкат Исакович
Официальные оппоненты: академик АН РУз, доктор технических наук, профессор Захидов Ромэн Абдуллаевич доктор технических наук, профессор Вардияшвили Асар Билол ўли
Ведущая организация: Ферганский политехнический институт

Защита состоится «____» __________ 2010 года в ______ часов на заседании Специализированного совета Д.015.08.01 при Физико-техническом институте НПО “Физика-Солнце” им. академика С.А.Азимова АН РУз по адресу: 100084, г.Ташкент, ул. Бодомзор йўли, 2Б. Тел.: (8-10-99-871) – 233-12-71, Факс: (8-10-99-871) - 235-42-91, E-mail: karimov@uzsci.net

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико - технического

института НПО «Физика-Солнце» АН РУз.



Автореферат разослан «____» _________ 2010 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря Специализированного совета.

Ученый секретарь

Специализированного совета

д.ф.-м.н., профессор Каримов А.В.

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ


Актуальность работы. Основная проблема создания и использования солнечных установок, как известно, обусловлена особенностями солнечного излучения у поверхности Земли - низкая энергетическая плотность, суточная цикличность поступления и существенная зависимость от климатических факторов. Указанное определяет значительные габариты и высокую стоимость солнечных установок и в первую очередь их приемно - концентрирующих устройств.





В настоящее время основная задача в гелиотехнике это повышение рентабельности солнечных установок. Решение задачи ведется по двум, в общем, взаимосвязанным направлениям. Первое, это уменьшение стоимости и второе это повышение КПД солнечных установок. Один из основных факторов, влияющих на КПД солнечной установки это радиационные характеристики приемников солнечного излучения, а также поверхностей ограждающих конструкций.

Указанное, определяет актуальность темы работы, направленной на повышение эффективности солнечных установок за счет оптимизации селективных радиационных характеристик приемников солнечного излучения.

Степень изученности проблемы. В настоящее время проведены большие работы по созданию селективных приемников солнечного излучения, разработаны требования к оптимальным радиационным характеристикам селективных приемников солнечного излучения. Однако известных работах [1-4] мало внимания уделяется определению влияния селективных радиационных характеристик приемников, на эффективность солнечных тепловых и энергетических установок в целом. Так, не определены требования к необходимой степени селективности приемников солнечных низкотемпературных установок в зависимости от температур нагрева, влияние селективности на КПД установки в целом, не рассмотрены вопросы использования селективных покрытий для поверхностей зданий и сооружений, находящихся под воздействием солнечного излучения (поверхности охлаждения).

Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР. Диссертационная работа выполнена в рамках государственной научно – технической программы института Материаловедение НПО «Физика - Солнца» АН РУз на 2009-2011 ФА-А13-ФО26 «Расширение функциональных возможностей Большой Солнечной Печи (БСП) для осуществления оптимальных технологических режимов и преобразование солнечной энергии».

Целью исследования является разработка методик определения селективности приемников солнечного излучения и численных моделей для определения эффективности использования селективных поверхностей в солнечных низко- и высокотемпературных установках и выработки рекомендаций по их применению.

Задачи исследования:

  1. Разработка моделей для определения эффективности использования селективных приемников в солнечных тепловых и теплоэнергетических установках.
  2. Разработка методики определения интегральных радиационных характеристик селективных приемников солнечного излучения и её экспериментальная отработка.
  3. Разработка рекомендаций по применению селективных лучевоспринимающих поверхностей в солнечных установках.

Объектом и предметом исследования. В качестве исследуемого объекта были выбраны солнечные тепловые и энергетические установки. Предметом исследования является закономерности распределения радиационных характеристик приемников солнечного излучения и влияния селективности на КПД солнечных установок.

Методы исследования. В работе использованы основные положения фотометрии, геометрической оптики и теоретических основ теплотехники, общепризнанные методы численного решения уравнений теплопроводности, а также методы обработки результатов.

Гипотеза исследования основана на законе Кирхгофа, определяющей взаимосвязь коэффициентов поглощения материала и излучения с температурой приемника излучения.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Методики измерения интегральных поглощательных и излучательных характеристик поверхностей в условиях эксплуатации, а также их экспериментальная отработка.
  2. Численные модели низкотемпературных солнечных установок, включающие селективные приемные поверхности.
  3. Методика оптимизации радиационных характеристик приемников солнечных теплоэнергетических установок.

