автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Разработка, создание и опыт эксплуатации СОУ в Монголии

1.П С.

" " "институт солнечной энергии академии

сельскохозяйственных наук туркменистана им. президента туркменистана академика С. а. ннязова

На правах рукописи

УДК 662.997 : 628

ТАРЖИДЫН Лодой

РАЗРАБОТКА, СОЗДАНИЕ И ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОУ В МОНГОЛИИ

Специальность: 05.14.08 — преобразование возобновляемых видов энергии и установки на их основе

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АШГАБАТ - 19ЙЗ

Работа выполнена в Институте солнечной анергии Академии сельскохозяйственных наук Туркменистана им. Президента Туркменистана академика С. А. Нпязова и Иституте физики и техники Академии наук Монголии.

Научные руководители:

доктор технических наук Чугуевец Татьяна Петровна

кандидат технических наук Лосолын Халтай

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Хандурдыев Аман Хандурдыевнч кандидат технических паук Мочалов Виктор Николаевич

Ведущая организация — Отделение инженерных и эколого-экономических наук АСХНТ

Защита состоится «2^-« ^У^^Н^) 1991 г. в 10 часов на заседании Специализированного совета по защите диссертации на соискание ученой степени доктора (кандидата) наук при Институте солнечной энергии Академии сельскохозяйственных наук Туркменистана им. Президента Туркменистана академика С. А. Нпязова (744032, ш. Ашгабат-32, м. Бек-реве, ИСЭ АСХНТ).

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке АН Туркменистана.

1993 г.

М. А. РАХМАНОВ

дктуатьность теин. Гобийская зона занимает почти 60 процентов территории Монголия, вся площадь которой включительно при-?.'-годна для пастбища. Здесь разводят пять традиционных видов скота: верблюды, лошади, крупный рогатый скот, овцы я козы, как основное производство сельского хозяйства страны.

Эффективность ведения животноводства в Гобийской зоне, определяется наличием обильных водоисточников. Однако обводнение' пастбищ данного региона базируется в основном на ресурсе подземных вод из-за ограниченности поверхностных вод. '

Качество воды, добываемой из колодцев, всегда бывает пригодной для водопоя животных, но для питья ока в большинстве случабв не удовлетворяет требований санитарных норм ввиду, повышенной солености, что является одним из основных-ограничений для элективного использования пастбищных ресурсов Гобийской зоны .страны. •

Большая.площадь пастбища местами частично или дате полностью не используется из-за отсутствия' приемлемых методов обеспечения питьевой водой кочевых скотоводов. Основной трудностью разрешения данной' проблемы является малая потребность л разбросанность потребителей и их несгйцйонарпость,.а также отсутствие электроэнергии, как во многих других, тис лазшзаемых развивающихся странах мира.' '■''"' Особенность ведения хозяйства я кочевого образа жизни потребителей заставляет искать методы обеспечения питьевой водой, отвечающие их жизненным укладам, т.е. нужна альтернативная технология, позволяющая опреснить везде доставляемую, пригодную для питья воду.

Климатической особенностью данного региона.является сравни-• тельно долгая-- продолжительность солнечного' сияния и колебание_ температуры окружающего воздуха в течение суток и сезонами, а такие прозрачность атмосферы, что является главным благоприятствующим условием.для использования солнечной анергии и природного холода для опреснения соленых вод. ' .

Однако существующие СОУ, используемые в зарубеянбй практике, не отвечают перечисленным вше требованиям, поэтому вопрос разработки оптимальной технологий по опреснении "соленых вод, отвечающей. специфическим соцаалыю-зконатескпмг оксялуатецкон- -ним требоаанйлм в экстремальных климатических условиях страны представляет суть актуальности данпоЙвработн.'

.Цель работы. Цельв пастояцей работы является: .

провести.-,.сравнительный испытанна в природно-климатических условиях. Монголии различных парниковых солнечных опреснительных установок для определения их энергетических характеристик;

.' - на базе парниковой СОУ разработать и создать комбинированный Г простой.и надежный в эксплуатации портативный вариант установки, функционирующей, круглогодично;

• - провести экспериментальные шюгофакторные исследования в условиях Монголии по определению энергетических характеристик комбинированной СОУ в зависимости от климатических факторов и рршаешх- характеристик;

' - обобщать опыт создания и эксплуатации СОУ и дать соответствуйте рекомендации по использовании для потребителей в Гобийской'зоне Монголии.

Научная новизна работы; .

-.впервые разработана и создана комбинированная мобильная СОУ, способная работать в режимах плоского и ступенчатого опреснителя, а. также в' режима вымораживания;

• - впервые определены в отечественной практике энергетичес-

. кие. характеристики предлагаемых и известных конструкций СОУ в зависимости от климатических факторов и рекимных характеристик.

Практическая цешюсть работы:

- 'проведены круглргодичные натурные испытания различных конструкций СОУ, изучены опыт эксплуатации и особенности их фушс-ционяровакия в природно-климатических условиях Монголии, на основе которых разработаны рекомендации по выбору конструкций и конструкционныхМатериалов солнечных опреснителей; .

- на основе проведенного, комплекса натурных и расчетных исследований были усовершенствованы^ конструктивные элементы предлагаемой СОУ и разработан технологический регламент. Базовый вариант предлагаемой установки принят в национальный стандарт-Монголии под номером УСТ-4005-89 и рекомендован в производство;

предложена, эмпирическая, зависимость для определения оптимальной нагрузки СОУ в зависимости от.интенсивности солнечной радиации; .-'"'■'. ...

• - составлена схематическая карта' степени минерализации грунтовых вод Монголии на базе систематизации современных данных . колодцев. ' ■..

Основные положения, выносимые на защиту: ■ предлагаемую конструкцию комбинированной СОУ, способную

-от работать круглогодично в природно-климатических условиях' Шкголии;

- результаты экспериментальных исследований свыше" 10 серий-опытов, позволяющие определить энергетические характеристики предлагаемых и известных конструкций СОУ;

- результаты расчетов по определению экономической эффективности по'районам ГобиЯской зоны, возможных.вариантов обеспечения потребителей пресной водой и усовершенствованию конструктивных элементов предлагаемой СОУ;-

- разработанный технологический регламент по круглогодичному функционированию комбинированной СОУ. .-'';■'.

