автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Термодинамические модели абсорбционных генераторов холода на основе возобновляемых источников энергии

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ХОЛОДА

РГБ ОД

На правах рукописи

Хацдад Самир Наджиб Айюб

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ АБСОРБЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ХОЛОДА НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Специальность 05.04.03 - Холодильная к криогенная техника, системы кондиционирования

Автореферат диссертации на соискание» ученой степени кандидата технических наук

Одесса-1938

Рабата выполнена в Одесской государственной академии холода

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В.Л.Мтур

Научный консультант: ^ кандидат технических наук,

профессор Б.И.Псахис Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

А.ВЛорошснко

кандидат технических наук, доцент >" ЛЛЬМорозюк

Ведущая организация: НПО "ШТОРМ"

Защита диссертации состоится мая 1996 года в часов на заседании специализированною совета Д.05.20.01 при Одесской государственной ¡¿садемии холода по адресу: 270100, Одесса, ул. Дворянская 1/З.ОГАХ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке О Г АХ Автооеферат разослан ** " апреля 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д.05.20.01 доктор технических наук, профессор В. А.Календерьян

Исх. N

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Опасность необратимого изменения климата за счет производства всех задов энергии в результате антропогенной технологической деятельности по эцеикач различных специалистов может возникнуть перед человечеством, когда будет преодолен порог производства экергни, превыш -ющин 1% от эбшей эн'.-ргин падающего солнечного излучения. Поэтому применение жологичсски чистых 30100Н0яляемых исто'пшкоз энергии. п первую очередь, :однечной энергии, в холодильной технике и конжмргокировании воздуха шляется актуальной и перспективной (иучно-технпческой проблемой.

В настоящее время более 60 государств имеют национальные трогрзммы в облает использования возобновляемых источников энергии. Основные усилия направлены на создание систем и установок по преобразованию солнечной энергии в электрическую, отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха и сушки сельскохозяйственной продукции. Ежегодное мировое производство солнечных коллекторов превышает 3 млн м2 и является косвенным подтверждением внедрения солнечной энергетики а экономику многих стран. Однако наименее ( изученными объектами являются солнечные генераторы холода.

В современш« условиях роста цен нз электрическую энергию поиск новых технических решений в процессах и технологиях производства холода, ориентированный та использование дешевых термических источников энергии ( солнечное излучение, сбросная теплота промышленных производств!, сжигание газов и др. 1, представляет собой важную научно-техническую проблему, которая определяет уровень развили холодильной техники и кондиционирования воздуха.

Перспективность использования возобновляемых нстечникоа энергии для генерации холода в странах с жарким климатом и ограниченность научной ¡иг,формации о термодинамических процессах, определяющих, я конечном итог е, экономическую конкурентоспособность новых технических решений и новых рабочих тел, стимулировали интерес * созданию новых компьютерно-ориентированных методов моделирования, предсказания и се; опии циклов абсорбционных холодильных машин.

Осптпая цель настоящей работы - разработка расчсп:о-теоретическнх методов 1тро1 кодирования термодинамической эффективности циклов абсорбционных генераторов холода на основе возобноьляемих источтхоа энергии для различных нерспекгитгых рабо'П« тел.

Для достижения с формулированных целей были поставлены н решены следующие осиплчые ттоачн:

• моделирования термодинамических свойств основных перспективных рабочих тел абсорбционных холодильных машин ( системы: 1л8г - Н;0, N11, - М20, 1>Вг - N11 - Н,0. Шт.'гпвтг - СМ,ОН, СИ,ОН, ^.•^0/к^,0v'Na^,0з - н2о н др.),

• моделирования процгссов аккумуляции энергии а форме теплоты для материалов с изменяющимися ф&здвыми состояниями с целыо эффективной утилизации солнечной энергии;

• оптимизационного термодинамического анализа предельных возможностей необратимых циклов абсорбционных холодильных машнн:

• поиска и сравнительного термодинамическою «шйлиза основных проектных характеристик для рекомендуемых схем абсорбционных генераторов холода;

• разработки программных продуктов в форме электронных активных книг для расчетов показателей энергетической эффектиамостн различных схем eocojwu!!omibi\ холодильных машин.

