автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Разработка и исследование аккумуляторов теплоты на основе кристаллогидратов для системы солнечного отопления

__ ь. ^

АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ТУРКМЕНИСТАНА им. ПРЕЗИДЕНТА ТУРКМЕНИСТАНА АКАДЕМИКА С. А. НИЯЗОВА ИНСТИТУТ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

На правах рукописи УДК С82.997

АРНАГУЛИЕВА Бибигулъ Акмамедовна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АККУМУЛЯТОРА ТЕПЛОТЫ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛОГИДРАТОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Специальность: 05.14.05 — теоретические основы теплотехники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АШГАБАТ — 1993

Работа выполнена в Институте солнечной энергии Академии , сельскохозяйственных наук Туркменистана им. Президента - Туркменистана академика С. А. Ниязова.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Чукасв А. Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Мамедов М. М. кандидат технических наук Мезилов К. А.

Ведущая организация: Туркменский политехнический институт (ш. Ашгабат).

Защита состоится «

1 * 1993 г- в 1С часов на

заседании Специализированного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора (кандидата) наук прм институте солнечной энергии Академии сельскохозяйственных наук Туркменистана им.. Президента Туркменистана академика С. А. Ниязова . (744032,-Ашгабат—32, м. Бекреве, ИСЭ АСХНТ).

С диссертацией .можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке АН Туркменистана.

Автореферат разослан (Х^Ьс^уп^ 1

1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук/' Л\. А. РАХМАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. В паши дни человечество ежегодно потребляет приблизительно 2 • кДж энергии. Сегодняшний темп потребления показывает, что это количество будет увеличиваться вдвое через каждые 13-20 лет; Вместо с там, запаси энергии открытых до сих пор минеральных горючих материалов оценивают приблизительно на 2Ъ лег.

Ограниченность запасов минерального топлива, бистро возрастающие потребности человечества а энергии заставляют искать новые энергетические источники. Одним из альтернативных источников, способный з большинства случаев.заменить минеральное топливо, является солнечная анергия.

С другой стороны в нашей стране при высоком уровне электро-фикации имеются обширные пустынные и полупустынные районы с налой плотностью населения и с большим количеством маломощных рассредоточенных потребителей, централизованное тепло- и электроснабжение которых на ближайшую перспективу нецелесообразно. 3 этих районах внедрение гелиотехнических устройств для топло- и хладоснабжения уде сейчас модет дать существенный экономический э]фэкт, будет способствовать экономии традиционного топлива, охране окружающей среды. I? настояцее время уже созданы экспериментальные образцы таких устройств. Однако широкое их внедрение задзрливаотся по целому 'ряду причин. ¡{ наиболее, существенным из них следует отнести отсутствие-надежных и элективных аккумуляторов тепла (холода), без которых невозможно решить проблему обеспечения круглосуточной бесперебойной работы гелиосистем, характориэуьдихся периодичностью поступления солнечной радиации на земле, во нестабялмюстьа и относительно малой плотность».

Цель работы. Цель в данной днсссрташошюЯ, работы является разработка и исследование аккумуляторов теплоты на основе фазового перехода тэшгаахкуяулируязих материалов (ТАМ) л раз па б о те я элективной конструкции регенеративных компактных для систем солнечного отопления, что потребовало:

- ряссмотреть широкий класс фазовэпороходных материалов из среды кристаллогидратов с болызой энергоемкость» на единицу веса, изучить их гепло.пийлческие и термодинамически? параметры;

- экспериментально иссясдсиать совместимость кристаллогидратов с ■'злккернима конструкцио»«^и материалами;

- определить арок елулбы и оптимальную толщину стенок контейнеров из полицернцх материалов;

- записать математическую модель нестационарного сопряженного теплообмена с компактным аккумулятором фазового перехода С АЯ1 ) ;

- пропасти численни/ расчет теплообмена в компактном АФП;

- пронести ькспериизитальние исследования теплообмена а А-И1 в процессе его зарядки и разрядки при широком изменении режимных параметров;

- сопоставит» результаты численного и физического экспериментального исследовании;

путем численного окспэримента вобрать оптимальные параметры теплового аккумулятора.. .

Научная новизна. Определены теплоты фазового перехода кристаллогидратов солей при различных температурах и концентрациях, в том числе и для моногидрата гидроокиси калия. Получены результаты экспериментальных исследований совместимости кристаллогидратов с полимар-I ными конструкционными материалами. Определены коь{>фициенты диффузии волы и углекислого газа через полимерные конструкционные материалы. Определены необходимое толщины стенки контейнера из полимерного материала для различных температурных режимов к времени работы АТ, обеспечивающие работоспособность и сохранность состава ТАМ. Теоретически и окспериме'нтально исследован процесс нестационарного сопряженного теплообмена в компактном АФП. Проведена оптимизация конструкций компактных аккумуляторов тепла на основе фазового перехода.

