Теплові режими високотемпературних випарників натрієвих теплових труб для сонячних енергоустановок та утилізації теплоти - Автореферат

Національна академія наук УкраїниРоботу виконано в Інституті технічної теплофізики Національної академії наук України, м. Науковий керівник: член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України Фіалко Наталія Михайлівна, Інститут технічної теплофізики НАН України, завідувач відділу малої енергетики. Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Драганов Борис Харлампійович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, професор кафедри теплоенергетики кандидат технічних наук Хайрнасов Сергій Манісович, Національний технічний університет України «КПІ», старший науковий співробітник кафедри атомних електростанцій та інженерної теплофізики Захист відбудеться «3 » листопада 2009 р. о 16.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.224.01 при Інституті технічної теплофізики Національної академії наук України за адресою: 03057, м.Останнім часом в Україні та за кордоном виконано ряд наукових розробок автономних енергоустановок (АЕУ) на основі ресиверів-випарників (РВ) з двигунами Стірлінга (ДС) та електрогенераторами. В таких установках для роботи ДС використовується теплота концентрованого сонячного випромінювання або (та) теплота високотемпературних відхідних газів різних вогнетехнічних обєктів. Основними і найвідповідальнішими елементами таких АЕУ є РВ високотемпературної теплової труби (ВТТ) з натрієвим теплоносієм і пористим ґнотом, які виконують функції сприймання теплової енергії (в зоні випаровування) та передачі її до нагрівальних трубок ДС (в зоні конденсації). Метою дисертаційної роботи є встановлення закономірностей протікання процесів теплопереносу у високотемпературних випарниках натрієвих теплових труб для автономних енергоустановок з двигуном Стірлінга, що використовують сонячну енергію та скидну теплоту, а також розробка на цій основі рекомендацій щодо вибору конструктивних та режимних параметрів даних труб та енергоефективних схемних рішень вказаних енергоустановок. Провести експериментальні дослідження щодо визначення температурних напорів, які відповідають початку закипання натрію, та знаходження граничних значень густини теплового потоку, в межах яких відведення теплоти з поверхні розділення фаз відбувається шляхом випаровування при гарантованій відсутності несприятливого режиму закипання натрію.Щодо першої із загальних груп причин, то вона включає такі дефекти як наявність пор з діаметром, що перевищує допустиме значення, нещільне прилягання пористої структури до стінки ВТТ, відсутність необхідного рівня шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТТ та ін. При цьому вказаному прониканню водню сприяє також наявність перепаду тиску в атмосфері і внутрішньому обємі РВ, де при температурі 650 0С тиск пари натрію не перевищує 7500 Па. Щодо причин порушення стабільної роботи випарника, які відносяться до третьої групи, то тут ризики обумовлені тим, що при запуску РВ як із «замороженого», так і розплавленого стану натрію, відвід теплоти від випарника є незначним через низьку густину пари натрію і обмеження швидкості його руху швидкістю звуку. За цих умов у пусковому режимі при ударному підводі теплового навантаження високою є вірогідність практично вибухового утворення стійкої локальної перегрітої парової плівки у зазорах між стінкою РВ і ґнотом, що загрожує деформацією і руйнуванням останнього. Для оцінки ступеня вірогідності зазначених явищ було виконано розрахунки величини перепаду реактивного тиску ?Рреак при різних значеннях густини теплового потоку та встановлено область сполучення параметрів процесів випаровування, при яких досягається межа теплопереносу по швидкості звуку і починається перегрів стінки РВ.Виконано комплекс експериментальних та розрахункових досліджень процесів теплопереносу у ресиверах - випарниках натрієвих високотемпературних теплових труб для автономних енергоустановок з двигуном Стірлінга, в яких використовується концентрована сонячна енергія і/або теплота відхідних газів енергоустановок. Розроблено методику експериментальних досліджень величин перегрівів ?ТНК, що відповідають початку закипання натрію у високотемпературних теплових трубах. Експериментально досліджено закономірності процесу пароутворення і початку закипання натрію у високотемпературних теплових трубах для широкого діапазону змін температур насичення парів натрію (TS = 450 - 750 0C). Запропоновано співвідношення для визначення густини теплового потоку QHK, що відповідає початку закипання натрію.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