Апробация работы. Диссертационная работа докладывалась и " обсуждалась на заседаниях ученого совета Института физики и тех- . !шкя Л11 Монголки з г.Улаанбаатаре (19ЭЗ) и научно:.! семинаре Института солнечной энергии ЛСЗШ Туркменистана (Ашгабат, 1953); • Некоторые вопросы диссертационной работы докладывались на научно-отчетной конференции KJT ЛИ Монголии' (г.Улаанбаатар, 1978 - 1981, 1986 - 1990 гг.),'на научно-практической конференции "Использование возобновляемых источников эдаргтгв народной хозяйстве"-' (Улаанбаатар, 1984, 1286 г.). .

■Публикации по работе: Основное содержание работы изложено в" 4 научных статьях, получено I авторское свидетельство.' . '' '

Объем работы. Диссертация состоят из ■ введения, четырёх"'глав, : выводов, списка использованной литературы пз 89 наименований.' Работа изложена на 117 страницах машинописного- текста, содержит 24 таблица,'25 рисунков.-.

ОСНОВНОЕ С0ДЕР2АНИЕ РАБОЙ

В первой гладе анализируются пряродно-климатичесхсие и хозяйственные особенности аридной зоны Монголии, и приводится литературный обзор по технологии распространенных методов опреснения воды и схем СОУ с точгеи зрения оценки применимости в Гобийских условиях страны.

В этой зоне страны система энерговодоснабжеиия очень слабо развита, что связано с малой плотностью населения региона. Вода используется исключительно для юшотпоиодства и обеспечения хо-зяйствонно-литьевого'потребления сельского населения. Водоснабжение осуществляется-на базе использования'подземных вод. По данным переписи Ш% всех колодцев страны имеют соленую воду, т.е. вода ¿^пригодна для питья. Недоброкачественная вода распространил в

основном в Гобийской зоне, где преобладает сухой климат, небольшие атмосферные'осадки, что и- обуславливает повышенную соленость грунтовой воды.'На основа систематизации современных данных колодцев составлена схематическая карта минерализации грунтовых вод Монголии Jpnc Л).

В Гобийскую зону входят две критические местности, в частности, самая тёплая - Восточная Гоби, а самая холодная - Котловина ■Больших озёр. В Котловине Больших озер, где среднегодовая температура 'ниже нуда -2,5т 0°С, располокеа центр азиатского зимнего антициклона. Несмотря на экстремальность.зимы среднегодовая температура .в- остальных регионах.Гоби остается выше нуля, что Оалан-сируется высокой дневной температурой летнего периода, доходящей до 40°С, а также большей продолжительностью безморозного периода. На рис.2 представлено число дней с температурой, превышающей соответствующие пределы для некоторых пунктов Гоби.

Годовое значение суммарной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность при реальных условиях облачности составляет 1431 кВт/м^, из них рассеянная - 535,4 кВт/м2. Максимальное значение. месячной'суммарной радиации почти но всей Гобийской зоне составляет 103,1 т 198,0 , а минимальное 32,2 56 кВт/м2 в декабре (рас.З).

В Гобийской зоне животноводы кочуют для круглогодичного содержания скота на подножном корке. Смена пастбища осуществляется • 10-20 раз в году на расстоянии 10-30 км.

Вододотребятеляма'являются сельские жители, которых.можно разделить, на две категории: оседлые (стационарные йодопогребите-ля) а кочевые'-(нестационарные водопотрибители). В Гоби суточная потребность питьевой. йода для стационарных населенных пунктов равна 60-3600 л; а для одной семьи численностью 3-4 человека требуется 10-20 л питьевой воды. Основным источником энергоснабжения населенных пунктов являются маломощные дизельные электростанции, которые из-за дефицита горючего сокращают время работы до 4 часов в сутки. Около' К® скотоводов снабтш переносными энергоисточниками (бензоагрегатами). Однако на практике они не используются из-за высокой стоимости топлива., . - . : .

В настоящее время существует множество методов опреснения . соленых вод, в основе которых лежат различные,физические процессы. Метод-электродиализа и гииерфильтрацки считается солее аффективным для опреснения солоноватой воды с солесодержанием до 10 г/л.

.г .

Однако отсутствие развитой отечественной метин остроителыюй "базы не позволяет в бликайоем будущем надеяться на производство сложных в конструктивном я технологическом плане опреснительных установок и энергоксточников, таких как электродиалязные, гипер-фяльтрационные опреснителя и др.

Как известно, термическая дистилляция является наиболее традиционным и распространенным методом получения пресной-вода. Среди класса термических дистилляторов наибольший интерес для использования в аридной зоне Монголии представляют гелиоопреснн-тели, причем функционирующие только за счет солнечной энергии." либо природного вымораживания. Рассмотрены 14 модификаций СОУ:."

Проведенный литературный обзор и аналнз имеющихся способов . и конструктивных решений в области опреснения минерал осодермщих' вод показал, что наиболее целесообразным в настоящее время язля- • ется использование термической дистилляции на базе возобновляемых. источников энергии: солнечной радиации, природного холода, ветра. Известные конструкции СОУ - гто установки сезонного действия и как правило, не мобильные, что ограничивает, их применение 'для не- . стационарных потребит&лей. Известныз вым'срат-иваэдие опреснители неработоспособны в резко континентальных климатических условиях Монголии. В связи с этим возникает необходимость,в разработке И создания комбинированной,' простой и надежной в эксплуатации портативной установки, функционирующей круглогодично с наибольшей производительностью. • ;.

Во второй главе -приведено описание разработанной СОУ,.методика проведения экспериментальных исследований при рег.име термо-длстилляцки и анализированы полученные результаты экспериментов.