Практическая ценность .работы. Показана возможность применения полимерных материалов в качестве конструкционного материала контейнеров АтП с ТАМ - ¿ристаллогидратами солей. Разработана методика инженерного расчета теплообмена в А$П, иа основе которой проведена оптимизация конструкции компактного АФП. Получены критериальные зависимости для расчета теплообмена при фазовых переходных процессах и'АФП. ,

Апробация работы. Основное положения диссертационной работы 'доложены на научной конференции молодых ученых и специалистов Туркменистана "Научно-технический прогресс и-общество" (1936 г.), на научних семинарах отдела тепло- и хладосиаб,кения,'а-также на .научных семинарах лаборатории жилищно-производственных гелиокомп-лаксов НПО "СолиЦе" АН ТССР.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ и I статья находится в печати.

Структура я обьзм работа. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, списка принятых обозначений, и приложения. Основное содержание работы изложено на 172. страницах машинописного-текста, включая 37 рисунков, 14 таблиц, и. список литература, содержаний 89 наименований, а также приложение на 22 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Первая глава посвящена литературному обзору современного состояния исследований по разработке тепловых аккумуляторов для систем отопления. Рассмотрен ряд теплоаккумулиругацих материалов: парафины, кристаллогидраты солей и их эвтектические смеси. Рассмотрены конструкции некоторых тепловых аккумуляторов. ¡¡ропэдея аналитический обзор методов численного расчета теплообмена в аккумуляторах теплоты на фазовых переходах.

В заключении обзора,.на основании проведенного анализа рассмотренных работ, сформулированы задачи настоящего исследования.

' Зторая глада посвящена исследованию ьозмояности использования кристаллогидратов солей в качества ТАМ в Л5П систзк солнечного оп отопления.

Кристаллогидраты обладают сравнительно большой энергоемкостью, что позволяет использовать их для аккумулирования тепловой энергии. Для технических расчетов прежде всего необходимо знать теплоаккумули-руюпше возможности кристаллогидратов - их теплоты плавления.

Для выявления причин значительного различия между данными по теплотам' плавления кристаллогидратов, приведенными в различиях литературных источниках, а также для определения' теплоты ^азооого пере» хода моногидрата гидроокиси калия, проведен дифференциальным термический анализ (. ДТА ). на деривятогра$о системы Ф. Паулик, И. Паулик, Л. Зрдей ф- 1300 А;

Результаты анализа представлены на рис. I.

За эталонную -:>ыла взята теплота плавления шестиводного нитрата магния ( ,/Ид.(МО});1 • бНг0 ), вычисленная, по термодинамическим данный, приводоннкм а различных .справочниках. Теплота наблюдаемого ¿'азоаого порола^а нсследолаиш« кристаллогидратов со,те? оп{ здоляется по $ор|'уло:

0 ~0 **сп-эт т. .Я

ЭКС/Т, ЭГ.

где

^ „и ^-г экс/1. ЗГ.

Яэксп. и ■ теплоты разового превращения исследуемого- и эталонного ззетоств (кДж); навески исследуемого и эталонного вещества (иг) ;

59КеГ) и £>эт - площади пиков плавления исследуемого и эталонного веществ.

Теоретические расчета термохимических процессов дегидратации (Qpact.) проводились по данным, 'приведенным в справочниках для стандартных условий, на основании закона Госса. Вычисление теплот дегидратации в случае М^Сбг>бН^0 проводились по двум схемам, приведенным в табл. I.

' Таблица I

Сравнительные величины теплот фазовых пароходов для кристаллогидратов;\ • '

Вещество

! Я,

9 кс а

рас*.

кДя/кг [. кДж/кг

и

( ■ кДж/кг

лит. ; \

-герлиу.

кДж/кг

сасе2>бн2с> ш3со3■ ЮН20

А/аг50ч *ЮНр Ма3Щ-5Н20 Са(Щ\-Щ0 Ыл 0Н'Ц,0

ща2-енр

ш -нго

112 287 183 280 174 330.

