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 |

Разработка однозеркальных солнечных высокотемпературных технологических установок и технологии синтеза карбидов

-- [ 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.

НУРМАТОВ ШАВКАТ РАСУЛМАТОВИЧ

РАЗРАБОТКА однозеркальных солнечных высокотемпературных технологических установок и технологии СИНТЕЗА КАРБИДОВ

05.14.08 - Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ – 2010 г.

Работа выполнена в институте Материаловедения НПО “Физика-Солнце” им. С.А.Азимова АН Республики Узбекистан

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук Пайзуллаханов Мухаммаде-Султанхан Саидвалиханович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, академик Захидов Ромен Абдуллаевич доктор технических наук, доцент Эргашев Сирожиддин Фаёзович
Ведущая организация: НПО Академприбор АНРУз
Защита состоится “________”____________2010г. в______ часов на заседании Специализированного совета Д.015.08.01. при Физико-техническом институте НПО «Физика-Солнце» АН РУз по адресу: 100084, г.Ташкент, ул. Бодомзор йули, 2Б. Тел: (8-10-9871)-233-12-71. Факс: (8-10-99871)-235-42-91. Е-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, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: г. Ташкент, ул. Бодомзор йули, 2Б, ученому секретарю Специализированного совета Д.015.08.01.
Ученый секретарь Специализированного совета д.ф.-м.н. профессор А.В. Каримов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. В настоящее время в гелиотехнике ведутся большие работы по созданию коммерческих солнечных тепловых и энергетических установок. В последние годы ставится вопрос и о создании солнечных высокотемпературных технологических установок для производства карбидов. Перспективность этого направления обусловлена тем, что в современной технике все больше применение находят композиционные материалы. Основа таких материалов керамика, в состав которых входят карбиды. Известно, что карбиды могут применяться и как самостоятельная продукция - полупроводники, нагревательные элементы, абразивные материалы.



В ряде стран освоено промышленное производство карбидов, однако имеются задачи создания экономически рентабельных установок относительно небольшой мощности до десятков кВт. Это связано с тем, что производство карбидов рентабельно только, при больших масштабах производства и требует значительных капитальных затрат. Один из путей решения проблемы это создание солнечных технологических установок.

Принципиальные возможности получения карбидов на солнечных установках были показаны на ряде солнечных печей малой мощности (до 2кВт), а также на двух уникальных мегаваттных солнечных печах во Франции и Узбекистане [1,2]. В тоже время для производства карбидов на солнечных печах необходимо решение ряда технических и технологических вопросов. Это определение возможности создания однозеркальных солнечных печей на мощности до 10 кВт, определение возможности обеспечения высокой эффективности проведения высокотемпературных процессов получения карбидов в приемниках - реакторах при лучистом нагреве.

Указанное определяет актуальность работ по созданию однозеркальных солнечных установок для реализации высокотемпературных технологических процессов синтеза карбидов.

Степень изученности проблемы: Основными составными частями высокотемпературных солнечных установок являются следящие гелиостаты, концентраторы и приемники лучистого потока в фокальной плоскости.

Анализ систем приведенных в работе [3-6] показывает, что в области синтеза материалов концентрированным солнечным излучением недостаточно изучены вопросы практического применения и сопоставления их с теоретическими результатами. А созданные, для высокотемпературных исследований и технологических разработок солнечные установки предназначены для целей научно-технических исследований и проведения специальных работ, которые пока не нашли практического применения.

Известные промышленные технологии получения карбидов [7-9] рентабельны только при больших мощностях, достаточно энергоёмки, а цикл процесса синтеза занимает несколько суток. Кроме того, после синтеза некоторых карбидов по традиционной технологии, как правило, требуется их помол. В этом смысле перспективы имеют солнечные высокотемпературные установки. Их преимущества, возможность получения требуемых технологических режимов синтеза уже на установках относительно небольшой мощности, быстрый, практически мгновенный разогрев до высоких температур.

Фазовые превращения в твердом теле, инициированные воздействием температуры, высокого давления, химических сред ранее широко исследовались [10], однако, исследования фазовых превращений в материалах, происходящих под воздействием концентрированного солнечного излучения в теоретическом и экспериментальном плане находятся ещё на начальной стадии. Это связано с малым количеством и дороговизной источников концентрированного солнечного излучения и отсутствием достаточных экспериментальных данных в этом направлении.

В связи с этим высокотемпературные технологии на солнечных установках имеют свои особенности, а возможности получения на них карбидов практически не исследованы. Одной из основных задач в солнечных высокотемпературных установках является создание эффективного концентратора. Имеющиеся научно-исследовательские солнечные печи выполнены по двухзеркальной схеме. Для целей практического применения более целесообразны однозеркальные схемы. В настоящее время однозеркальные схемы в основном разработаны для энергетических солнечных установок. Создание однозеркальных концентраторов для высокотемпературных технологий практически не рассматривалось. Для создания таких концентраторов необходимо в первую очередь определить требования к их геометрической точности, которые уже, во многом, решают задачу их практической реализации.

Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР. Тема диссертации связана с приоритетными государственными программами выполняемыми в Институте Материаловедения НПО «Физика-Солнце» АН РУз.

А-6-052 ГНТП АН РУзРазработка экологически безопасной технологии синтеза карбида кальция из местного сырья на Большой Солнечной Печи” (2006-2008гг.)

ФА-Ф2-039. ФИ АН РУз «Исследование механизма фазообразования, дефектной структуры и физико-механических свойств в сложных оксидных системах под воздействием концентрированного солнечного излучения» (2007-2011гг.)

Целью диссертационной работы является разработка концентратора однозеркальных солнечных высокотемпературных установок, а также разработка технологии синтеза карбидов на таких установках.

Для достижения поставленной цели в работе рассмотрены следующие основные задачи:

- Разработка концентратора для солнечных высокотемпературных установок.

- Разработка технологии получения карбидов на солнечных установках.

- Разработка рекомендаций по созданию солнечных высокотемпературных установок для синтеза карбидов.

Объект и предмет исследования: Объектом исследования является однозеркальная солнечная высокотемпературная установка мощностью до 10кВт. Предметом исследования является определение точностных требований концентраторам однозеркальных солнечных высокотемпературных установок и технология синтеза карбидов на таких установках.

Методы исследований. Моделирование, численные и натурные эксперименты.

Гипотеза исследования базируется на возможности получения в фокусе солнечных концентраторов высоких плотностей излучения и температур, а также возможности изменения фазово-структурного состояния материалов при лучистом нагреве.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Разработанные точностные требования к концентратору однозеркальных солнечных высокотемпературных установок, а также разработанная новая схемы укладки фацет.
  2. Разработка модельных высокотемпературных установок для экспериментального исследования процессов лучистого нагрева на БСП и на оптических печах, в частности модернизация установки Уран, позволившая повысить плотности излучения в 1.5 раза.
  3. Расчетно-экспериментальные исследования по синтезу карбидов на солнечных установках и разработанный технологический режим синтеза карбидов при лучистом нагреве в зависимости от плотности концентрированного солнечного излучения.

Научная новизна:

  1. Впервые определены требования к точностным характеристикам однозеркальных фацетных концентраторов солнечных высокотемпературных установок, показывающие возможность их практического создания.
  2. Предложена новая схема укладки фацет параболоидного концентратора, позволяющая повысить плотность укладки и одновременно позволяющая применять прямоугольные фацеты одного типоразмера
  3. Разработана и программно реализована тепловая модель процесса лучистого нагрева материалов, позволяющая определять толщину слоя, в которой происходит синтез карбидов и время выхода материалов на требуемые температуры синтеза.
  4. Впервые определены технологические режимы процесса синтеза карбидов при лучистом нагреве и определена производительность таких процессов, показана возможность получения мелкодисперсного порошка карбида кремния.

Научная и практическая значимость результатов исследования:

    1. Разработанная методика определения допусков на неточности фацет, их юстировки, неточностей радиуса кривизны может быть использована при проектировании концентраторов солнечных высокотемпературных и энергетических установок.
    2. Разработанная новая схема укладки фацет одного типоразмера может быть использована при изготовлении фацетных концентраторов различного назначения.
    3. Выявленные особенности лучистого нагрева и плавления различных материалов в фокальном пятне концентраторов, могут быть использованы при создании приемников – реакторов (ковшовый, тигельный, плоский) солнечных высокотемпературных установок, а разработанная технология синтеза карбидов может быть использована для создания промышленных однозеркальных солнечных высокотемпературных установок.
    4. Модернизация установки Уран, позволившая повысить плотности потоков излучения в фокусе в 1.5 раза, расширяет возможности проведения высокотемпературных материаловедческих исследований.

Реализация результатов. Результаты работы реализованы в НПО «Физика-Солнце» АН РУз, в частности, в Институте Материаловедения на БСП в рамках ГНТП А-6-052 «Разработка экологически безопасной технологии синтеза карбида кальция из местного сырья на Большой Солнечной Печи», а также использованы при выполнении темы К-29-02. ФПФИ АН РУз « Рентгено и нейтронографическое исследование карбонитрида циркония ZrСxNy полученного в условиях концентрированного солнечного излучения».