Основным требованием к разработке конструкции КСОУ является^ хракспортабельность, предельная простота и надежность при эксплуатации, способность к круглогодичному производству пресной поды. Принципиальная схема базовой конструкции, разработанной , ; КСОУ мобильного типа показана на рис.4. Базовый вариант КСОУ представляет собой теплоизолированный плоский ящик I, снабжейшй сватопрозрачпым ограждешгем 2. В полости ящика размещен лоток 3, в котором установлены съемные ступени ,4..Они выполнены в форме уголка; с торцевых сторон ограниченные бортиками 5, завершагаямя-ся'усеченными Еыступамл б, на которые'опирается предыдущая ступень. Причем нижняя торцевая, стопка ящика тлеет окно 7, а лоток сделал с возможностью выдвижения из корпуса через окно. Верхняя

торцевая стенка лотка снабжена патрубком 8 для ввода исходного и вывода остаточного рассола. Благодаря наличию съемных ступеней и поворотного устройства обеспечивается вывод рассола и пресной воды через входной патрубок, поэтому и в СОУ отсутствует система трубопроводов для слива рассола с каждой ступени и устраняются главные недостатки наклонно-ступенчатых СОУ: отложение солей : на ступенях, трудности полного удаления из установки рассола к размораживание трубопроводов. Кроме того, данную конструкцию можно использовать как классический плоский опреснитель. В этом случае съеггные ступки устанавливают на ребро, образуя .внешней стороной плоский котел, на который помещается гигроскопическая ткань и на входном патрубке крепится ороситель.

-Таким образом, разработана комбинированная СОУ, сочетающая Ь себе принципы работы и достоинства трех типов опреснителей: наклок:;о-ступенчатого, плоского и опреснителя, работающего на принципах вымораживания.

Экспериментальных образцов было изготовлено 6 штук, причем ода» из них имел до ширине больший габаритный размер в атллчие' от.других СОУ. Остальные 5 установок идентичны. В режиме тормо-дистилляции был проведен ряд экспериментов по выявлению влияния на производительность, опреснителя следующих факторов:

- конструктивных и технологических параметров (число ступеней в корпусе, соотношения его габаритных размеров, объема заправки);

- ориентации корпуса и влияние последней на изменение емкости корпуса, прихода солнечной радиации на рабочую поверхность;

- климатических факторов.

Кроме того, били изучены т.&мпературное распределение внутри опреснителя, динамика испарения рассола по-ступеням и проведен поиск, путей повышения производительности установки. Общая принципиальная схема экспериментального стенда СОУ показана на рло.5.

Результаты исследований влияния числа ступеней СОУ на ее про-■цзводителыюсть показывают, что при равном объели заливаемого'' рассола количество ступеней в лотке практически не оказывает-'влияния на производительность СОУ." Это объясняется тем, что ступени выполнены из тонкого материала.и их наращивание в глотке не уменьшает рабочей плсщади лотка ¿--соответственно- площади испарителя.

При исследовании влияния. объема исходного рассола (д },, заливаемого в установку на ее производительность была выявлена неоднозначность влияния-.этого параметра на производительность. .

Это объясняется тем, что с ростом нагрузки исходного рассолк инерционность всей системы увеличивается и меняется ее аккумулирующая способность. В зависимости от климатических факторов (солнечной радиации, температуры окружающей среды) оптимальный объем заправки для одной и той же установки меняется, причем нелинейно. На рис.6 приведены результаты использования влияния нагрузи: заправляемой воды на производительность СОУ в разных Значениях падаицей радиации.

На основе анализа и обработки экспериментальных данных получена следующая'эмпирическая зависимость

Q = -34300,96 +2217,3 g - 30,53-g2 (I) "

где g - нагрузка заправляемой воды, л.

На рис.7 графически представлена функция Q ~ -f ) . !»

Проведены, сравнительные испытания поперечного и продольного расположения длинной оси корпуса СОУ. В процессе испытаний прово-• дались замеры производительности опреаштелей л температурное распределение по ступеням. Отмечается, что производительность обоих установок во многих случаях близка или ' G"COy-I поперечной ориентации) может быть вше • Gcoy-2 {продольной ориентации], причем-величина этого превышения различна и явно выраженной закономерности не прослеживается. Можно лишь заметить, что в отдельные дни с высокой радиацией производительность СОГ-2 была больше производительности .СОУ-l' на несколько процентов 0,5 - <i,0%.

■Далее рассматривалась зависимость динаютки•испарения рассола от ступеней б экспериментальных..образцах. Результаты.эксперимен- ■ тов представлены в'табл.1. Из этой таблицы видно, что интенсив-кость испарения рассола неодинакова для каадой ступени в двух сравниваемых установках, отлкчавдихся по ориентации, что в верхней ступени в 2,6 - 2,8 раз больше, чем в нижней. Тагам образом, интенсивность понижается по порядкам расположения ступени сверху. Такой характер наблюдается в обоих экспериментальных образцах, что объясняется неравпокзрным температурным распределением в.СОУ.

На рис.8 изображен прирост,температуры воды.по ступеням в СОУ-1 и.СОУ-2 для характерного осеннего дня. Нормирование средней температуры приходятся не на центр опреснителя, а на уровне одной третьей высоты СОУ. .Перепад.температур воды между крайними ступенями колеблется от' 8,0°С до 13,5°С-и как правило выие для СОУ-1.

Для выявления' возможности интенсификации работы СОУ наклонно-

Таблица 1. . ■Динамика испареккя воды в СОУ.

