Авторы: Узаков Гулом Норбоевич, Хужакулов Сайдулло Мирзаевич

Рубрика: Энергетика

Опубликовано в Техника. Технологии. Инженерия №2 (2) октябрь 2016 г.

Дата публикации: 04.10.2016

Статья просмотрена: 14 раз

Библиографическое описание:

Узаков Г. Н., Хужакулов С. М. Исследование теплообменных процессов в системах солнечно-термической регенерации адсорбентов // Техника. Технологии. Инженерия. — 2016. — №2. — С. 10-13.



В статье приведены результаты исследований теплообменных процессов в опытной гелиовоздухонагревательной установки для систем термической регенерации адсорбентов. На основе проведенных исследований и по результатам измерений получены основные теплотехнические параметры установки.

Ключевые слова: теплообмен, адсорбер, адсорбционная установка, солнечная энергия, солнечная радиация, коэффициент теплоотдачи, термическая регенерация

Большое число работ о передаче теплоты от газа к поверхности твердых частиц при нестационарных условиях теплообмена выполнено многими исследователями [1–4]. Однако к изучению процесса теплоотдачи при нагревании воздухом поверхности твердых адсорбентов посвящено немного работ.Для исследования теплообменных процессов нами разработана адсорбционная установка с солнечно-термической регенерацией. Создана и исследована экспериментальная гелиовоздухонагревательная установка (ГВН) с малой тепловой инерционностью (рис.1). В установке в качестве абсорбера был использован тонкий металлический лист. Для исследования температурных характеристик и теплового режима к листу были припаяны термопары типа ХК. При проведении экспериментальных исследований ГВН устанавливался таким образом, чтобы солнечное излучение было направлено перпендикулярно плоскости абсорбера. В процессе измерений при помощи ртутного термометра и пирометром определяли температура окружающего воздуха в тени. Предварительно сопоставлялись показания термометра и пирометра. Методика экспериментов основана на определении скорости прогрева абсорбера. Для этого в конкретные моменты времени производилось измерение температуры абсорбера. Перед началом опытов ГВН находился в тени и первоначально имел температуру окружающего воздуха. В корпусе ГВН, на входе и выходе воздушного потока в каналах устанавливаются термодатчики и приборы для записи температуры потенциометр КСП-4. Сущность экспериментов состоит в исследовании температурных полей и теплового режима в зависимости от времени воздействия солнечного излучения. Для испытания ГВН после измерений начальных температур корпуса, поверхности светопразрачного покрытия, абсорбера (теплоприемника) и теплоносителя (воздуха) нагревается потоком солнечной радиации при включенном вентиляторе. В этом режиме предварительно на входе и выходе воздушного гелиоколлектора проводятся измерения скорости воздушного потока и определяется расход воздуха в них. Далее с помощью установленных термопар и термодатчиков в комплекте КСП-4 измеряются температуры корпуса, поверхности светопрозрачного покрытия, абсорбера (теплоприемника) и теплоносителя (воздуха). Температуры параллельно можно измерить электронными терморегуляторами и лазерными пирометрами. Полученные данные измерения можно сопоставить и найти средние значений температуры. В результате расчетно-экспериментальных исследований и использовании данной методики позволит разработать эффективный способ оценки теплотехнических параметров ГВН и новых экономичных конструкций гелиоколлекторов для систем термической регенерации адсорбентов.

Рис. 1. Схема экспериментальной гелиовоздухонагревательной установки. 1 — корпус гелиовоздухонагревателя; 2 — светопрозрачное покрытие (стекло); 3 — теплоприемник (абсорбер); 4 — теплоизоляция; 5 — автоматический потенциометр КСП-4; 6 — термопары ХК; 7 — комплект приборов; 8 — дна коллектора

При термической регенерации адсорбента между поверхностью адсорбента и омывающим горячим воздухом происходит конвективный теплообмен. Основным параметром конвективного теплообмена является коэффициент теплоотдачи, который зависит от многих факторов. Процессы конвективного теплообмена в слое активного угля исследованы в условиях вынужденной конвекции. Для определения коэффициента теплоотдачи в разработанной системе солнечно-термической регенерации адсорбентов слой активного угля нагревается в адсорбере с помощью потока теплого воздуха, нагретого в гелиовоздухонагревателе [6,7]. По результатам измерений получены следующие данные: Средний размер частиц активного угля dср =12 мм. Температуры воздуха, входящего в слой, tв1 = 600 С, а выходящего из него — tв2 = 300С. Скорость фильтрации (скорость, отнесенная ко всему сечению слоя) w = 0,2 м/с. Расчетная схема теплообмена в системе термической регенерации адсорбентов приведена на рис.2.