Научная новизна:

  1. Развита методика определения интегральных радиационных характеристик поверхностей по равновесным температурам, отличающаяся новым способом учета конвективных теплопотерь.
  2. Разработана численная модель «горячего ящика», отличающаяся учетом теплопотерь с боковых поверхностей и возможностью определения влияния селективности приемных поверхностей на КПД установки.
  3. Разработана методика определения оптимальных параметров (концентрация, температура преобразования) солнечной теплоэнергетической установки с селективным приемником излучения, впервые определены максимальные КПД солнечных теплоэнергетических установок с селективными приемниками излучения.

Научная и практическая значимость результатов исследования:

  1. Методика определения интегральных радиационных характеристик, её экспериментальная отработка могут быть использованы на практике для определения радиационных характеристик различных материалов.
  2. Разработанные тепловые модели солнечных низкотемпературных установок и их численная и программная реализации могут быть использованы при обосновании степени селективности приемников солнечного излучения.
  3. Результаты оптимизации системы приемник – термодинамический преобразователь могут быть использованы при определении оптимальных параметров селективности приемника в зависимости от концентрации солнечного излучения и температуры преобразования.

Реализация результатов. Разработанные методики определения интегральных радиационных характеристик поверхностей использованы в ФТИ НПО «Физика – Солнце АН РУз» при исследованиях приемников солнечного излучения, а также в учебных курсах по возобновляемым источникам энергии в ряде высших учебных заведений Республики.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных семинарах Института Материаловедения НПО "Физика-Солнце" АН РУз, Объединенном научном семинаре Спецсовета при Физико-техническом институте НПО "Физика-Солнце" АН РУз, а также на Республиканских и Международной конференции: «Современное состояние и актуальные проблемы развития энергетика» (Ош, Киргизия, 2008), «Альтернативная энергетика и проблемы энергобезопасности» (Бишкек, Киргизия, 2008), «Табиий фанларнинг долзарб муаммолари» (Самаранд, 2008).

Опубликованность результатов. Основные научные результаты диссертации изложены в 9 научных работах, из них 4 статей в международном научном журнале «Гелиотехника» и 5 в материалах и трудах международных и республиканских конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Объём работы состоит из 120 страниц, и содержит 35 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 102 наименований, приложения на 10 стр.

  1. основное содержание ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, изложены цели и задачи, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, научная и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе исходя из общей проблемы создания эффективных солнечных установок проведен анализ работ по повышению эффективности солнечных установок за счет оптимизации радиационных характеристик приемника и ограждающих поверхностей. Анализ показал, что в настоящее время в этой области актуальными являются задачи разработки методик измерения селективности приемников в эксплуатационных условиях, а также задачи разработки тепловых моделей для определения влияния кпд селективного приемника на эффективность солнечной установки. Практически, за исключением Теплякова Д. И. не рассмотрена задача оптимизации селективных характеристик приемников солнечных теплоэнергетических установок с концентрацией солнечного излучения. По результатам анализа сформулированы цели и задачи работы.

Во второй главе приведены результаты разработки методик определения интегральных поглощательной (S)и излучательной (T) характеристик реальных поверхностей приемников солнечного излучения в эксплуатационных условиях. Отметим, что если T является функцией температуры тела, то S является функцией температуры источника. Поэтому на первом этапе разрабатывалась методика определения T. На рис.1. приведена схема определения T по равновесной температуре. Одна из проблем определения T это необходимость учета (исключения) при измерениях конвективных теплопотерь. Особенность разработанной методики в том, что для одних и тех же условий определяются равновесные температуры двух тонких пластин «черного» тела и рабочего образца.

Рис.1. Схема определения T по равновесным

температурам

Так для равновесного теплового состояния этих тел имеем следующие уравнения баланса, для образца

2***Т4 +2* К*(Т-Т0) = *ЕС + 2***Т4 (1)

Для «черного» тела

2*a**Та4 +2*Кa*(Та-Т0) = a*ЕС + 2*a**Тa4 (2)

Важным здесь является обеспечение условия = и a = a, что определяет и температуру источника, так при условии 90% излучения в области длин волн более 3мкм она составляет не более 3200С, а для 80%, не более 5200С.