'• г\ 1 I ! . Ксяйчестэо испарения, л Дата: Цпад. --------- - ■

,ое _— — - - - — ----------__

.•вт/м2: °С:___.. ' * Номер ступени СОУ-2 ;

_ _ : _ -1 £ 1'ЛЗА I 1 Л?-" 11 Л.!. ! 1 ^ £ 1 Ч ® Х

•13.Х 3482 3,8 0,21 0,21 0,20 0,19 0,18 0,18 О, Г? 0,16 0,13 0,10 1,73 0,58 0,33 0,28 0,25 0,22 0,19 1,65

14.Х 4022 7,2 0,33 0,30. 0,29 0,28 0;27 0,26 0,24 0,23 0,19 0,12 2,51 0,64 0,50 0,44 0,39 0,34 0,26 2,57

15.Х 3912 8,4 •0,34 0,31 0,30 0,28 0,28 .0,27 0,26 0,25 0,20 0,13 2 62 0,65 0,49 0,41 0,38 0,33 0,25 2,51

16.Х 3873 8,5-0,33 0,30 0,29 0,27 0,25 0,25 0,24 0,23 0,18 0,11 2,45 0,60 0,47 0,38 0,35 0,31 0,21 2,32

17.Х 3793 8,0 0,24 0,22 0,21 0,20 0,20 0,19 0,18 0,17 0,14 0,10 1,85 0,45 0,34 0,29 0,27 0,22 0,19 1,76

18.Х 4110 9,1 0,39 0,37 0,34 0,33 0,32 0,31 0,28 0,27 0,22 0,16 2,99 0,75 0,58 0,50 0,45 0,37 0,32 2,97

19.Х 3825 6,7 0,28 0,27 0,25 0,24 0,23 0,22 0,21 0,18 0,12. 0,06 2,06 0,54 0,42 0^36 0,33 0,25 0,13 2,03 ~Суша""~ 1,88~1779 1,73 1Тб9'1,57~1.49 1,18 0,78 1621 4,01 3,13 2,66 2,42 2,04 1,55_15,81

Остатка водн^зд 0,52. 0,62 0,7.1 0,77 0,81 0,93 1,01 1,32 1.72 8,79 0,19 1,03 1,50 1,74 2,12 2,61 9,19 ё в ступ кях :

ступенчатого типа путем применения гигроскопического материала . и сопоставления энергетических показателей проведены сравнительные экспериментальные исследования трех конструкций: плоской, иаклонно-студеячатсЯ (базовой) и наклонно-ступенчатой с интёнси-фикаторсм. lía ряе.9 показан дневной ход энергетических показателей сравниваешь варяаягов. Как видно из рисунка, опреснитель плоского типа гаме? йеныаую инерционность и ход производительности близок по характеру приходу солнечной радиация, но. суточ-.. нет сумма ее находятся на уровне производительности ступенчатого" опреснителя со ск&чяв&ешл материалом, на 3,555 выше производи-;' теяшостя базового ояресгйгаля. ' .: "

Опыта показывают, что дет обеспечен;!« максимальной.произво- . дятельностл в рета-аз деаджяяяния требуется обеспечить соответствие между нагрузкой зевраЕяя, климатическими факторами и ориентацией установки. .йря яргжжзгаж установи! в качестве 'дистиллятора з период с низкими шзяяжз температурами желательно Использование ее по схеме плоского йяреснителя.

В третьей главе ргссигтривгэтся влияние климатических,-технологических факторов да выход пресной 'воды КСОУ в .режиме" хшмора-жквакая. '

Изучена - соленость -опресненной воды, полученной-катодом выкб-раглвания в КСОУ мобильного типа. На рис.10 показан ход изменения солености талой воды от. объема ее получения. Отсюда следует, что выход пресной воды, т.е. получаемый-пресный лед в СОУ наклонно-ступенчатого типа составляет 33% -от исходного объема рассола.

Эксперименты показывают, что процесс татаия льда я объем получаемой опресненной воды зависят'от плотности падещей солнечной, радиация при равномерном .температурном распределении в рабочем объеме (ряс.II). Однако в КСОУ равномерного температурного доля нэ наблюдается. Это требует корректировки условий заыорааявания для обеспечения последнего. , • ' . :

Для определения влияния техналогичесгл/х условий на процесс образования льда проведен эксперимент в трех вариантах'располске-кия лотков в КСОУ: в закрытом корпусе; окопко.открыто, лоток выпущен на -несколько• (яашягетров из корпуса к вне корпуса. На-рис. 12 показана зависимость льдообразования 6т ночных сукларкых минусовых температур округаздего воздуха при ■ шггсслясаяыых трех условиях внкбраетзпннл. В первых двух вариантах льдообразование прямолинейно зависит от суммарных минусовых'температур, а разни-

л

ца которых стремится к нулю по мере увеличения его количества. Для третьего варианта характерно интенсивное возрастание суммы минусовых температур окружающего воздуха до 100°С, далее

замедление. Вся масса (30 л) заправляемой воды соленостью 5,3 г/л замораживалась полностью при значениях = -240°С.

Эксперимент в режиме вымораживания проведен в трех сезонах: поздней-осенью, эимой и ранней весной. В табл.2 представлены энергетические характеристики СОУ, функционирующие в режимах термодистилляции и вымораживания.

• В переходном сезоне установка будет работать последовательно в двух режимах за сутки. При этом удельная производительность по пресному льду в зависимости от климатических и технологических условий составляет от 4 до 16 л/м^-сут, по дистилляту от 0,3 до 2/1 л/м2- сут. ' .

Изучено влияш!е формы образования льда, получаемого при разных полокениях лотка КСОУ на выход пресной воды. Результаты сравнительных экспериментов представлены на рис.13. Для создания переменной нагрузки в соответствии с неравномерным температурным распределением внутри дшшого опреснителя замораживание рассола целесообразно проводить при небольшом наклоне лотка по продольной оси О,С0 - 0,8°. ■ . . - -

На -основе проведенного расчета на примерах четырех пунктов Гоби определены оптимальные углы наклона КСОУ по месяцам и решш азимутального поворачивания ее в течение дня до величине падающей солнечной радиации и'удобстве эксплуатации.

Расчеты показали, что целесообразно установить опреснитель при режиме - термодистклляцип под постоянным углом, а при реаиме вымораживания желательно изменять один раз ц месяц на величину, равную оптимальным значениям для' данного месяца. Тогда разница между количествами годовой суммы падающей солнечной радиации вариантов вше' предлагаемых и изменяемых в кавдом месяце в соответствии с оптимальным значением в Гобийской зоне кроме Увса-нурской -Котловины не превышает 2,5$. .• ' ,. .