Jiif'rii гу) нояизпу рсСюты составляют:

• расширение методов равновесного термодинамического анализа циклов абеороциошплх холодильных мгшшн с учетом керавновесносги процессов тешк>- в массопсрсноса;

• адаптация одномерной нестационарной модели пористой среды к анализу 1емиературиых нолей аккумуляторов энергии, использующих материалы с изменяющимся фазовыми состояниями;

• подход к решению задач комтюнсрно-ориентированаого проектирования абсорбционных геьераюров холода в рзмкдх CASE • технологии на основе методов интеолеетуольного моделирования и создания.электронных книг;

• результата моделирования энергетической эффективности перспективных циклон абсорбционных систем на различных рабочих т?.мх,.

Научное кплпжпше, защищаемое о работе:

li иитегриротиних компрессорио-ййсорй&мкпхх aiOpuduux системах генерации холода, утилизирующих солхечаучо энергии, означение в систему ексоиотаипсрап-уриих акзумуляторов энергии ( например, емкжгягй для храяеикя горячей води) Солее зисргапичссхи еигодно по сравнению с дополишпелшой . смумулацией низкотемпературных холодильник агентов ( например, аммиака ) t для обеспечения одинаковых ycnoatUi охлзхсдспля обьектаи.

: Практическая нсниость работы . _ Разработанная о диссертация технология моделирования термодинамических свойств рабочих веществ м основных критериев энергетической эффективности может бьпъ применена в практике компьютерно-ориентированного проектирования абсорбционных холодильных машин и тепловых насосов. Компьютерные работы файлы, представленные в системе MaihCAD, могут быть использованы производителями - холодильной техника. при проекгкрвзэдцш конкурентоспособных, по сравнению с коклрессиоиыми машинами, объектов на возобновляемых или втсг <чных кеточндазх энергии, таких кыс солнечные генераторы холода, домашнкг тепловое насосы иа газовом топлкв«, промышленные нагнетатели на сбросной теплоте ма:йч;скнх производств и т.д. В учебном процессе полученные результаты испслъзукггсл ври р&зр&богс; электронных книг дяа обучешаг спеца&пистоа в o&ucr>< холодильной техники к хгшкчсской «теологии.

Anpnfmrj-' г^'спы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных паучки« конференциях Одесской государственной академи.ч холода (1994 - 1995 ) ,, межвузовском семинаре по -применению - кгтодс-. матемзпР!еского моделирования в прикладных исследованиях ( 1994 ), IV Международной сс.чф-урекщги по экологии (1995).

Сгярукпуро ч объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, еклк>"гюшего 102 наименования. Работе положена на 112 страницах машинописного текста, содержащего 20 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введетш обоснована актуальность работа, сфориу.игроззна исследований, указана научная нсаилщ запиисое-чых положений и ретулгтатов. Рассмотрено современное ссстсжние вопроса о кжн-уржгпюспссобмостз '.бсор&даовных систем в условиях роста цен на электроэнергию. На осксяе илературкых дикых. сделан вывод о рзап::рения вотмозких прндожеккй йеербинонных генераторов холода з холодильной техник, гандтдеошфогакки i-очдуха- :j хи'лкчесмй технологии, ч<о «вилась стимулом '„it появления разработок в облает.: моделирования эффекгиакости юсорбиионкых систем.

В завккмости от природы мгэоюлежуляриых ■ллгенфкцирогзни три типа вялений: гйсорбш'.я ( в енггегггх зкядкег-п^плр ), дсорбипа ( з сиэтсмх raj-тиердое тело ) н химические реавдт. Двя существлггим утазыгаых хвпгккЯ нгобхоизю нодвссга тсплоггу от впги>:гго (сточиика для того, чтобы ссугеествить проиесс перехода из о."г:са фии !» •ругую. Источшткя энерпм для укатанных переходов могут был» о&еппг.-,!.; а счет сгорайiia ергюпгкекнх топлтта, утмл:шцнн жпхепотепихзлькгй еплоти или солнечного излучения. Рассмотрены термодизклкчеекие оиаты аботи сорбцноттх холодильных мпшнп, батируюсткеся sw разлоги всйста hi линия нэштая:« np:i занимай темпгрлтур* дд-i хтгдагг'ггз ( омпотгснт Г) н сорбента ( компонент 2 ). Осмогчиг сбд'гтл орюгргпкз s словиях Бл:глн:го Востока абсорбционных -олог'лгны*. >■ «¿лающих ка солнечней зиергаи, - зто прозпгодлгг лъгп н хсаис::::е нщевих продуктов.