тзг

171

чп

236.05 325,22 ■ ¿46,II 224,13 ¿14,50 358, ад 130,75

139.6 373,99 '

171 247 254 201 142 259,5 124,1 165

-.182,5

245,20 94,23 130,40

239,90168,73

Из табл. I видно, что значения теплот. фазовых переходов, полученных на основе экспериментальных данных дериватограрического анализа, занимает промежуточное положение между расчетными значениями теплот реакции дегидратации и значениями теплот плавления, взятыми из термодинамических справочников, причем в большинство случаев найденные экспериментальные значения таплот фазовых переходов ближе к расчетным теплотам дегидратации. Из табл. I также видно, что наибольшей'теплотой правления обладает гидроксид натрия. Гидроксид натрия является .веществом, производящимся в больших количествах в виде каустической соды,'

Проведен расчет для определения аккумулирующей способности гидроксида натрия )при различных числах кристаллогидратной воды и различных температурных режимах. Расчет удельной ¡энергоемкости pact воров в приемлемом интервале температур и-концентраций велся с помощью фазовой диаграммы системы fi/aOH "НаО , используя правила рычага.Результаты расчета- анергоемкости моногидрата гидроксида натрия изображены на рис. <!

Рис, ¿ .Удельная ¡энергоемкость растворов Д/дРЯН/^-

. Проведенное исследование показывает, что растворы кристаллогидратов гидроксида натрия с'водой обладают аккумулирующей способностью в широком диапазойа температур и концентраций.

'Высокая энергоемкость на единицу-объема и вместе с тем коррозионная активность по отношению к конструкционным материалам МзОН-Н^, с одной стороны, выдвигает его в ряд ТАМ,- потенциально пригодных , к использованию в тепловых аккумуляторах, ас другой - требует дальнейших исследований его совместимости,с конструкционными материалами . '

Исследования совместимости //аОН-И^О с конструкционными материалами показали, что в.-качестве конструкционных материалов для герметичных контейнеров.могут быть использованы металлы.и пластмассы, из числа .доступных материалов, широко используемых в производстве. А металлические конструкционные материалы подвергаются- коррозии. Полимерные материалы являются наиболее совместимыми ■ конструкционными материалами. - ■■■'■..•

Исследованы возможности использования в качество конструкцион-, кого материала пленок из полиэтилена высокого давления и- пленок из полиэтилена среднего и низкого давления, а также композиции -полиэтилен - алюминиевая фольга - целлофан, толщины пленок соответственно равны:, г,81-ГО-5,м ; 5,62 • 10м, 7,5- М~5 и, 8,73- '-

• кг5 М. " - ; - ■• •,•;. '

В целях■определения возможности использования этих материалов в качестве конструкционного материала контейнеров в аккумуляторах тепла изучена проницаемость вода и углекислого газачерез эти пленки.- 3 результате обработки экспериментальных данных получены з'не-чейия коэффициентов дир^узии воды и углекислого газа для исследуемых марок полиэтилена при- различных температурных режимах* 11а основании полученных результатов составлена зависимость коэ^штентоя диффузии воды и углекислого газа от типа материала и тпмпературн по уравнению . •'' •

где { - - энергия' активации д'ифрузии в кДж'.

11и»е эта формула представлена в виде формул :

И1 На0 '

£С0г |Г«СО,

где ^ л и п ~ коэффициенты диффузии воды и

для исследуемых марок полиэтилена при ра:>л.1 1 ных температурных режимах. Для обеспечения сохранения состава, необходимуи толщину нок контейнеров можно вычислить из уравнения, описывавшего с; . . . нарний диффузионный процесс:

а Со

Задивая допустимое изменение массы аккумулирующего вещее и/, за расчетный период работы аккумулятора тепла и используя знн и;;., коэффициентов диффузии можно получить уравнение для определении толщины стенок контейнера.

Тогда уравнение определения толщины стенки контейнера и ил)

чае диффузии воды можно написать в, виде:

.

о . йГП Я ('■;

р30 ,гп.

углекислого г.

Аналогично в случае диффузии углекислого газа имеем:

с( =

щ I к.

)

.л.

п

9 . • ЛШ-. п ' (6)

•'мон-^о

В табл. 2 представлены зависимости толщины стенки контейнера от толщины аккумулирующего слоя при изотермическом нагреяа в течение года и 15 лет в аккумуляторе с МхОН'Н30 . '

Таблица 2.

Значения толинны стенок контейнера при Ш --0,01

АШ-Нг0

■ с1. ю-6 (ю в случае % 10~б (м) в' случае Кд ■ '

ь в АТ с Ш0И-Н,0 3 а АТ с №ОН •Н20 * ^

и 2 т =1 год С=15 лет . Т = •I год . • -г= 15 лет .