В случае, когда поворачивание азимутально проводится 3 раза в день падающая солнечная радиация-на 11,5% вкае неподвижного варианта, ориентированного на юг-, .а в варианте, повернутом в каждый час - ниже на 1,1$.

С целью определения необходимых размеров к числа ступеней для обеспечения оптимальной емкости данной СОУ были' проведены ма-

Таблида 2

Энергетические характеристики. СОУ, фуккционнрундях в реяшлах терысяистиикщп а

. ' выморазивашя

_ ^Образовавший-* Получение та-: Производите- •

лед за ночь;лой воды за -льность по пр-:

'to2.-5 . о :день, :есном7 ладу, :

сут. : кг/ ш : л/м2

02.XI.90- 4280 -9,0 "оТэ" ~ï,l~ J fi "з0 л7415А14,7 2l73*27,5 2878* 7,3 1о7б"*"13,7

I2.XI.90 3584 -18,0 -10,0 2,4 5,0 30 1,130 22,1 26,2 30,0 28,7 28,5 28,5 П,0 13,1 15,0

22.XI.90 3385 -16,5 -13,6 1,1 5,0 30 - 24,7 28,0 30,0 28,9 28,8 28,8 14,7 14,0 15,0

02.XI1.90 .2844 -15,0 -9,2 2,1 5,0 30 0,325 27,1 28,6 30,0 16,3 15,1 J3,7 8,1 7,5 6,8

12.ХП.90 2620 -15,2 -10,9 1,8 5;0 30 - . 13,2 17,5 26,5 24,8 22.5 14,0 10,0 10,0 7,0

22.ХП.90 2954 -18,1 -15,2 0,9 5.0 30 - ■ 23,2'25,6 28,1 19,4 16,9 21,8 10,0 9,7 8,5

02.01.91 ЗооО -24,1 -16,7 2,4 5,0" '.30 - ^8,5 20,0 20,0 9,1 8,6 8,7 4,5 4,3 4,2

12. I.9I "3766 -29,0 -23,1 1,0 5,0 -JO - '20,0 20,0 20,0 7,8 7,4 7,2 3,9 3.7 3,6

22. I.9I 4013 -29,0 -23,2; 1,4 .5,0 20/ - 20,0 20,0 20,0 8,4 7,9 8,1 4,2 3,9 4,0

02. Л.91 '3513 -20,5 -10,6 0,3 5,0 30 - '27,3 30,0 30,0 II.7 9,0 8,8 4,8 4,5.4,4

12. П..91 3969 -13,9 - 6,0 -1,5 5,0 SO - 10,8 19,7 25,9 29,8 29,9 29,8 5,4 9,8 12,9

22. П.92 4IÖ9 -13,1 -7,3 2,1 5,0 30 0,310 26,2 28,7 30,0'25,3 22,8 21,5 13,1 15,1 16,0

02. Ш.92 3700 -12,0 -6,7. ->,0 5,0 30 0,300.1512.19,8 27,8 29,3 29,4 29,2 7,6 9,9 13,9

12. Ш.92 4010 -7,4 -5,3 2,4 5,0 SO 0,980 15,6 20,3.23,1 28,0 27,5 29,0 7,8 10,1 14,-5

22. ш.32 4558 -2,2 0,4 1,6 .5,0 30 .: 1,945 - 1,2 ' 4,6 29,6 .29,7'29,в : 1,2 . 4,6;

02.IY.92 5204 .-5,3 0,1 2,8 5,0 30 '2,450 Г,7 6,2 .9,3 27,2 27^3 26,9 .1,7 6,2 9,2Р.

Дата ', измерений

Упад' foc*" '^i '

вт/м2.: : в»: "ив

сут.: ноч- :днав- :г/л

■ •. : ная : ная : • :

- л

шшпше.расчеты при следующих условиях: число ступеней Л = 7-16; высота У = 1,0 да; длина £ = 7,0 дм; ширина X = 12,5/л и утол наклона установки к горизонту 20-71°, тогда емкость заправки можно, рассчитать по следующим выражениям;

9 - 1/2(Х1-угС п) (2)

где ^¿и - ширина и высота вода, заливаемой в ступени при I -ом варианте,

= у V

* ч, ,, . , > яри т >«. (рис.14а)

0С{ --

& =0гм$1гп))/п\ т т<с (рас.140)

а; = Х /

Так как угол наклона корпуса (рис.14а) выше, чем угол Сокового конечникй,съемной ступени, вода переливается вниз через перпендикулярные ребра, в противном случае (рис.146) это следует через горизонтальные ребра. На рис.15 представлены результаты данных . расчетов, из которых видно, что емкость заправки изменяется от 9,0 до 43,6 л. С-ростом числа ступеней уменьшается ширина горизонтальных ребер, которая приводит к уменьшению емкости заправки при небольших значениях угла наклона.

На рис.16 сопоставлены годовой ход изменения падандей солнечной радиации и емкости исходной заправки установки в трех вариантах углов наклона для Даланзадгада. Из рисунка видно, что при варианте изменения углов наклона в каждый месяц (Л I) соответствует максимальное значение падающей радиации. Однако емкость заправки данного варианта значительно расходится с оптимальным ее значением, что приводит к уменьшению производительности. Таким образом, на производительность экспериментальной СОУ влияют также противостоящие факторы, "

Учитывая предложения некоторых, авторов ж результаты расчетов, обоснованные на фактических данных,..а также небольшие разности, количества падащей..солнечной радиации.у вариантов-с углом наклона ТПр 24° и ГП,= 30°, из .рис. 16 бил выбран угол наклона.в реш1-ме термодистилЛяцш равный Щ;= 29° ^ля Гобийской зоны. В этом случае (как и на рис.15) дожно определить число ступеней равное Т}= 9. ' ' ' ' .

В четвертой глвпв приведены результаты испытают СОУ стационарного типа и опыты -эксплуатации.предлагаемой КС0.У в .климатичес-

ких условиях Монголии и расчетные результаты технико-экономического обоснования возможных методов обеспечения пресной водой потребителей Гобийской зоны.