Хлзсснчесгг* схема цикла аосорбгиюнней мгмзтш ■SiCTwv.i. а которой падздз теясоты 1фстсход1ГТ er ксто'я;;:тз еодиг'гисЭ leprwi обладает следующими crm'crnr-ui: пром^одстео холод осуг^кгплчетсз толисо » л::с;!!ог recti;

рябочнгх темпгрзтур а шдлеггеге от SO С !20"С; ч тачсстсг пзрм хладагент-госсрбеит сС'ычно гегт?,'vry:oг тг.-'уз NK|-K;0 для холодильных систем, лгбо I(;0-Liik для семшисажигеезаяя

вопуха;

управление ус1Л!юякой .vnn трепано r:o DK omwrs к неепшйкаруым изменениям тгплопого потом or коилсютрд.

• отношение производства холода к поступающему потоку солнечной энергии достаточно высоко - е. ~ 15%;

• автономность системы обычно обеспечивается за счет выработки электроэнергии с помощью фотоэлектрических элементов;

• габаритные показатели такой схемы относят к числу средних или больших.

Установки периодического действия характеризуются тем, что солнечный коллектор является генератором в дневное время и абсорбером ночью. Поэтому производство холода осуществляется в ночное время.

Исследования солнечного излучения в. странах Ближнего Востока достаточно хорошо известны. Было установлено, что максимальный поток солнечной энергии может быть воспркн»т коллектором, если eró угол наклона выбран равным широте ыеспюстк. В реальных, условиях угол наклона коллектора должен устанавливаться на 5е - 10° больше ( меньше ■) в зависимости от конечной цели - нагревания или охлаждения. Минимальная величина потока солнечного излучения необходимая для работы холодильной установки находится в пределах от 3 до 10 МДж/м2.

Эффективная утилизация, возобновляемых источников энергии с периодическим максимумом интенсивности во многом может быть достигнута применением различных конструкций аккумуляторов энергии. В странах с жарким климатом экономию дорогостоящего искусственного холода получают от таких возобновляемых источников, как холод зимнего периода н низкотемпературный ночной воздух.- Аккумуляцию солнечной энергии обычно реализуют в устройствах, использующих теплоту фазовых переходов, где накопление энергии осуществляется за снет нагрева или охлаждения рабочих сред с высокой теплоемкостью ( плечные или водяные аккумулггоры, обладающие -простой. конструкцией, но имеющие плохие характеристики компактности ). В -настоящее время более эффективными аккумуляторам« энергии являются устройства, использующие скрытую «плоту плавления и кристаллизации рабочих веществ, что позволяет добиться хороших экономических показателей за счет большей энергоемкости и приближения к нэотермнчностн процессов нагрева н охлаждения теплоносителей. Стремление увеличить поверхности контакта между естеством, изменяющим свое фазовое состояние, и теплоносителем привело к создашпо систем с аккумулирующими элементами, которые смеют максимально развитые поверхности теплообмена.

-Рассмотрена принципиальная схема конструкции и представлена математическая модель аккумулятора энергии, в котором вещество с изменяющимся фазовым состоянием находится внутри упакованных сферических капсул, помещенных в цилиндрическим контейнер. Слозсэш геометрическая структура такой аккумулирующей системы затрудшет получение информации о распределении температурных no/tii непосредственно из уравнений энергии.

В режкме зарядки теплота от холодного источника передается i аккумулирующему веществу, которое кшекает свое фазовое состояние например, затвердевает, а в режиме рафядкн происходит передача энергии oí аккумулирующего вещества за счет теплоты плавления к поток;

технологического существа. Таким образом, аккумуляция энергии позволяет cuiRsm» мощность жсиюдктъкмх машин к . сгладить граф ¡пат энергопотребления, что яграяерно для систем утилизация саянечкой энергии. t .'.'V:" \

Принципиальные схемные решения для аккумуляторов экергйН о большинстве случае:» Свшезы с термодинамическими свойствами н фзиовым поведением ^ггргоаккумупирукяието вешества. Оскоечые проблемы т моазю с5"ммирозатьсл«дук:щимофазо«с: ' ••;:'•' v.--'

• фаювое расслое кие вещества » процессе циклических тешкргпурмда,-' воздействий;

• увеличение термггчссгогосопротяалгниг между поверхностью тепдеебмепа я движущейся границей раздела фаз; -

• изменен»:: ебъсмаесыестЕЗ при фззевом переходе.