Г=343К Т=363К Т =343К: Т=363К Т=343К ! 7 =ЗбЭК !Т=343К ¡Т=363К,.

I. 7.6 15 114 224 7,5 '36 ИЗ 540

2. 3.3 ' 7.5 '. 57 112 ■э.л 18 : • .57 ' 270;

3. ¿,5 33 75 2,5 12 '• 33 ко''

4. 1.9 3.7 29 ' ■ 56 . ' 1.9 9,0 , 23 ■ 135 '

5. 1.5»- 2.9 23 45 1.5 '7.2 , 23 103 -

6. '1.3 2.5 19 37 Г.З' ' 6,0 ' 19 ' 90

7. 1Д. 2.1 16 32 ! Ы ' 5,1 . 16 ■■ 77

3. 1-.0 1.9 ' 14 23 ,0,9' 4.5 ; 14 ' 68 '

9; 0.9 1.7 13 ' 25 ' 0,84 . 4,0 13 ' ¿0

ю 0,3 1.5 II , 23 0,75 . 3'6 1;1 ■ . ' 54 ,

ю"

Третья глава содержит математическое описание нестационарного сопряженного конвективного теплообмена в компактном. А§П с фазопереход-ным. материалом ( кристаллогидрат гидроокиси натрия).

Математическое моделирование конвективного теплообмена ставит-своей целью* проверку ~ ' . ¡. математической модели процесса «разработку] на её основе методики численного расчета. , ' .

Рассматривается А$П, теплообменныо поверхности которого представляют собой вставки в форме брусков размером. 30x30x300 мм, заполненные ТАМ( гидроокись натрия), изменяющим свое агрегатное состояние в процес-

се его зарялки Сплавление;

и разрядки ( затвердевание)..

.Зарядка и разрядка АйГосуществляется теплоносителем - воздухом, которой в зависимости от режимов работы, имеет, температуру выше или пиле Тпл . '•';.-''...

Таким образом, имеет место нестационарный сопряженный теплообмен при обтекании вотавок ламинарным установившимся потоком воздуха, •..-,•■■ "■,:•-' : •

Рассматривались два расчетные схемы, в которых вставки из тен-лоаккуыулируифзго материала располагались либо в шахматном порядке (рис.За,б), либо друг над другом. 3 обоих- случаях бруски с ТАМ располагаются на дюралюминиевых пластинах. ,

В силу геометрической симметрии и повторяемости конструкции, ', а такле симметрии тепловых нагрузок момно выделить повторяющийся элемент конструкции (расчетный модуль) и для него проводить все необходимые расчеты. • •'• : • • '•-..'■

Построение математической модели ведётся при следующих допущениях: • . ' -..',' ' I. теплофизические свойства ТАМ не зависят от температуры и являют.' ся постоянными и различными как для. жидкой, так и для твердой " ' фаз ; ':_''.' ' '' . ,.': . , ...

2. имеет место приближение Буссинеска ; ' . . ,

3. 'объём ТАИ = СОп.$Ъ ;

. движение воздуха являемся ламинарным и полностью установившим-_

5. конвективное движение в расплав^ ТАМ - ламинарное ;

б', теплофизические свойства воздуха не зависят от температуры ;

7. ТАМ является однородным;'. ., . ,

8. энергия деформации ТАМ мала по сравнению с внутренней энергией ;' ; ^ •• : . V;

' •• Схемы каналов приведены на рис, 3. Через эти каналы,, заполненные вставками из ТАМ, продувается горячий воздух. Его температуре изменяется линейно во времени от ¿96 К при Т =0 до 358 К при , С = 6600 о. Эоздух отдает чаете своего тепла ТАМ, который нагревается и запасает теплоту. При полном расплавлении ТАМ нагрев воздуха от электронагревателя прекращается. Подается воздух комнцтноЯ 3 температуры, «отдрай при охлаждении черйз АФП нагревается за счет тепла; запаренного ТАМ,'При атои ТА№ затвердевает и АН1 возвращается в первоначальное состояние. '

Рис. 3. Расчетная схема расположения . ' вставок из ТАМ .... а)-в шахматном порядке, б) - друг над другом ;

Так как движение воздуха считается1 .установившимся, то пиача-. ле определяется поле скоростей, воздуха из уравнения двикения (7), а. затем решается сопряженная нестационарная система уравнений для воздуха и ТЛИ, включающая в себя уравнение движения для ТАМ в проекциях на оси координат (8-9), уравнение неразрывности- (1-0), уравнение энергии для.ТАМ (II), "войду'ха (13) и. д«ралвминиевой плести- : ны (1<0, а такке уравнение для определения, энтальпии (I?). .

