Вибір раціональних геометричних і динамічних параметрів фазоперехідного теплоприймача-акумулятора космічної сонячної енергетичної установки - Автореферат
Визначення оптимальних геометричних характеристик концентратора і апертури теплоприймача-акумулятора в залежності від потужності установки, висоти орбіти, параметрів газодинамічного циклу. Дослідження показників системи акумулювання сонячної енергії.
При низкой оригинальности работы "Вибір раціональних геометричних і динамічних параметрів фазоперехідного теплоприймача-акумулятора космічної сонячної енергетичної установки", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Розробка математичної моделі, яка описує процеси в теплоприймачі - акумуляторі (ТПА) дає можливість, не прибігаючи до складних та коштовних експериментальних досліджень, виконати аналіз відповідності ТПА, що розробляється, вимогам по забезпеченню стабільної роботи енергосистеми в цілому, провести обємні багатопараметричні дослідження з метою вибору найбільш раціональних геометричних і динамічних параметрів накопичувача, визначення варіантів компонувань перспективних космічних сонячних енергетичних установок (КСЕУ). Робота складає частину досліджень, які виконувалися в науково-дослідному інституті енергетики ДНУ відповідно до держбюджетної науково-дослідної теми № 145/93. Метою дослідження є вибір найбільш раціональних геометричних, динамічних, масогабаритних параметрів теплоприймача - акумулятора (ТПА) КСЕУ на основі математичного моделювання процесів нестаціонарного теплообміну та гідродинаміки, що відбуваються в ньому. на основі чисельних експериментів проаналізовано вплив на роботу ТПА коефіцієнта теплопровідності теплоносія та температури теплоносія на вході в теплообмінний апарат; Предмет дослідження - теплоприймач - акумулятор, робота якого основана на використанні прихованої теплоти фазового переходу “тверде тіло - рідина”, міститься в межах обєкту.Сформульовані основні причини, що перешкоджають початку функціонування таких пристроїв, запропоновані шляхи розвязання вказаних проблем, із яких найбільш ефективним є розвиток методів чисельного моделювання процесів, що проходять в ТПА і, таким чином, обґрунтовано актуальність та доцільність роботи, сформульовано метод і задачі дослідження, викладено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів. У першому розділі розглянуто можливість використання теплоприймача - акумулятора з фазовим переходом “тверде тіло - рідина” у складі космічної сонячної енергетичної установки. Це є порожнинний теплообмінник, усередині якого знаходяться трубки з теплоносієм і ТАМОМ, які заповняються по принципу “труба в трубі”. відносний радіус апертури приймача, RПР і RK - радіус апертури приймача і радіус концентратора відповідно, а величина с має вигляд: IMG_8d93f773-4d20-4172-8e5a-2f19b261715e , де UK - кут розкриття концентратора, а h - міра точності, яка визначається в теорії помилок. Система рівнянь складається із стаціонарного рівняння теплопередачі, критеріального рівняння конвективного теплообміну та квазістаціонарного рівняння енергії на границі розподілу фаз і доповнюється умовами, які враховують задану величину гідравлічних втрат у тракті.Проведені на її основі методичні дослідження дозволили створити теоретичні основи забезпечення стабільної роботи космічної сонячної газотурбінної установки. Запропонована математична модель, яка має спряжений характер і базується на двовимірній задачі Стефана для шару ТАМУ і задачі теплопровідності для теплоносія в каналі. У математичній моделі враховуються нелінійні граничні умови нестаціонарного променевого теплообміну на теплоприймаючій поверхні (по закону Стефана - Больцмана), умови, повязані з виділенням та поглинанням теплоти фазового переходу (введення коефіцієнту ефективної теплоємності), вводиться профіль швидкості, який враховує можливі режими течії теплоносія (профіль Пея). Розроблено розрахунковий метод, заснований на спільному розвязку рівнянь енергії для ТАМУ та теплоносію у нелінійній нестаціонарній постановці, двовимірний характер задачі було враховано за допомогою метода розщеплення. Створена методика та комплекс програм розрахунку основних параметрів ТПА, які можна ефективно використати для розвязання проблеми забезпечення стабільності роботи газотурбінного перетворювача теплової енергії, а також надають досліднику можливість здійснити: аналіз компонувань ТПА у складі космічної сонячної енергетичної установки;
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
Вывод
У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що полягає у комплексному дослідженні основного технологічного вузла КСЕУ - сумісного фазоперехідного ТПА. Запропоновані методи розрахунку найбільш раціональних геометричних і динамічних характеристик цього пристрою. Задача розвязана шляхом створення математичної моделі, яка описує теплообмінні та гідродинамічні процеси в ТПА. Проведені на її основі методичні дослідження дозволили створити теоретичні основи забезпечення стабільної роботи космічної сонячної газотурбінної установки.