Разянчные' «конструктивные решения, устраняющие узсаззнаыз-трудности, включают* введение- специальных гелеобразуюшюс дочэвок, тепло про годящ:« матриц, эластичных вкладышей и т.п.. Среди гогмгяякых решений, устрадаяиздя рзеовогрекяые выкг проблемы, панболге пркаяекзгелшоя прзясТйайяетс« нгез fruid , Kanzawa (IPSO) wí использованию аккумулирующих веществ в спепиап.нь« капсула*, тот козэоляет ссаместить высокую плотность энергии хрг'-ния с прекрасными габаритными характеристиками. Простота технического решения, подтвержденная з экспериментальных работах, в то же время представляет значительные трудности для моделирования температурных полей о таких: систем?*, паскольну геометрическая структура обьеэтоз является достаточно сложной для гндродаиамичеезаго к термодангмическото сткетяя. Компромисс может быть достигнут при ргегмотреяии таккх с;:ед газ-капидлярно-ссристых. На рис. t представлена г^кнщипиалькгя схема системы аккумуляция Э1геря1И, анализируемая в данной работе.

Рис. I. Принципнальнля схема устройства аккумуляция энсрп;я с материалами. ншеняккцкчи ih-vwaoe состояние

Модель геометрической структуры в контейнере была рассмотри приближении одномерной капиллярно-пористой среды, в которой ш теплоносителя движется в аксиальное направлении. Вещество, изменяю свое фазовое состояние первоначально находится в жидком состояш1 сферических капсулах, которые упакованы в цилиндрическом контейн Во время зарядки теплоноситель обменивается энергией с капсулам; которых осуществляется процесс поглошошя н ахкумуляхдан теплоты, стадии разрвдки. например, в процессе ксгщнционирозакня возг происходит отвод энергии от капсул в рабочее пространство. Мехакн процессов теплообмена на этапах зарндга к разрядки не совпадают др; другом. Здесь мы ограничимся процессов зарадки, который большинства аккумуляторов энергия ноент универсальный характер огллчие от процесса разрядки, который Определяется виешшшн условия зависящими от технологии утилизацгт асо^зулировзниой энергии.

ОсиоЕная проблема определения температурного подл веществ капсулах за период времени зарядки сопряжена с переходом от жида состояния в переохлажденное твердое состояние. Удобно выделить временных диапазона в зависимости от фазовых состояний и темхзд упроеттяь модель аккумулятора энергии. Другие допущения связзш теплофнзичесяши характеристиками теплоносителя н аккумулирукш: вещества, которые предполагаются постоянным!:. Контейнер, содержа: капсулы, предполагается адиабатически изолированным. Ддя каждой временных областей представлены математические Модели, .оянсызст каждое из перечисленных фазовых состояний. ''.•"'*,'-Модель аккулп'ллтш энергии в кстсуле с жудкой фазой Уравнения энергии для пористой среды в безразмерных переменно записываются отдельно, как для капсул, содержащих аккумулируют! вещество в жидкой фазе, так н дж теплоиоенгела:

^Лк-?^ 0 >

дг ЯЛРе а:2 Л* р 1

¿¡в г ев1 1

~дт Юс Ре~&

—-оА .

я. 1>„ =.2 % Р } '

У рас* ние (1) описывает температурное поле аккумулирующег вещества в жидкой фазе как результат суперпозиции процессе кондуктивной теплопроводности в капсуле н межфазного теплообкага системе капсула - теплоноситель (хладагент ). Эволюция температурног поля теплоносителя определяется уравнением бшшгеа энерпш (2 > , котором наблюдается конкурента процессов коноекцзд теплопроиодности и межфазного теплообмена.