3 декартовой системе координат, полная, система уравнений записывается следующим образом: . ' ; . .-:-'.'■■ ' ' • ' . . уравнение движения- воздуха: / - ' 'V' '..':\ .

■м

Э*ц? Э.ха

т

сИ

уравнение движения Навье-Сгокса;для ТАМ:.

ж

Эх.

уравнение '-неразрывности: ^;'

се):

Лдт + 1х + ЩГ'Ш Ц ,(9)

дх ду

Уравнение энергии для ТАМ:

о>-

-СЮ)

эх Э^ сР I Эх э^'

Уравнение для энтальпии: Уравнение•анергии для воздуха:

' р 9Т

/ ЭТ

ЭТ

эг

(

э2?

с,, I

*'г Л

Уравнение внаргии для дюралюминиевой пласгинн:

) ъ? ср\ дх'

Уравнение Стефана для границы рагдэла фаз

СП)

(12)

(13)

■■сю

' 'пл.

' Начальные условия;

ЭХ 'Хврс*)

и)м иЯ

о >

и*о ;

V- о, л,.;.--

Грааачныа уеловад: ' Г* ,2)1,-0

(15)

на твердых поверхностях ( (16)

и

и» о

на входе

(Ж) -О

НЭ. выходе

Условия симметрии по лйнллм симметрии:

-О; ¿£-=.0

доУ

дп ТИ" ' дп

В данной работа использовался не год антал.лиЯ, предложенный И.Иемсу«дар1)м и Е.М. Спэрроу'в /5'-*/, л принзненни к задачам теплопроводности. Этот мет<\д снимает недостатки методов, описанных нише, является более универсальным и достаточно точным, что подтвердилось при сравнении йкспврямеатальных и численных исследований / 87, 89 /.

В четвертой глава приводятся экспериментальные исследования теплообмена в модула компактного'АТ на основе кристаллогидратов гидроокиси натрия

Принципиальная схема экспериментального <?тэнда для изучения теплообмена при плавлении и затвердевании Л/оОН-ИгО показана на рис. 4. .

Схема экспериментального стенда аклачает; I модуль АИ1 (I), внутри которого размечается полиэтиленовые контейнеры,'заполненные ТАМ; 2 - систему подачи и измерения расхода теплоносителя; 3 - систему нагрева и измерения температуры. .'

Модуль АШ закрыт двухслойным кожухом (2), состоящим из полипропилена и картона и имеющим размеры МО х 400 х 400 мн, к которому пристыковывайся ди^фузорная и конфузорная части для формирования потока теплоносителя. Длина диффузориой и конфугориой частей составляет;соответственно 400 мм и 400 мм.

Система подачи теплоносителя и измерение расхода вопчает вентилятор ЛН -I. 25/220. 1,6 (3) с регулятором расхода типа 3 376 ГОСТ 8711 - 60 '(4) и для измерения расхода теплоносителя анемометр чааечни* типа /5 ГОСТ 6376-74 412).

I

Рис. ¡». Принципиальная схема экспериментальной установки, где I -сборки и» ТАМ; . 2.тайловой .аккумулятор;,3 - вентилятор; регулятор расхода тепло- * носителя; 5 — воздухонагреватель; б- регулятор твмпературн теплокосите-V ля; 7 - потенциометр 37-21; 3 - сосуд Дьвара; 9 - переключатель; 10 - термопары; II - контрольный вольтметр; 12 - расходомер теплоносителя.

Система нагрева теплоносителя и измерения температуру состоит из' воздухонагревателя ЛИ—I, ¿5/220.1,6 (ТОН) (5),- с. регулятором температуры типа АОСН. -¿О -22Q' ~ ,75 Об), потенциометра B7-2I (7), сосуда Дьвара (8) и. 26^-ти медь-константановых термопар (10), переключателя (9), контрольного вольтметра (II)

В качестве теплоносителя используется воздух. 3 ТА тепло по- ' редазтся от теплоносителя через станку к ТАМ, который плавится и затвердевает в зависимости от направления теплового'потока.