Построена одна секция (рис.17) СОУ стационарного типа площадью 19 ъ?, разработанная туркменскими специалистами, и проведены экспериментальные испытания в климатически условиях г.Улаан*--баатара. В таблице 3 приведены результаты проведенных исследований в сопоставлении с результатами, полученными при испытаниях аналогичной установки в климатических условиях г.Ашгабата. Были изуче-

Таблица 3

Сопоставление экспериментальных данных двухскатных лотковых СОУ полупромышленного типа

¡Суммарное кали- ! Среднемесяч-!Среднеме- 'Удельная про-¡чество падающей !ная темлерату'.сячная ско!йзводитель-Месяцы ¡солнечной радиа-!ра окружающего рость вет!ность секции, ¡ции.ккал/м^-.мес ¡воздуха, иС !ра, м/с ! л/м^.мес.

! А ! Б ! А ! Б ■! ! А ! Б ! 1 А ! ! Б

I 8300 - 3,6 1.1 - 14

л 91200 - 4,1 1.3 - 28 -

ш . 110000 - - ВД.0 - 1.6 - 54 -

1У 119000 II1900 18,0 10,1 1.8 2,9 43 19

У 153000 147900 24,7 18,0- 1,6 3,8 100 51

У1 176000 169200 28,4 20,8 I.? 4.3 135 69

УП 179000 149000 29,7 24,8 2,1 1.7 145 72

УШ 167000 131000 26,8 20,3 1.6 2.1 125 64

IX 132000 ШООО •22,1 14,8 1,3 2,8 86 42

X 97000 7ШШ 16,3 ' 0,6 1.4 2,0 47 16

XI' 77600 - • 11,6 - 1.3 - 58 -

хп 56900 - 10,6 - 1,2 10 -

А - Ашгабат Б - Улаанбаатар

¡щ эксплуатационные особенности функционирования, удельная месячная производительность СОУ с апреля по октябрь включительно. Как видно из табличных данных, г.УлаанбааТар по климатическим факторам существенно отличается от г.-Ашгабата. Таким образом, за сезон -работы лоткового СОУ в Улаанбаатаре было получено 320 л/м2 дистиллята без учета сбора осадков, что составляет А1$ от производительности опреснителя, работающего в условиях Ашгабата.

В результате длительных экспериментов, проведенных на секции двухскатного солнечного опреснителя при климатических условиях Улаанбаатара выведены следующие заключения:

- в зимний период года установка данного типа без дублера

и конструктивных изменений не работает в северных районах Гобийс-кой зоны;

- в переходные сезоны: ранняя весна, поздняя осень, когда. температура окружающего воздуха ночью падает ниже нуля, а днем положительная, производство дистиллята уменьшается за счет замерзания, последнего в трубопроводе.

Проведены сравнительные испытания двух опытных образцов односкатной СОУ (рис.17). Один из них снабжен дополнительным элементом, позволяющим интенсификацию процесса термодистилляции. . Результаты сравнительных испытаний, проведенных в течение сентября 1991 г. приведены в табл.4. Причем наличие дополнительного испарителя в лотке в виде гигроскопической ткани повышает производительность установки на Ю-100^.

\ Таблица 4 Контрольные испытания односкатных лотковых СОУ.

Дата ¡Уровень! лТ\ -¿„п ! V/* ! & , мл/м^сут

Iзападне! * «л»-

изЙШе~ !ния рас!Вт/1^сут! °С ! м/о ¡Базовый ! СОУ с ин-

!солом I • • . ! ! ¡вариант ! тенсифика-

!лотка, ! Г .! ! СОУ ! тором

I Ц ,см! I ! ! ! •

6.1Х.91 5,7 4464 14,3 0,2 1067 2043

7.1Х.91 5,7 4770 • 14,2 0,6 1268 2403

8.1Х.91 5,7 4292 10,3 1.1 1302 2447

9. IX.91 5,7 5399 • ' 10,9 6,7 1323 » 2424

II.IX.9I. 5,7 • 5133 11,3 0,4 1485 2748

19.IX.91 5,0 4867 12,3 0,7 1502 ■ 2757

20.IX.9I 5,0 4293 12,5 0,9 1081 1964

21:1Х.91 5,0 4584 14,7 0,6 1451 2754

22.IX.9I 5,0 4681 • 11,4 - 0,3 1435 2717

23.'IX.91 4,0 4284 11,8 0,8 • 1162 2316

24.IX.9I ' 4,0 3872 10,7 0,7 1272 2351

25.IX.9I . 7,0 1458 2,9 0,5 " 357 653

27.IX.9I '7,0 . 4457 3,4 .0,7;. 1127. 2271

28.IX.9I 7,0 3876 12,2 ■1,0- 1064 ' 2051

**

На основе опытов эксплуатация и расчетного определения раз- ' работай технологический регламент эксплуатации СОУ в ГобийскоЯ зоне Монголия и представлен в табл.5.

Таблица 5

Технологический регламент эксплуатации СОУ в Гобийской зоне Монголии

а/а СОУ |Показа- . ; тель | I ! П ш 1У!. У ! У1 !УП !УШ !1Х !Х !Х1{ ГХП|

Холо-Д1ШЙ Переходный Теплый Пере!Хо-ход-!лод ннй ИшЛ

I т Эд.-л/м2 впл-кг 183 5 340 23 321 703 16 -297 263

№3 бд.л/м2 ©ЛЛ» кг 17 13 52 337 9 - 32 -

2 М Угол наклона, град 64° 53^ 38° 23° 61° 66°

КЗ 30°

3 №1 Азимутальная ориентация Вращать 3 раза в день за солнцем

ЙЗ Ориентировано на юг

4 а I емкость заправки, л 20 30 • 20

#3 — 20 30 20 -

5 м периодичность заправки 1-2 р аза в - 1......- ....... 1-2 раза в неделю С-2 I в день заза

из ■ — -

6 Й1 периодичность ели в £ рассола В каждый Один раз в месяц Б каа чип день

да - -

7 №1 Положение лотка ипи вимораи!-вании В зак рнтси корпусе Вне КОрЛ! са я •¡•о.и0 - 0 Вне кор -уса ьг 3,6} о а1 3 за ФИГОМ адресе

Учитывая факторы, влияющие на работу солнечного опреснителя, территория Гобийской зона разделена иа три района (лустишшй и • полупусгаишй, степной и сухостепной, Убсанурская котловина) и

✓f

определена критические точки эффективности СОУ на их примерах (рис.18).