Начальные и грамчиые условия для уравнешш (1) И (2 записываются в виде:

к

r = О, Op = Op,, ef = Of, ;

дг = 0, = 0;

ex

P'

Q)

H)

¿3r éx

(5)

аккумучяиии энергии в капсуле /г прочеесс <Ьа~. югп пепехоба

Вторая область, для которой рассмотрен механизм акклму.шгии энергии при переходе из жидкого состояния в тгердое, описан] системой уравнений энергии для капсул и теплоносителя:

допежгкяыма уедззкями к» границах рассматриваемой времеююй областа:

Величина в^ может быть найдена из решения системы уравнений

баланса для жидкой фазы (I), (2).

Модель аккумуляции энергии в капсуле с твердой фатй Структура уравнений модели аккумуляции энергии хм области, жида содержимое капсул перешло в твердую фазу и находится в переохлажденном состоянии , совпадает с уравнениями (1Н2). Отличие заключается в необходимости замены свойств жидкой фагы на свойства

Решение систем равнений Осуществляли копечно-ралностным методом с аппроксимацией дифференциальных оперзгоров центральными конечными разностями второго порядка по пространственны« переменным и разностными отношениями "назад" второго порядка по сременн. Первая и нторзя области были разделены по критерия« перехода, принятым равными 0.2"С и |3 - 0.99 ( (1 = I соответствует твердой ф<ие ). В хгчегше материала, изменяющего фазовое состояние ныбрзнп вотз (гед). 'Для проверки ааекеатмост»! модели по имеющимся ограниченным ^еЧг-рлиеитальным ¿ентыч S. Ciien .i 1991) коэффициент тегоэперапчи подбирали таким осрамм , чтобы наилучшим образлм огтисать •^мг^рзтуры теплоносителя из входе и выходе. Обща* кярг.тз повелопня температуры вещества. изменяющего свое фазовое состояние, гнугрч кглсулы изображена на рис. 2.

'fi _ SlSte

(3)

ев, cQf 1 д*0,

твердое

Рс-11

1'ни. 2. Распределение температуры среды, изменяющей фазовое состояние, в капсуле

Решение уравнений баланса совместно с начальными и граничными условиями определяет температурное поле для каждой из областей в аккумуляторе энергии и позволяет найти инженерную оценку полноты зарядки аккумулятора из неравенства

П| > П, , И1 "> ( Ц - 1'(к))Х|, где индекс I отвечает режимам зарядки и разрядки, соответственна: Данное условие может быть достигнуто подбором величию».температуры 4>азо1;ого переходя Ц и соответствующих длительностей периодов зарядки и рл (рядки Результаты предсказания температурных полей

соиосмилеим с экспериментальными данными и проведена идешификацид модели аккумулятора энергии для водной системы с изменяющимся фазовым состоянием.

Тстк/Пннаинчсскнс лнхкчи абсчроцнтшых цчкчоч Появление новых рабочих тел и циклов для абсорбционных систем на возобновляемых источниках энергии привело к необходимости сохшим надежны•< и эффективных методов моделирования, что позволяет лычитению сократить финансовые - издержки экспериментальной проверки потенциально работоспособных схемных решений? В диссертации предпринята попытка применения современных к!)М111,ю1сри^гх средств ьросктирования в рамках информационной CA.SE ( ('••мртег Л:(]с>1 ¿оЛздаге 1пв1пеепп(; > -технологии для создания простых к дп(1\!1ных с ре. 1ст к моле.-ш^гаиня тнергегический эффективности л)ч^'||;1Ц"1ми.\ систем и различных прило.кеничх.

|н

Абсорбционная система рассматривается как некоторая af-cr ',к-п;;м система, состоящая из определенного набора синдарткых э üwinot • подсистем ( например , абсорбер , испаритель , генератор . к&ндснсатср и т.д.), которым поставлено в соответствие матемашчегю.с физических процессов, протекающих в данном элементе

АБСОРБЕР

Крстгий раствор

ГЕНЕРАТОР

ТЕПЛООБМЕННИК

'Пар

Греянцаа

Слабый раствор 1

жидкость

5

Слабым

psersop

КОНДЕНСАТОР

г

Игр

Крепкий

раствор

ИСПАРИТЕЛЬ

Обратный. поток

4

Прямой

ПОТО«

I.

