Анализ перепадов температур, возникающих в тепловых трубах солнечных параболоцилиндрических установок Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

быть неограниченное количество, позволяя сформировать полную картину изменения работы системы за определенный промежуток времени. Для каждого набора данных (строка файла) программа будет определять является ли работа системы правильной или было какое-то аварийное состояние. Это поможет определить причину, действие или событие, которое привело к аварийной ситуации или просто проверить, что все оборудование работает штатно. Для правильной обработки значений из файла должен соблюдаться строгий порядок: показания приборов должны идти в той последовательности, которая определена изначально и строки должны быть отсортированы по времени (сначала должна идти строка с более ранним временем, затем более поздним).

Для оператора было разработано автоматизированное рабочее место, на котором отображается текущее состояние системы: значения всех приборов, доступных для анализа и текущие настройки параметров системы. В программе сохраняется история показаний приборов, чтобы в случае возникновения внештатной ситуации была возможность проследить причину ее возникновения. Также реализован вывод сообщений об изменениях конкретных параметров и причины этих изменений. В планах реализовать оперативное оповещение оператора о ситуациях, требующих его вмешательства, а также сделать более универсальную настройку приборов и расчет зависимостей параметров от значений.

Список литературы

1. Erwin Normanyo, Francis Husinu, Ofosu Robert Agyare Developing a Human Machine Interface (HMI) for Industrial Automated Systems using Siemens Simatic WinCC Flexible Advanced Software // Journal of Emerging Trends in Computing and Information Sciences. Vol. 5. No. 2 February, 2014. С. 134-144.

АНАЛИЗ ПЕРЕПАДОВ ТЕМПЕРАТУР, ВОЗНИКАЮЩИХ В ТЕПЛОВЫХ ТРУБАХ СОЛНЕЧНЫХ ПАРАБОЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Эргашев С.Ф.1, Нигматов У.Ж.2, Пулатов Э.У.3

'Эргашев Сирожиддин Фаязович - доктор технических наук, профессор, начальник отдела, отдел науки и подготовки научно-педагогических кадров, кафедра электроники и приборостроения, энергетический факультет; 2Нигматов УлугбекЖуракузиевич - старший преподаватель, кафедра сервиса по отраслям жилищно-коммунального и бытового обслуживания, факультет управления в производстве; 3Пулатов Элбек Улугбек угли - студент, образовательное направление бакалавриата: строительство инженерных коммуникаций,

строительный факультет, Ферганский политехнический институт, г. Фергана, Республика Узбекистан

Аннотация: в статье производится анализ влияния перепада температуры между испарителем и конденсатором на эффективность, а также преемственность различных методов расчёта температурного перепада, на примере работы исследуемого теплоприёмника - тепловой трубы солнечной параболоцилиндрической установки. Приведена сводка расчётных формул различных авторов, использованных при сравнительных расчётах температурного перепада в конденсаторе. Приведённые формулы получены для вертикальной плоской стенки и трубы, однако, с учётом поправочных коэффициентов, учитывающих угол наклона и кривизну трубы, их можно применять и для наклонной трубы.

Ключевые слова: температура, конденсатор, испаритель, тепловая труба, солнечный, параболоцилиндр, установка.

УДК 662.997.621.472

Условные обозначения.

Т - температура, ^ Ь - длина, м; й - диаметр, мм; К - радиус, мм; ц - тепловой напор

рассматриваемого узла, Вт; 8 - толщина стенки, мм; Л - коэффициент теплопроводности, Вт/(м^); X - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2^); р - угол наклона тепловой трубы, градус; £

- поправочный коэффициент на кривизну внутренней поверхности трубы

18

Основные индексы

и - испаритель; к - конденсатор; т - транспортная зона;

ф - фитиль; п - пар;

ф.п. - фазовый переход;

ж - жидкость; ср. - средний; н - наружный;

вн. - внутренний; нас. - насыщенный; эф. - эффективный;

Известно, что исследованиям по применению тепловых труб в качестве теплоприёмника солнечных параболоцилиндрических установок уделяется особое внимание из-за их эффективности и высокой степени теплопередающей способности [1, 2, 3].

Применяемые для этих целей тепловые трубы обычно имеют большие поверхности испарения, в несколько раз превышающие поверхности конденсации и рабочую температуру до 350оС. Согласно принципа работы тепловой трубы общий перенос тепла от наружной поверхности испарителя к наружной поверхности конденсатора осуществляется радиальной теплопередачей от стенки к пару в зоне конденсации. Вследствие термического сопротивления радиальному переносу тепла в испарителе и конденсаторе, как по фитилю, так вдоль внешней поверхности трубы будет существовать перепад температуры, величина которого зависит от геометрии трубы и фитиля, теплофизических свойств рабочей жидкости, от передаваемой мощности и способа теплоотвода в зоне конденсации. По литературным данным [1, 4] в солнечных установках с концентраторами перепады температуры по длине трубы могут достигать несколько десятков градусов. Испытания водяной тепловой трубы, разработанной солнечной параболоцилиндрической установки, при различных условиях теплоотвода в зоне конденсации, показали наличие значительных перепадов температуры вдоль трубы, несмотря на то, что температура пара по всей длине трубы оставалась практически постоянной (рис. 1).

В то же время возникновения этих нежелательных перепадов температуры между испарителем и конденсатором в случае заданной рабочей температуры конденсатора и при больших теплоприёмных поверхностях может привести к значительным тепловым потерям, а в некоторых случаях тепловая труба вообще может не выйти на рабочий температурный режим.

В существующих литературных источниках по тепловым трубам недостаточно уделено внимание расчёту и оценке влияния этих перепадов температуры на эффективность работы тепловых труб.