Для попарного представления экономических показателей при различных методах обеспечения пресной водой населения в Гобийс-кой зоне использовались следуодие сопоставления:

1. КСОУ мобильного типа (вариант I) и вариант гужевого транспорта (вариант 2) для нестационарных потребителей.

2. СОУ лоткового типа (вариант 3) и вариант перевози! автоцистернами (вариант 4) для стационарных потребителей.

На рис.20 представлены годовые' приведенные затраты сравниваемых вариантов для трех районов Гоби. При этом установлено, что предлагаемая КСОУ мобильного типа экономически выгодна в случае, если расстояние до источника пресной воды в среднем но менее .10 км, а для СОУ стационарного типа - 15 юл.

ВЫВОДЫ

1. Анализ современного состояния энерговодоснйбкения Гобийс-кбй зоны, ее природно-климатических и хозяйственных'особенностей указывает на целесообразность решения проблемы питьевого водоснаб-

- кения потребителей за счет опреснения минерализованных вод с помощью солнечной энергии и природного холода.

2. Впервые в отечественной практике проведены сравнительные натурные испытания опытно-промышленных моделей СОУ известных модификаций (была'построена яелезобегонная солнечная опреснительная установка по проекту-туркменских ученых, созданы модели мобильных односкатного лоткового и плоского опреснителей к другие), Проведены круглогодичные испытания,-изучены опыт эксплуатации и особенности их функционирования в природно-климатических условиях Монго-

' лип. •'".'''.'

3. На. основе анализа выявленных недостатков известных СОУ была разработана комбинированная мобильная конструкция, способная работать в режимах плоского я ступенчатого опреснителя, а татае в режиме вымораживания (авторское свидетельство JI54I, Монголия, 1991).

4.. Проведены натурные .многофакторные экспериментальные исследования по определению энергетических характеристик предлагаемой СОУ при различных климатических и рехимлых параметрах. Изучены распределешя температурного поля рабочей жидкости,, особенности льдообразования и вывода пресной воды из установи! от характера воздействия внешней среды и другие вопросы.

5. Проведали числегаше исследования влияния ориентации СОУ на его нагрузку и приход солнечной радиации на светоирозрачиое ограждение опреснителя. Предложена эмпирическая зависимость для определения оптимальной нагрузки СОУ в зависимости от интенсивности солнечной радиации (среднеквадратичная ошибка 51,2 Вт/м^сут). Расчеты проведены на ГСШ "Мопед".

6. Сравнительные испытания СОУ показали, что в климатических условиях северного района Монголии одытно-промыашешшй лотковый двухскатный опреснитель функционирует в течение 8 месяцев с сезонной производительностью 320 л/м^сут;

- опытный лотковый односкатный опреснитель имеет аналогичные показатели, однако при снабжении его дополнительным испарителем в виде гигроскопической ткани производительность лоткового опреснителя повышается на 80-100?;

- плоский опреснитель функционирует также сезошю, однако максимальная производительность его составляет 4,2 л/ц2>сут;

- предлагаемая КСОУ мобильного типа функционирует круглогодично, за год шрабатывает 918 л/м2 дистиллята и 1480 л/м^.пресной воды за счет вымораетвагшя, максимальная проазводителыюсть составляет 4,1 л/м2«сут дистиллята.

7. На основе проведенного комплекса натурных и расчетных исследований были уточнены параметры конструктивных элементов предлагаемой КСОУ и разработан технологический регламент.

8. На базе систематизации данных о колодцах составлена схематическая карта степени минератизащш грунтовых вод Конголии н проведено районирование Гобийской зоны йонгсшш по эффективности использовшшя солнечных опреснителей.

9. Базовый вариант КСОУ принят в национальный стандарт Монголия (УСТ—4005—Ь9) и рекомендован к внедрению в народное хозяйство.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Акамов и., Лодой Т., Байрамов Р.,' Сейаткурбанов С. Результаты испытаний секции двухскатной солнечной Опреснительной установки парникового тина в г.Улан-Баторе.-Труды ИТ АН ШР, 1982.-

й 21,- С. 200-205. ••

2. Лодой Т. Солнечный опреснитель.-Вестник техники и техно-' логии, 1990.- Л I.- С. 4В-49.

3. Лодой Т., Чугуевец Т.П., Халтай Л. Одна 'технология солнечного опреснения соленых вод.-Сообщение ШГ АН Монголии, 1992.-

И 92-04.- 12 с.

Дс

4. Лодой Т., Чугуевец Т.Н., Халтай Л, Эффект применения гигроскопического материала в СОУ парникового типа.-Сообщение ИФТ АН Монголии, 1992,- & 92-05.- 4 с.

5. A.c. £.541, Монголия. ЫКИ 24 3/02. Солнечный опрес-1штель //Т.Лодой,, 1991.

Таржидын Лодойыц .техники ылымларытщ кандидаты диен алымлык дерея^сини алмак учин "Монголияда гун сув суйа^-едияда десгала-рыяы ишлэп дузмек, дореткзк вз уланмагын, теж^риоелери" диен тема-дан язан диссертациясынын,

РЕФЕРАТЫ

Шу диссертация ишивд гезек бирнэче халда иилемэге укыплы болан япгыт ве япгыт Оасганчаклы хем-де доодурма халында ишлэп билйэн гун сув суйж£дшщ дёсгаларыны ишлэя дузмеклигё, доретмек-лиге багышланды. Илкинжр гезек шшы барлагларыц телуриоесияде, хбдурленилйэн ве белли болан гун сув суйадцыде десгаларын теоигы хова шертлерине баглылыкда энергетик хем-да ражим ягДайлары анык-ланылды. Гун сув суйвдцижр десгаларыц дурли гернушинде бутин йылын, довамында хакыкы барлаглар гечарилда. Десгаларын, уланыш теяфибеси ве 'Монголиянын, тебигы хова шертлеринде уланмак мумкинчилиги ве оларыц зсасында. десгаларын, конструкциям хем-де конструкция мате-риаплары шшхеншшп дузулда.