4 (

Q > п^4"* > 3 ( Пар

Охл. среда

1 уЖкдгость

РЕКТИФИКАТОР

л

2 | Пар

, 3

02_ Греющая

«^neiv^_j

Опл. ереда о

Жадхостъ СМЕСИТЕЛЬ

4

.3

РАЗДЕЛИТЕЛЬ

3 »

1

. л-

1 : Пар

КЛАПАН

Риг. 3. Модели основных структурных элементов абсорбционных систем

На рис . 3 каэбрзжены графические предстаалення моделей основных элементов ябсорбц:к;:япл холодильных машкк , из которых можно конструнроктгь всевозможные схемы абсорбционных

систем . Основные уравнения представлены в форме уравнений баланса массы и энергии в алгебраическом форме.. 1. Закон сохранения общей массы :

£G/=° (5)

i

2. Захои сохранения массы для каждого из компонентов раствора:

£С<с(=0 (б) I

3. Згхои сохранения энергии:

Vhfi,=0 (7)

;

4. Опргделяюиие соотношения для:

термодинамических свойств

' Hp.Jt.c,)»0; (Б)

тепловых и днффузкекних пеггокоэ

q,-af ArfptTltc,)*0 . (9)

Характеристики процессов переноса теплоты к массы можно определить различными способами , используя возможнее методы усреднения градиентов температур и концентраций, которые задаются пользователем. В качестве к сходных данных задавали температуру, расход и концентрацию в определенных узловых точках и по этим данный определяли параметры остальных точек системы из решения системы нелинейны* уравнений (5) ...(9). Алгебраическое суммирование с уравнениях баланса (5)...(7) проводили по значениям индексов для каждого кз элементов , прслсталлешшх на рис. 3. Дла создания software, позволяющего принимать оптимальные решения при выборе различных вариантой абсорбционных систем была ислользозана методология интеллектуального моделирования - нового направления в системах. имитации, которое сочетает эвристические аспекты экспертных систем к. формальные математически: модели исследуемых процессов. База данных о термодинамических свойствах включает файлы, которые позволяют рзеечнгать по заданным температуре и составу необходимые определяющие соотношения (9) на оскояе аплрокснмационкых ¡лкнсимосгей для таних систем, как: l.iBr - HjO, NHj - 11:0, LiBr - NHj • !1;0. l.Uir/Znlifj - C il,ОН, CH.OH, LiNO,A;NOj/NïNO, - HjO. База знаний содержит информацию об элементах абсорбционной системы, венозные расчеты: итисн.чогтн и мрисшчсские правила формирования рагтичных exev. Лбксрбш'онный цикл рассмотрен как ориентированный граф, в которой узлы и состянети трактуются как ребра упорядоченные парами вершин. Лтыгйкые уравнения скианса описывают распределение потоков

! умах графа и число независимых уравнений равно рангу матрицы шциденцнн графа. Такая матрица формируется для проверки и включения возможных линейно зависимых уравнений.

Программная реализация обшего подхода к моделированию бсорбцнонкых циклов была осуществлена с помощью системы \!з:'1СЛЮ ! форме электронной книгн, ориентированной на приложения я среде У(пс1о,а5-95. В диссертащш приведены листинги программ, основные ссчетные зависимости дтя термодинамических свойств и узловых точек зяслов на различных рабочих телах, з также результаты в£..ч!к:гг!л*. ритериев энергетической эффективности циклов абсорбционных систеч.

Разработанная система модел1{роЕа»:кя циклов абсорбционных еяератороз хилода была использована для сценки перспективности азличных предложений, улучшающих'традиционные схемы утилизации о-чечной энергии либо низкопотенциальных источников теплоты. Оценка годового потока ддя плоского солнечного коллектора была проведена по лзсснческому уравнению НоПе^иТнШсг (1955). Вычисление солнечной адиацнн в течение года для условий юга Украины проводили по аррелхцнк в гауссовой форме.