В этих уравнениях известны температуры образца и «АЧТ», температуры стен, окружающего воздуха и плотность падающего излучения E, неизвестными являются и коэффициенты конвективной теплоотдачи К, Кa. При этом из уравнения (2) определяем Кa и считая, что К = Кa (погрешность допущения при естественной конвекции не более 5%, а при вынужденной равенство становится еще более точным). Далее из уравнения (1) определяем . При этом погрешность метода составляет около 8%, что вполне приемлемо.

Анализ методики определения T по равновесным температурам показывает, что на этой основе возможно создание и нестационарного метода определения T. Метод заключается в том, что излучательная способность определяется не только по равновесной температуре, а в целом по кривым охлаждения (нагрева), рис.2.

 Расчетные и экспериментальные-1

Рис. 2. Расчетные и экспериментальные кривые нагрева и

охлаждения зачерненной медной пластины


Расчетная модель задачи нагрева одномерной пластины приведена на рис. 3, где h – толщина образца; L – характерный (условный) размер пластины.

Рис. 3. Схема одномерной нестационарной задачи нагрева

Как, показали исследования на этой основе возможно создание и упрощенного метода определения Т. Известно, что при одинаковой плотности потока падающего излучения серые тела, независимо от Т имеют одинаковую равновесную температуру. В то же время динамика их нагрева может отличаться (рис.4а,б). Анализ временной зависимости динамика нагрева пластины показал, что по разности равновесных температур или максимальных разностей на кривой нагрева относительно черного тела можно определять Т на воздухе для заданных условий (рис.5). При определении поглощательной способности по этим методикам необходимо, чтобы температура излучателя была близкой к температуре Солнца. В связи с этим были реализованы схемы, когда источник Солнце и ксеноновая лампа. При этом, как видно из уравнений (1) и (2) этот метод позволяет решать две задачи –непосредственно из измерений также определять такой важный параметр, как параметр селективности П = S/Т для любой поверхности приемника, а при предварительном измерении Т может быть определена и поглощательная способность материала к солнечному излучению S.

а - в вакууме б - на воздухе 1-максимальные; 2 – равновесные
Рис. 4. Динамика нагрева пластины во времени при различных Т Рис. 5 Разности температур тел с различными Т относительно "черного" тела

Влияние селективности поверхности на равновесную температуру при различных значениях параметра селективности П показано на рис. 6, где приведены разности равновесных температур серой (TСЕР) и селективной (T) поверхностей Т = Т – ТСЕР, и различными 1 (1 = 1) серой поверхности.

 а - EС=5000 Вт/м2; б - EС=900 Вт/м2; Влияния-6

а - EС=5000 Вт/м2; б - EС=900 Вт/м2;

Рис. 6. Влияния селективности на равновесные

температуры нагрева для ST = 0,9

В третьей главе приведены результаты работ по реализации предложенных методик и результаты измерения радиационных характеристик, различных поверхностей приемников, в том числе поверхностей «охлаждения».

На рис.7. приведены установки для определения интегральных излучательной (а) и поглощательной (б) способностей.

а – излучательная способность; б – поглощательная способность;

Рис. 7. Экспериментальная установка для определения интегральных

радиационных характеристик материалов

На этих установках были исследованы радиационные характеристики образцов различных материалов без предварительной обработки их поверхностей, характерных для условий эксплуатации, как показано в таблице.

Интегральная поглощательная к солнечному излучению

и излучательная способности различных материалов

ОБРАЗЦЫ T S S/T
«сажа» 0,945 0,945 1
медь 0,45 0,45 1
нержавеющая сталь 0,53 0,52 1
алюминий 0,32 0,32 1
черная краска 0,919 0,9 0,998
серая краска 0,76 0,75 1,019
синяя краска 0,54 0,5 1,08
зеленая краска 0,7 0,7 1
красная краска 0,61 0,6 1,04
«селективная» 0,4 0,9 2,25
белая эмаль 0,897 0,5 0,6
гипс 0,902 0,3 0,3
шамот 0,75 0,25 0,3


Pages:   || 2 | 3 |
 

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.