• Хакыкы ве хасаплы барлагларыц эсасында ходурденилйэн гун сув суйвдцщи десганын конструктив болеклери говуландырылды хем-де технологик уланыш дузгуннамасы иаленидип дузулди.

. Хедурленилйэн десга Монгслиянын, ыалли стаццартына УСТ-4005-Ш номер билен алынды ве халк хоярлыгына оряашдырмага ругсат оершщи.

Гун радиациясына'баглылыкда гун сув суй^едиад десганыц ишлэп билдек мумкинчилиги эмпирики баглылыкда алывды.

Режеленен барлаглар эсасында гуйыларкн, биринжр сув гатлакла-рынын, дузлылыгшвд тазе схематик картасы дузулда.

Рис.1. Схематическая к^рта кинерализадаи грунтовых вод Монголии. .

-20-10 0 10 -с ос,"С'

Рис.2. Число днем с температурой превышающей соответствующие пределы

I И • \'Ш ХП м е. с я ц и

Ркб.З. Годовой ход те:.шератури воздуха для характерных пунктов Гоби.

Al

Рис.4. Схема СОУ кобялвного типа.

-J*®**' кодом; й-яотсжг 4-enw«»J 9 -СТОЙ**

Uhwtjb; 7-емо; в-мтруОок; 10-мл; U-опорвм we«; C-CRoûà; И-едэяггвая} 14-сдосяЗ сирмяь; 1&»ааыо>; .

е,

4000

Fk-ï

Рис.6, Зависимость производительности от нагрузка: заправляемой воды

Рис.. 5. Пршгцзппатьпая схема измзрений экспериментальной установки ;

5-iciurrjeea« j«e#io*K6í'6-weipMonn»c*a4

6-м?ютр$ 10-в«рв«мгт П-пичаяотр; . Ц-жткж; ККдереяоскоХ apitop яла пмрмп мшиш.

1- Û • W70 И/«2.«»!. . V/i-0,2 »/«5 m ; JU.ÏB.

а - С»5в10 иЛ?«еут.; j®C; "/с; ffJ¿>5*; 05.11.

а - foe«H.2°C{ »/es m-as»; C7.il.

4 « û<i?4<3 »t/i^-cyt.; ^-е./ЪЦ-в.ЬиЛ; m ^s": IS.«.

S - /^-il.^C; к/с: 77« «40®; 21.U.

б . <?»V7T¿ »t/^'CjT.i ¿<*»Jl.4eC}W,-0.;> м/с; 171 -40°; :-2.U.

7 - »r/^'Cjt. ; .^C, V,-0.b м/с; /ЛИС»;

в - k'л*с.1 */c: JTMc"; 24.П.

9 > ókáTVO «/i^'cyt.; i ос- 9,4вС; W,«0*1 Ve: PI -40° i 27. u.

10- Ö »4/90 гт/и^егг.; m-40»; 03.1.

Ii- . 1йД.

is- ûwiJSO rr/^-fjf.j ¿oa* Ч"0*2 ИЛ.

■Рис.8. Ирпрость температуры води по ступеням в СОУ-I я СОУ-2,

а - продольная ориентация СОУ; d - поперечная ориентация

СОУ.

заправки от лэдакщей солнечной ' водительностп сравниваемых

радиации. ' вериадтоз опреснителя.

С«,

7

I •

г/л

^пад 5000

3000

1000

V

. 21 19 гг 15 13 II талая вода (литр )

Рис.10. Зависимость солен-косте талой воды от объема её получения.

4 С^исит/»г.сут! К -с.с°.

. 1 —о.и'с, О-илоетЛГ'сл;. К.-0,0°.

2

12

6 8 10 л ё д (кг )

Рис.II. Зависимость объема опресненного лада от пацавдай солнечной радиации на поверхность опреснителя.

-го -«о _ео -во -100 -но -160

Рис.12. Зависимость льдаоб-разование от суммарных минусовых температур воздуха при разшй. условиях вымораживания

Рис.13. Ход изменения соленности кости талой води при розных режимах работы.

е ю I* 1е :в го -а 2* гв

• лая 1 о а ■ ' { лч )

3

Il IY YI m x ' . xn

Рис.16. Зависимость i'.^zxj расчетшдд! данными для м. Датанэадгада.

Рпо.17. Схема двухскатной СОУ.

Рис.18. Принципиальная схема опыт1шх образцов лоткового солнечного опреснителя односкатного типа.

а,-базовой вариант; б.-вариант с пнтонсифякатором

92 36 100 104 108 112 П6 120

92 96 100 104 108 112 116

.Рис.19. Схема районирования Гобийской зоны Монголии по эффективности солнечного опреснения.

Критическат точка эффективности СОУ при Сив =5,0 г/л :

КСОУ '[.обильного типа:

0айонй:

I

II Ш

более 9кгл . -"-10 юл -"-22 юл ■

СОУ стационарного типа:

более II. ил -"- 15 юл 18 1см

Рис. 20. Сопоставление приведенных затрат различных вариантов выработки питьевой водн.

а. - вариант КСОУ п доставка воды гужевым транспортом .6. - лариант 'СОУ и доставка воды авто:)ОдоБОзаки

I, Л, И - районы ГобийскоЯ зопы

__Заказ А; $-{39 ■ Тираж УСО

Индивидуальное предприятие «ГАРЛАОАЧ» 744012 г- АшгаВат,. у^: Советских. осгран'ршнков; 92а.