Конструкция экспериментальной установки позволяет исследовать теплообмен как при продольном, так и поперечном обтекании сборки вставок из ТАМ. '

Работа1 установки осуществляется следующим образом. Воздух из помещения засасывается вентилятором и направляется на решетку-нагреватель из нихромовой проволоки, Расход лоадуха и величина обогрева регулируются напряжением в цепи электрического тока. При достижении на поверхностях контейнера температуры, превышающей температуру плавления ТАМ, нагреватель отключается. Продолжается обдув сборки вентилятором, под действием' которого ТАМ затвердевает и возвращается в исходное состояние,. ^

Методика проведения эксперимента по исследованию теплообмена в тепловом аккумуляторе плавления с* кристаллогидратом гидроксида -н&трия предусматривает исследования процессов- при фазовом переходе при изменении рекимных .параметров,-(расхода и температуры) теплоносителя,-а также двух способов расположения контейнеров-с ТАМ в модуле (продольное и поперечное обтекание сборки с ТАМ),

При. проведении зксперимэнтёльных исследований осуществляется измерение температуры: в.грех сечениях- контейнера А£П, теплоносителя на входе и выходе из модуля, в окружающей ореде.

- При продольном обтекании сборки из ТАИ контейнера располагались двумя способами: .:- ',

1 - в шахматном порядке -на линейках из дюралюминия, толщиной

1,37 мм . вдоль течения теплового потока; ' :

2 - на пластинах из дюралюминия толщиной 1,37 мм в симметрично повторяющемся порядке.' . ',, • V .'•■"'••■

При поперечном обтекании сборки из ТАМ контейнеры располагались в шахматном порядке на .линейках из дюралюминия толщиной 1,37мм поперек по течению теплового потока.

Эксперименты проводились при температурах 3'(3 + 353 К, что превышает температуры плааления ТАМ ( 337,4 К при 69 вес. %) » расходе теплоносителя 2,5' 10"^ м.3/с ; 3,0 'Ю-2 м^ /с.

.При исследовании теплообмена при пламении теплоноситель при комнатной температуре и заданном расходе воздуха подавался на нагреватель, а затем на поверхности контейнеров с ТАМ, где и отдавал свое топло ГАМ. В каждой серии опытов температура на входе и расход теплоносителя поддерживались постоянными. Теплоаккумулирующий материал за счет подводимого тепла расплавлялся до температуры фазового перехода, а затек происходил прогрев ¡шдкой фазы до заданной температуры. На Этом цикл зарядки считался завершенным.

Газрядка (отбор теплоты от расплавленного кристаллогидрата гид-роксида натрия) такжо,осуществлялась воздухом 'при температуре, равной температуре .окружающей среды. Однако, значение температуры теплоносителя, входящей в модуль, во время опытов насколько превышает температуру окружающей среды, 'ото объясняется тем, что на термопару, находящуюся во внутренней части входа, оказывается некоторое тепловое воздействие прогретого кожуха АЗ?П.

Процесс затвердевания заканчивался, при достижении на поверхности контейнера температуры, равной-температуре окружающей среды.

Результаты эксперимента представлены на рис. 5а, б.

На рис. 5-7 приведены результаты критериальной обработки теплотехнического эксперимента. Их сравнение позволяет заключить, что при йродольном обтекании сборки из ТАМ теплообмен идет более интэн-тенсивно, чей при поперечном. Вероятно, ато обстоятельство объяс-, няегея наличием' застойных зон и слабой циркуляцией воздуха внутри этих участков.

Экспериментальные точки по теплообмену при продольном обтекании ложат в среднем на 30 % выше, чем при поперечном, что Ъ позволяет сдолать вывод о целесообразности разработки такой конструкции Affl, а которой бы контейнер с ТАМ располагался вдоль потока теплоносителя.

На рис;' 8-9 *" представлены обобщенные дачные для двух исследуе- •' мих случаев в сопоставлении.с результатами расчетов. Расхождение результатов численных и экспериментальных данных при шахматном расположении контейнеров не превышает ' 30$, а при продольном расположении •- 35 по анализу £gSt'?i

Такое расхождение является результатом того, что расчетные данные приведены для контрольного сечения, расположенного-в централь ной части контейнера, тогда как экспериментальные данные'получены по

4 Т, ЧАС

Рис.5а. Результаты'эксперимента При поперечном обтекании сборки из ТАМ Г = 359 1С, £¿=¿,73 • КГ" кг/с

Г, час.

Рис,56. Результаты эксперимента яря продольном обтекании сборки из ТАЯ Г -= 350 К, Сгу,73 • КГ2 кг/с

го ш 16

12 ю

( 0""...... о --^ - Р

. в * а л

а .'"" к< Д

о X3 ® л * 9 ¿> < Г

о --п-т

•ЕдР.вЫО

Рис.о-.Результаты критериальной обработки теплотехнического эксперимента.при продольном обтекании сборки иу ТАМ. Режимы эксперимента:.Ч °-пл. , _ О-эатв.) - Т=343К^ ¿¡¿.=г,73-10~'; кг/с; Сх-пл., Ф-затв./- Т=ЭадК, (?£-Э,273'10"^кг/с; (л-пл.,

\Ь

"14

12

10

Д-затэ.) - Т-353К, <3^2,73 '10 Т= -358К, ^¿=3,279 -10~г кг/с.

