Исследование теплообменных процессов в системах солнечно-термической регенерации адсорбентов
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: 112 раз
Библиографическое описание:
Узаков, Г. Н. Исследование теплообменных процессов в системах солнечно-термической регенерации адсорбентов / Г. Н. Узаков, С. М. Хужакулов. — Текст : непосредственный // Техника. Технологии. Инженерия. — 2016. — № 2 (2). — С. 10-13. — URL: https://moluch.ru/th/8/archive/40/1340/ (дата обращения: 18.04.2024).
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:
- Вардияшвили А. Б. Теплообмен и гидродинамика в комбинированных солнечных теплицах с субстратом и аккумулированием тепла. Ташкент. Фан, 1990. — 196 с.
- Авезов Р. Р., Орлов А. Ю. Солнечные системы и горячего водоснабжения. Ташкент: Фан, 1988.- 288 с.
- Гольдштик М. А. Процессы переноса в зернистом слое.
- Гухман А. А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло- и массообмена. М.: Высшая школа. 1974. — 328 с.
- Луканин В. Н. Теплотехника. — М.: Высш. шк., 2003. — 671 с.
- Узаков Г. Н., Хужакулов С. М. № FAP 2014 0158 «Устройство для регенерация адсорбентов».
- Хужакулов С. М., Узаков Г. Н. Теплоэнергетические основы энерго- и ресурсосбережения при длительном хранении продуктов в углубленных плодоовощехранилищах. — Ташкент: Фан, 2015.- 120 с.
Ключевые слова
солнечная энергия, теплообмен, солнечная радиация, солнечная радиация, адсорбционная установка, термическая регенерация, адсорбер, коэффициент теплоотдачиПохожие статьи
Гелиовоздухонагревательная установка...
Ключевые слова: энергоемкость, энергия, гелиовоздухонагреватель, плодоовощехранилище, холодильная камера, адсорбционная установка, солнечная энергия, термическая регенерация.
Расчет теплообмена и радиационной составляющей теплопотерь...
Теплотехнический расчет солнечно-паровых установок. Коэффициент лучистого теплообмена в равенствах (16–19) определяется по
По измеренным данным определим коэффициент теплоотдачи от теплового воздуха к поверхности частиц адсорбента в режиме термической.
Теплообмен в зернистых средах при реверсивных режимах...
термическая регенерация адсорбентов, атмосферный воздух, газовая среда, термическая регенерация, солнечная энергия... Расчет теплообмена и радиационной составляющей теплопотерь...
Парниковый однокаскадный солнечный опреснитель с учетом...
Ключевые слова: теплообмен, адсорбер, адсорбционная установка, солнечная энергия, солнечная радиация, коэффициент теплоотдачи, термическая регенерация. Рис. 1. Схема экспериментальной гелиовоздухонагревательной установки.
Разработка способа восстановления активированного угля из...
Химическая регенерация и низкотемпературная термическая регенерация не обеспечивает полного восстановления адсорбционных углей.
Исследование теплообменных процессов в системах солнечно-термической регенерации адсорбентов.
Определение поглотительной способности наиболее известных...
4. Регенерация взятых образцов адсорбентов.
Термическая деструкция проводится при высокой температуре (700–1000°С) без доступа кислорода воздуха.
Потери угля при таком способе составляют 5–10 %. 5. Методы регенерации адсорбентов.
Эффективность преобразования солнечной энергии
В данной статье рассматриваются две установки для преобразования солнечной энергии.
Галимов И.А., Уразаева Л.Ю. Математическое моделирование процесса теплообмена в солнечном
Солнечная тепловая энергия в качестве активного солнечного отопления.
Исследование углубленной холодильной камеры в регулируемой...
Ключевые слова: энергоемкость, энергия, гелиовоздухонагреватель, плодоовощехранилище, холодильная камера, адсорбционная установка, солнечная энергия, термическая регенерация.
Похожие статьи
Гелиовоздухонагревательная установка...
Ключевые слова: энергоемкость, энергия, гелиовоздухонагреватель, плодоовощехранилище, холодильная камера, адсорбционная установка, солнечная энергия, термическая регенерация.
Расчет теплообмена и радиационной составляющей теплопотерь...
Теплотехнический расчет солнечно-паровых установок. Коэффициент лучистого теплообмена в равенствах (16–19) определяется по
По измеренным данным определим коэффициент теплоотдачи от теплового воздуха к поверхности частиц адсорбента в режиме термической.
Теплообмен в зернистых средах при реверсивных режимах...
термическая регенерация адсорбентов, атмосферный воздух, газовая среда, термическая регенерация, солнечная энергия... Расчет теплообмена и радиационной составляющей теплопотерь...
Парниковый однокаскадный солнечный опреснитель с учетом...
Ключевые слова: теплообмен, адсорбер, адсорбционная установка, солнечная энергия, солнечная радиация, коэффициент теплоотдачи, термическая регенерация. Рис. 1. Схема экспериментальной гелиовоздухонагревательной установки.
Разработка способа восстановления активированного угля из...
Химическая регенерация и низкотемпературная термическая регенерация не обеспечивает полного восстановления адсорбционных углей.
Исследование теплообменных процессов в системах солнечно-термической регенерации адсорбентов.
Определение поглотительной способности наиболее известных...
4. Регенерация взятых образцов адсорбентов.
Термическая деструкция проводится при высокой температуре (700–1000°С) без доступа кислорода воздуха.
Потери угля при таком способе составляют 5–10 %. 5. Методы регенерации адсорбентов.
Эффективность преобразования солнечной энергии
В данной статье рассматриваются две установки для преобразования солнечной энергии.
Галимов И.А., Уразаева Л.Ю. Математическое моделирование процесса теплообмена в солнечном
Солнечная тепловая энергия в качестве активного солнечного отопления.
Исследование углубленной холодильной камеры в регулируемой...
Ключевые слова: энергоемкость, энергия, гелиовоздухонагреватель, плодоовощехранилище, холодильная камера, адсорбционная установка, солнечная энергия, термическая регенерация.