В роботі одержані такі основні результати: 1. Запропонована математична модель, яка має спряжений характер і базується на двовимірній задачі Стефана для шару ТАМУ і задачі теплопровідності для теплоносія в каналі. У математичній моделі враховуються нелінійні граничні умови нестаціонарного променевого теплообміну на теплоприймаючій поверхні (по закону Стефана - Больцмана), умови, повязані з виділенням та поглинанням теплоти фазового переходу (введення коефіцієнту ефективної теплоємності), вводиться профіль швидкості, який враховує можливі режими течії теплоносія (профіль Пея). Чисельна методика дозволяє визначити поле температур і теплових потоків в ТПА, досліджувати особливості процесів теплообміну в цьому пристрої, одержати необхідні результати при прийнятних витратах обчислювальних ресурсів.
2. Розроблено розрахунковий метод, заснований на спільному розвязку рівнянь енергії для ТАМУ та теплоносію у нелінійній нестаціонарній постановці, двовимірний характер задачі було враховано за допомогою метода розщеплення. Розрахунковий метод дозволяє врахувати взаємозалежні фактори, що впливають на робочі процеси в ТПА, забезпечуює при цьому необхідну вірогідність одержуваних результатів.
3. Створена методика та комплекс програм розрахунку основних параметрів ТПА, які можна ефективно використати для розвязання проблеми забезпечення стабільності роботи газотурбінного перетворювача теплової енергії, а також надають досліднику можливість здійснити: аналіз компонувань ТПА у складі космічної сонячної енергетичної установки;
оцінку впливу основних геометричних параметрів (площі теплосприймальної поверхні, товщини шару ТАМУ, довжини каналу з теплоносієм та ін.) та динамічних параметрів (витрат теплоносія, температури теплоносія на вході в канал) на робочі характеристики ТПА і установки в цілому;
вибір найбільш раціональних параметрів накопичувача;
оцінку впливу значення коефіцієнту теплопровідності теплоносію на динамічні та масогабаритні показники системи;
розрахунок складних перехідних режимів роботи ТПА;
вибір параметрів органів керування.
4. На основі одержаних результатів створена наближена інженерна методика, яка дозволяє на початкових етапах проектування оцінити реальні геометричні та динамічні характеристики системи. Порівняння наближеної методики з результатами експериментальних досліджень довело можливість врахування променевих втрат за допомогою спеціального додаткового множника, знайденого у ході попередніх розрахунків.
5. Розроблена інженерна методика визначення раціональних геометричних характеристик концентратора і апертури ТПА, в основу якої покладена величину геометричної досконалості дзеркала. Встановлено вплив температурного режиму порожнини ТПА, яка дорівнює температурі фазового переходу ТАМУ, на ефективність роботи системи.
6. Показана можливість використання в високотемпературних ТПА ТАМІВ, що мають різні теплофізичні та термодинамічні якості. Вивчені особливості поведінки гідриду літію LIH, карбонату літію Li2CO3, евтектичної суміші фторидів кальцію та літію LIF CAF2, а також флоридів літію LIF, натрію NAF та магнію MGF2 у циліндричних ємностях під дією потужного потоку сконцентрованого сонячного випромінювання. Доказано, що для того щоб система функціонувала стабільно і мала мінімальні масогабаритні показники, першорядне значення має співвідношення часу розрядки та зарядки. На основі цього запропоновано розподіл речовин на дві групи в залежності від енергетичних та часових характеристик системи, видані рекомендації, що до проектування конкретних високотемпературних енергетичних установок.