По измеренным данным определим коэффициент теплоотдачи от теплового воздуха к поверхности частиц адсорбента в режиме термической регенерации. Средняя температура воздуха

tж

Теплофизические свойства воздуха при tжср = 45 0С: λ = 2,795 Вт/ (м); м2/ с; . [5].

Коэффициент теплоотдачи в зернистом слое (в слое активного угля) в процессах термической регенерации можно определить уравнением подобия:

при 20 (1)

при Re, Nuжd= 0,61Re0,67(2)

Определим критерий Рейнольдса и Нуссельта по формулам:

Тогда по формуле (2):

Коэффициент теплоотдачи

Рис. 2. Расчетная схема теплообмена в системе термической регенерации адсорбентов с использованием солнечной энергии: 1 — касета адсорбента; 2 — адсорбент (активный уголь); 3 —перфорированный канал.

Для определения теплотехнических и гидравлических характеристик опытного гелиовоздухонагревателя проведены экспериментальные исследования классическими методами при малых скоростях воздушного потока, т. е. Re=103–104. После солнечного обогрева по истечении некоторого времени (1020 мин.) включали вентилятор с помощью автотрансформатора. По мере установления стационарного режима производилась запись показаний температур воздушного потока, а также значений показаний термопар, заделенные на поверхности нагрева установки.

Тепловой поток рассчитывался в каждой серии опытов по формуле [2,5]

Q(), (3)

где, G-расход воздуха,

G=wS. (4)

Скорость воздуха измерялась с помощью трубки Пито-Прандтля и микроманометра ММН-7 и рассчитывалась по формуле.

w=4,14(5)

где -разность столба жидкости в микронометре.

Температура гелиоприемной поверхности определялась как

t=, (6)

число Рейнольдса рассчитывалось по формуле

, (7)

где — эквивалентный диаметр канала.

Средний коэффициент теплоотдачи определяли по формуле:

, (8)

Коэффициент гидравлического сопротивления гелиоприемных каналов ξ рассчитывался по формуле

ξ=, (9)

Критерий Нуссельта можно определить по выражение [4,5]

Nu=0,018Re0,8 (2.11) ξ=0,3164/Re0,25(10)

На основе проведенных предварительных испытаний опытной установки и по результатам измерений получены значения параметров установки. Например, при скорости воздушного потока 0,1 м/c и солнечной радиации qp= 800 Вт/м2, были получены следующие параметры:

∆t=50 0C; Q=1,0 кВт; dэ=0,33 м; Re=1833 и ɑ=8,9 Вт/м2, ξ=0,064.

Литература:

  1. Вардияшвили А. Б. Теплообмен и гидродинамика в комбинированных солнечных теплицах с субстратом и аккумулированием тепла. Ташкент. Фан, 1990. — 196 с.
  2. Авезов Р. Р., Орлов А. Ю. Солнечные системы и горячего водоснабжения. Ташкент: Фан, 1988.- 288 с.
  3. Гольдштик М. А. Процессы переноса в зернистом слое.
  4. Гухман А. А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло- и массообмена. М.: Высшая школа. 1974. — 328 с.
  5. Луканин В. Н. Теплотехника. — М.: Высш. шк., 2003. — 671 с.
  6. Узаков Г. Н., Хужакулов С. М. № FAP 2014 0158 «Устройство для регенерация адсорбентов».
  7. Хужакулов С. М., Узаков Г. Н. Теплоэнергетические основы энерго- и ресурсосбережения при длительном хранении продуктов в углубленных плодоовощехранилищах. — Ташкент: Фан, 2015.- 120 с.
Основные термины (генерируются автоматически): термической регенерации, регенерации адсорбентов, термической регенерации адсорбентов, воздушного потока, солнечно-термической регенерации адсорбентов, систем термической регенерации, системе термической регенерации, коэффициент теплоотдачи, активного угля, слое активного угля, скорости воздушного потока, результатам измерений, теплообменных процессов, Расчетная схема теплообмена, термической регенерации адсорбента, регенерации адсорбентов слой, Узаков Г, окружающего воздуха, поверхности твердых адсорбентов, режиме термической регенерации.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Посетите сайты наших проектов

Задать вопрос