едЭг-Рг^'ю

-2

кг/с; (в-пл., £2 ~зата.) -

© 1 с . л ,„ ■ 3 л о -о. с

Е & © < □ л ,' X' °о

дО о ¡ро 0 д д * «9 а § хд О п

л л £5 X

нЪа

г едг.-би-Ю

Рис. '7¿Результаты критериальной обработки теплотехнического : эксперимента при поперечном обтеканий сборки из ТАМ. Режиму ■ эксперимента: ( От-пл., ©-затв.) ^ Т=233К, ^е-2,73* Ю-2 кг/с;С Х-пл., ®-аатв.) -.Т=3'+2К,

(¿-пл., Д-затвО -Т=Э53К4 ¿¡,=2,73-10"^кг/с;(а-пл,, а-затв.; - Г=353К, =3,279-КГЛг/с.' . .

6»

го

я 18 1? и>

15 14 13

« 11 13 15 1? 19 21 а 26 2? £9

• " t9F.ste.10

п

с

и "

Е , Вр Л л А

ЕС ьд д ' ■д В а

о а

Рис,8.Результаты чи'сленних и-экспёриментйльных.' исследований при расположении контейнеров1 с ТАИ друг над другой, Т=Э58К , <^.=3,279-1(Г2кг/с (д-пл., йь-затв..» - расчетные.значения;:( а -пл.; а-затв.) -. экспериментальные- значения. ''.■;

е«^ рг-ю 1а 1? 16

IV

■

в с п

ллл м л л „

ногагр о " 0 о

7 ь 10 12 Г 16 16 20

Рис,-9,Результаты численных и экспериментальных.

исследований при расположений контейнеров , с ТАМ в шахматном порядке, Тч =358К, : =3,279-Ю'^кг/с С д -пл., А-эатв.) - расчетные значения; ( а -п#.,0-затв.)

- )ксперименталы!ые данные. .;

оородненным характерисЬтам всего'рабочего.-участка. Таким.образом, расчет диет изменение локального коэффициента теплоотдачи в контрольное сечоиии, а эксперимент - интегрального коэффициента теплоотдачи для. всей сборки ТАМ, на протяжедии которой имеется и начальный участок, где течение.нестабильно в тепловом й/гидродинамическом отношениях.

Сравнение осредненного коэффициента теплоотдачи с локальным, расчетным показывает удовлетворительное совпадение результатов численного и физического эксперимента. . .

Проведенная таким образом методика расчета использовалась ^ля . выбора оптимальных геометрических параметров АШ. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, .что математическая модель, метод расчета позволяют получить физически реальные результаты, находящиеся в удовлетворительном совпадении с физическими.даже для такого сложного явления, ..каким является нестационарный сопряженный теплообмен, осложненный фазовыми переходами / 87, 39/.

.,... ;..,:■'. ; в у в-о д и ' - - \

1. .На .основе аналитического' обзора .материала по вопросам теплообмена в аккумуляторах фазового перехода',- установлено отсутствие информации по теплофизическим свойствам-кристаллогидратов, а также данных по расчету, регенеративных компактных АШ с каналами со встав. ками из .ТАМ и-выбору их оптимальных геометрических параметров.

2. Рассмот|рен-широкий класс |азовопереходных материалов из среды парафинов к кристаллогидратов солей и установлено , что-наиболее'

гонергоёмким и доступнымТАМ -ддя использования в аккумуляторах тепла систем-солнечиогр отопления является кристаллогидрат' гядро-' ксида натрия. Определены .твпло^изическйе свойства р#да .крпстал- ' логидратов: теплот- плавления и зависимость аккумулирующей способности от концентрация .и .температуры ГАМ. Йсадедогсша совкести- . мость;криоталлогкдратов с конструкционными полимарннки материалами, получены зависимоотя 'коэ^ицввнтов 'ДИЭДузни воды и углекксло-, го газа, позволяющие -рассчитать температурные редими АШ и • та'дцины полимерных материалов» обеопечивамзиэ работоспособность аккумулирущад вочеств. / ■

3. Проведены расчетно-теоретические исследования конвективного теплообмена в модуле теплового аккумулятора, которые позволяют проанализировать физическую картину нестационарного сопряженного конвективного теплообмена.