Нахождение иелезмх функций энергетической эффективности иклов абсорбционных генераторов холода для различных рабочих тел рсводили в гавигимостн от имеющейся исходной информации о гргметргх в определяющих соотношениях (9) как методами ^гргетичегясго и зксергетяческого анализа, тсе и метода»«! :рмод»пшгкЕн га конеч5ам временах. Для более адекватного грмодн:!1'дагского анализа абсорбционных циклов, использующих алые температурные градиента, были учтены динамические ограничения а кокечность величин потоков теплоты и конечное^- протекания роцессоз. В отличив от классической концепции равновесного грмодкнамического анализа здесь считали, что обмен энергией между >.бочим телом и источником (стоком) происходит принципиально »брзттано га-га конечной разности температур и в течение конечного юмежуткз временя. Это позволило вгести законы теплопередачи посредственно в критерии термодинамической эффективности и дать их >дее реальную оценку. Энергетические показатели, определенные на ггималыгих необратимых термодинамических процессах , вычисляли ло отношениям для средних за цикл потоков теплоты от горячего и «петого источников в систему и коэффициента энергетической рфеетнаностн цикла абсорбционной холодильной машины:

СОР = (яо)/ (я)

В работе рассмотрены примеры расчетов критериев энергетической эффективности для различных абсорбционных циклов. Особое внимание было уделено комбинированным системам, .которые могут быть, при определенных условиях, конкурситноспособнымк при анализе корреляций "затраты - прибыль" но сравнению с компрессионными системами. Проверка адекватности термодинамических моделей абсорбционные систем является достаточно сложной задачей из-за отсутствия опубликованных данных о работе таких систем . Корректносп предложенного подхода была проверена па примере хорошо исследование» абсорбционной бромистолитиевой машины с воздушным охлаждением АБХМ-ВО, а также холодильных циклов различного назначения < использованием солнечной энергии. Схемы и результаты расчет о; приведены в четвертой главе. На примере моделирования гибридно? компрессношю-абсорбшюшюй системы исследован вопрос о пред почтительности выбора между высоко- к низкотемпературно! аккумуляцией энергии. В первом случае для сглаживания режилм работь установки используются емкости для хранения горячей воды, во ¿тором емкости для хранення хладагента ( аммиака ). Избыточное количеств« аммиака позволяет уменьшить концентрацию раствора, входящего 1 генератор, снизить давление в абсорбере и повысить максиму* температуры кипения раствора. Проведенный термодинамический анализ I моделирование возможных вариантов подтвердило правомсрност научного положения о преимуществе включения в систем; высокотемпературных аккумуляторов энергии.

ВЫВОДЫ

♦ Термодинамические модели абсорбционных генераторов холода реализованные в данной работе в форме электронных книг, позволяю нсслсдопать широкий спектр конфигураций циклов с различным! рабочими телами и не требуют от пользователя специальных знаши языков программирования.

♦ Создание нгдежных и эффективных методов моделирование абсорбционных систем даст возможность значительно сократит финансовые издержки опытной проверка потенциалы!' работоспособных схемных либо конструктивных решений 1 осуществить планирование минимально необходимых экспериментов.

« Одномерная модель пористой срсды с параметрам идентифицированными по данным о температурах теплоносителя н входе и выходе и> аппарата адекватно передает и достаточно надежи предсказывает распределение температур в материалах изменяющимся фазовым состоянием - наиболее перспективны аккумуляторах эпер!ии, используемых для эффективной утилизаци солнечной энергии, о Оценки предельных возможностей энергетической эффсктивност реальных абсорбционных генераторов холода, учитывающие конечны

времена процессов тепло- и массопереноса от источников (стоков) к рабочим телам, дают более адекватную картину степени совершенства абсорбционных систем по сравнению с традиционными методами термодинамического анализа ( энергетическим и эксергетическич

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Зеайтер А., Хлддал С., Мазур В.А. Компьютерные модели • энергетической эффективности абсорбционных и компрессионных

холодильных машин. В кн. "Применение вычислительной техники и ■ математического моделирования в прикладных научных исследованиях ".ОПТИ, 1994, с.34:

2. Хаддад С. Термодинамические модели рабочих тел абсорбционных холодильных : машин. Тезисы докладов научно-методической конференции "Теория я практика вузовской науки", ОГАХ, 1995, с.36.

I. С.Хялдад Перспективы применения солнечных генераторов холода. Труды IV Международной конференция по экологии. Одесса - 1995, с. 36. ' . • • . / ...