Внедрение результатов работы подтверждены соответствующими актами.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на объединенном семинаре при Специализированном совете Физико-технического института НПО «Физика-Солнце» АН РУз, а также на республиканских и международных научных конференциях «Фундаментальные и прикладные вопросы физики» (Ташкент_2003); «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов» (Обнинск_2004); «Махаллий хом ашёлар ва ишлаб чиариш чииндилари асосида материаллар олиш муаммолари» (Ташкент_2004); Региональная центрально-азиатская международная конференция по химической технологии (Ташкент_2007); «Актуальные проблемы создания и использования высоких технологий переработки минерально-сырьевых ресурсов Узбекистана» (Ташкент_2007); «Получение нанокомпозитов, их структура и свойства» (Ташкент_2007); «Пленки и покрытия – 2009» (Санкт-Петербург_2009).

Опубликованность результатов. Основные положения диссертации отражены в 17 научных работ, из них 10 статей и 7 докладов в трудах конференций. По результатам работы поданы 2 заявки на патент РУз.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы из 128 наименований и 2 приложений. Она изложена на 129 страницах, содержит 16 таблиц и 48 рисунков.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, изложены цели и задачи работы, а также научная и практическая значимость, полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ состояния работ по разработке систем концентратор – приемник (К-П) однозеркальных солнечных высокотемпературных установок (СВУ) и вопросов производства карбидов на этих установках. В настоящее время для высокотемпературных исследований в основном применяются двухзеркальные СВУ. Для коммерческих СВУ на мощности до десятков кВт более предпочтительны однозеркальные схемы (меньшие, практически в два раза габариты). Имеется большой опыт создания концентраторов для однозеркальных солнечных теплоэнергетических установок. Практически не имеется работ по разработке концентраторов для однозеркальных СВУ мощностью до десятков кВт. В настоящее время показана возможность получения карбидов на солнечных печах, однако работы по разработке технологии производства карбидов на СВУ не проводилась.

На основе проведенного обзора сформулированы цели и задачи работы.

Во второй главе рассматривается задача разработки концентраторов для однозеркальных СВУ. Концентрирующие характеристики концентратора (для высокотемпературных целей, обычно применяется фацетный параболоидный концентратор) в первую очередь зависят от точности геометрии концентрирующей поверхности - точности фацет и точности их юстировки. Методы расчета концентраторов в настоящее время в основном разработаны [11,12] и задача заключается в разработке их численных моделей для конкретной цели исследования, учитывающей основные параметры задачи. В связи с этим был разработан алгоритм и программа расчета концентратора СВУ раздельно учитывающая фацетность (габариты и радиус кривизны) неточности фацет и радиуса кривизны и неточности юстировки фацет.

Основными параметрами параболоидного концентратора, как цельного, так и фацетного являются фокусное расстояние f, диаметр D (или радиус R) и угол раскрытия U0. Связь между этими параметрами имеет вид: R = 2ftan(U0/2). Ранее при оптимизации этих параметров принималось, что f = const, а критерием оптимизации являлось условие получения максимальной средней концентрации по пятну изображения Солнца в фокальной плоскости.

В практических задачах имеем D = const, а критерий оптимизации формулируется в виде - обеспечение на некоторой площадке в фокальной плоскости максимальной средней концентрации (или, что тоже - обеспечение максимального потока). При решении задачи учитывались следующие точностные параметры концентратора - пространственные неточности поверхности фацеты Ф, неточности её радиуса кривизны R, пространственная неточность юстировки фацет Ю, количество (размеры) фацет n, схема их укладки на каркасе, угол раскрытия концентратора U0. На рис.1 приведены характеристики концентрации для точного и оптимального по сочетанию точностных параметров, размеров и числа фацет для концентратора габаритами 4х4м (мощность порядка 12кВт).

Как видно из рис. 1 и для случая, когда "D = const" также имеется оптимум по углу раскрытия U0, при котором имеем максимальные средние плотности и соответственно потоки. Причем для точных и неточных концентраторов оптимальные значения U0 существенно различаются. Так если для точного концентратора оптимальное U0 составляет порядка 350, то для неточного концентратора имеем достаточно большие углы раскрытия U0, порядка 550.

а) точный концентратор б) неточный концентратор Рис. 1. Потоки и средние облученности в фокальной плоскости фацетного концентратора (4х4м) на площадке (44х44мм) в зависимости от угла раскрытия U0

На практике важно также знать как изменяются потоки и концентрации в фокальной плоскости. Результаты этих исследований для концентратора с различными U0 при прямой солнечной радиации E0 = 800Вт/м2 и коэффициенте зеркального отражения поверхности концентратора Rz =0.7 приведены на рис.2.


а) точный концентратор б) неточный концентратор
Рис. 2. Плотности потоков в фокальной плоскости фацетных концентраторов при различных углах раскрытия U0


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.