Показана возможность использования энтольпийного метода в решении задач конвективного теплообмена при наличии фазового перехода в средах, имевдих фиксированную температуру фазового перехода, что подтверждается удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальных результатов. Использование отого метода существенно сокращает объём, вычислений, он является более универсальным и достаточно точным, что расширяет возможности его применения в решении многомерных задач теплопроводности.

5. Проведены экспериментальные исследования, в широком диапазоне изменений расходов и температур теплоносителя при продольном

и поперечном обтекании компактного АФП. В результате обработки экспериментальных данных получены-эмпирические зависимости для расчета теплообмена в виде:

Si-P^fCFo-SU)

6. Проведена оптимизация геометрии компактного АФ1Т при продольном обтекании сборки из ТАМ с учетом гидродинамических характерис-

' тик и аккумулирующей способности , - . .

. - ПУБЛИКАЦИИ ПО ТШ ДИССЕРТАЦИИ . .

1. Арнагулиева Б.А. Термохимический способ аккумулирования солнечной энергии. Тез. докл. УНГ Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов Туркменистана. "Научно-технический прогресс и общество", Ашхабад, 1986 г., с. 396.

2. Моллаков Б.М., Арнагулиева Б.А. Теплоаккумулирующие возможности моногидрата гидроксида натрия в водных растворах. Изв. АН ÏCCP, сер. ФТХ и ГН, £5, 1937, с. 89-91.

3. Моллаков Б.М., Маиедова Л,К., Арнагулиева Б.А. Теплоаккукули-рующие возможности кристаллогидратов - "Дапонировашшэ научные работы ( Естественные и точные.науки и техника )".- М.:ВИНИТИ, 1988, JM (193).(6 стр.).

4. Моллаков Б.H., Арнагулиева БЛ.Диффузия води через полимерные материалы в аккумуляторах тепла с водой." Депонированные научные работы ( Естественные и точные науки и техника)". -М.: ВИНИТИ, 1938, № б (200). (7 стр.).

2U_

Э.Моллаков Б.М., Арнагулиева Б.А. Диффузия углекислого газа через полимерные покрытия в аккумуляторах тепла с гидроксидом натрия. "Депонированные научные работы (Естественные и точные на^ки и техника)". - М.: ВИНИТИ, 1903. Ы (200), (9 стр.),

6.Моллако» Б.М., Арнагулиева Б.А. Изучение стабильности модельных аккумуляторов в контейнерах из полимерных пленок "Депонированные научные работы (Естественные и точные науки к техника)". - М.: ВИНИТИ,

1983, W7 (201). (39 стр.).

7,йоллаков Б.И., Арнагулиева Б.А. Обеспечение сохранности состава теп-лоаккумулирувщего материала в контейнерах из полимерных пленок. Информационный листок ГуркианШШТЙ, 1938, серия "Теплоизоляция"(4стр,).

8.Чукаев А.Г., Арнагулиева Б.А., Зорина И.Г. Исследование свойств гид-

роксида иатрия как теплоаккумулирувщаго материала для аккумулятора? фазовых переходов. 140. ¿}HT} OjO.fTXиТН,ilél,ll)'jZK С.1'9

Э.Чукаев А.Г., Арнагулиева Б.А., Зорина К.Г. Математическое моделирование нестационарного сопряженного теплообмена при фавоперэходных процессах в коипактных аккумуляторах теплоты. Изв. АН ТССР, сер. . §ТХ и ГН, »1, 1992, с. 93-96. Ю.Чукаеа А.Г., Арнагулиева Б.А., Зорина И.Г. Экспериментальное исследование теплообмена в компактном аккумуляторе фазового перехода на основе гидроксида натрия. Изв. АН ТССР, сер. Ш и ГН, № I, 1992. С. 96-100.

УСЛОВИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ' коэффициент диффузии,, и1/ с;

универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/моль* К; ДГУЬ- изменение массы контейнера с ТАН, кг; t -.скрытая теплота фазового перехода;

положение границы раздела фаз; дС- разность концентраций паров воды вне контейнера и

внутри него, кг/м3; • d- толщина стенок контейнера^ м; S- поверхность контейнера, м1"; Т- время, с;

плотность, кг/ м3; п- толщина аккумулирующего слоя, м; • • J"- молекулярный вес углекислого газа, кг; где ( ); содержание углекислого газа п воздухе; й

- динамическая вязкость, Па • с ;