Обозначения:

9 = ( Т - WCT-U г = t/ta х = X/L, tc - L% Г- температура ( X \С -пеплоемкость ( Дж/кг К X ' - время (с X коэффициент теплопередачи ; Вт/м1 °С X « - скорость ( м/с X - координата, к - теплопроводность ; Вт/ы °С X А - теплота фазового перехода ( Дж/кг X Р - плотность ; кг/м5 \ е - пористость, L - обшнй размер цилиндрического контейнера ' м ), На = (1-4PlCv tpfcf - отношение эффективных теплоемкостей п:*умупирующего вещества и теплоносителя, Ди. » кц\} - отношение [ешюпроводностей аккумулирущего вещества я теплоносителя, St -iL'ucfCf-число Стентона, Sit" CJT'р, • TJ'A - число Стефана, Ре - число lerne, d - эквивалентный диаметр капсул ( м X ß - массовая доля 1 ккумулирующего вещества в твердой фазе внутри капсулы, G - массовый эасход ; А .- энтальпия; с, - концентрация; -<A7V феднелоггрифмический температурный напор, / - теплопередгющая тевсрхность ( м2 X А/*- поток кассы, обусловленный градиентом адкцектргций. Индексы /. р характеризуют теплоноентель н вещество с пмеияющимся фазовым состоянием, соответственно. Индексы Я и/, -ц>растеризуют высокотемпературный и кнзкотемпературиьш источники жерпгя, 0 - пгрзметры скрукаюшей среди.

лнотлцы

Хадаяд С. Термодинам! чт ыодел абсорбщйных гснсраторш холоду ка основ! вшювлюваних джсред енерпГ.

Дисертащя на здобутг* вненого ступеня кандидата техшчннх наук за спсшалыпспо 05.04.03 - Холодильна i крюгена техтка, систем» кондикюнувания, Одеська державна академия холоду, Одсса, 1996 р. Термодинам1чш моден були розвинеш для гаучкога анашзу рпномшптних конф1гурашй абсорбц»йних циклв з ршшми робочими речовинами. Оджшрна модель пористого середовкша була закропонована для визначеим» тер«1чних характеристик акуыулятора енерти, що наповиюються капсулами и змжюваним фазовкм станом. Електронна книжка в MathCAD npeseirrauii була зроблег— та теорегтичга характеристики деяких перспективних абсорбщниих цюспв : були протестоваш як стандартними методам^ термодннамйчного анализу , так й методами термодина \пки на конечних часах. Було показано, шо у пбридинх абсорСшйно-компрссорних систем внкористання емгастт для акумуляш! горячо!" води биьш сфективно у nopieiuimi 3i збср!гатгям додатково! маси холодоагеиту.

ICiH)40Bi слова: дПсорбшнн! счстеми: термодинам!чн1 властивг.т!; акумулягори енсргз!; виновлиицш джерела cutpriT ; гтбридш холодкльн! цикли.

SUMMARY

lladdad S, Thermodynamic Models of Absorption Refrigerating Generators on the Renewable Energy Sources.

Thesis for a scientific degree of Doctor of Science ( Engineering ). Specialty: 05.04.03 - Refrigerating machines and apparatus, cryogenics' and air-' conditioning systems. Odessa State Academy of Refrigeration, Odessa, 1996 The thermodynamic models have been developed for flexible simulation of a wide variety of absorption cyclc configurations with different working fluids. One-dimensional porous-medium model to determine the thermal cliaracteristics of energy storage for the utilization of phase cliange material in packed capsules has been developed. The MathCAD electronic book for absorption cycles sclcction lus been made and the theoretical performances of some perspective cycles have been assessed by using both > standard equilibrium thermodynamic analysis and new finite-time thermodynamics methods. The simulation of integrated hybrid absorption-compressor systems shows that a Lot water thermal storage performs more efficiently than a refrij-rant storage. Ktywnrds: solar-powered absorption systems; thermodynamic«! properties; energy storage ; renewable energy sources; hybrid refrigeration eyel«; tlietiretic.il perform i-

i Олесол. poiaiipiitfrOrAX Подписано к печати 12.04 % U'-tcM I п л Тираж ИХ) Закат 485-96