По результатам оценочных расчётов влияния перепада температуры между испарителем и конденсатором на КПД теплоприёмника - тепловой трубы солнечной параболоцилиндрической

установки с рабочей температурой конденсатора Т к = З00ос при различных способах его тепловой изоляции было установлено, что при АТср = 50 ^ 70оС КПД приёмника уменьшается на 10 - 20 %, что свидетельствует о важности правильной численной оценки возникающих перепадов температуры между испарителем и конденсатором при разработке тепловых труб для параболоцилиндрических установок.

В этой связи, одновременно производился анализ преемственности различных методов расчёта температурного перепада между испарителем и конденсатором на примере работы тепловой трубы солнечной параболоцилиндрической установки.

Зона испарены*

Транспортная " Зона зона конденсации

I отВод тепла

Подвод тепла Пав конденсата отвод теппа

Рис. 1. Принципиальная схема тепловой трубы

Экспериментальная водяная тепловая труба оснащена испарителем длиной

Ьи =

5 м с

наружным й н = 50 мм и внутренним й вн. = 44 мм диаметром. Фитиль представляет собой трёхслойную сетку с размерами ячеек 0,04 - 0,071 - 0,14 мм. Корпус трубы и фитиль изготовлены из нержавеющей стали.

Г к

передаваемая тестовая мощность при рабо тей температуре поверхности конденсатора =

300 оС равна 2400 Вт. Угол наклона к горизонту р = 20°-

Испытания были проведены при двух различных условиях отвода тепла:

I - вариант: водяной калориметр - конденсатор длиной Ь = 260 мм с наружным а н = 50 мм и внутренним й вн. = 44 мм диаметром;

тк л

II - вариант: термоэлектрический генератор - конденсатор длиной Ь = 400 мм с наружным и н

= 22 мм и внутренним й вн = 18 мм диаметром; Во втором варианте фитиль отсутствовал.

Передаваемая мощность при перепаде температуры во втором варианте почти в два раза ниже, чем в первом, что может быть объяснено пониженным теплоотводом, вследствие термического сопротивления материала термоэлементов. Возможно, увеличением теплоотдачи от пара к стенке, вследствие разбрызгивания конденсатора разгоняющимся в зоне сужения паром и повышением давлений в тепловой трубе при более высокой рабочей температуре во втором случае.

Расчёт числа Рейнольдса показал, что в нашем случае при Ттс. > 310 оС Яе > Яе кр. и

течение конденсата становится смещённым, Яе кр. = 400 в качестве границы между ламинарным и

смещённым течением [5, 6, 13]-

В таблице 1 приведена сводка расчётных формул различных авторов, использованных при сравнительных расчётах температурного перепада в конденсаторе. Формулы, приведённые в таблице 1, получены для вертикальной плоской стенки и трубы, однако, с учётом поправочных коэффициентов, учитывающих угол наклона и кривизну трубы, их можно применять и для наклонной трубы [5, 6, 7, 8, 9, 10, 13].

Таблица 1. Сводка расчётных формул, использованных при сравнительных расчётах температурного

перепада в конденсаторе

Формула расчёта

Режим течения конденсата

Яе

кр.

3

4 Л3Я(рж-рп )г . а = ~ 4-;

З^ж (Тп - Тст )Ьк

ламинарный

Ып = 1,13[Лг РГ К ]

I ( Рг ^

Рг

V ст J

400

ламинарно-волновой

[5]

[6] [7]

Яе = 3,8г0

ламинарный

Яе =

(

253 + 0,069

Рг

у

ч РГ ,

V ст /

РГ„ {г - 2300)

( „ ЛЗ

1600

г = ДТЬк

Уж

турбулентный

[8]

ГРжУж

Яе = аДТЬ

к Уж

ГРжУж

2

4

5

1

0.25

4

2

2

У

\<ж/

№ Формула расчёта Режим течения конденсата Re кр. I i £ i- ï £ = s s = s| ч a

3 1 „ 0,16 Pr'3 Re' а = р i ; Re'-100 + 63 Pr'3 i ( Я ^ 3 J; турбулентный 100 [9] [10]

4 - / n л 0,07 ^ = i,25(Fr' В- Nu0 I ; Nu0 { В J ; ламинарный 400 [11]

NUFr0 = 0,1^7 Ar u + 0,2 Ar2'8 1 Pr ' A = FrGr3-; 0 Pr турбулентный

5 Nu = lM£- Fr ( G | ; [ рж J l Re J ламинарный 400 [12] [13]

Список литературы

1. Парилис Э.С. Разработка солнечной энергетической системы в США. Гелиотехника, 1975. № 3-4.

2. Pamsey J. W. Expérimental Evaluation of a Cylindrical Parabolic Solar Collecter «Trans ASME», gec. C. may, 1977.

3. Коломоец Н.В. и др. Солнечный термоэлектрический генератор с трубчатым модулем. Сб. «Солнечные установки малой мощности». МинЭнерго. М. 1980.

4. Елисеев В.Б. и др. Применение тепловых труб в установках прямого преобразования энергии. Сборник научных трудов «Теплофизические вопросы прямого преобразования энергии». Киев, Наукова думка, 1979.

5. ИсаченкоВ.П. и др. Теплопередача. Изд. «Энергия». М., 1969.

6. Шорин С.Н. Теплопередача. Изд. «Высшая школа». М., 1964.

7. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Изд. «Наука». М., 1970.

8. Лабунцов Д.А. Теплоотдача при плёночной конденсации чистых паров на вертикальных поверхностях и горизонтальных трубах. «Теплоэнергетика». 1957. № 7.

9. Кутателадзе С.С. Теплопередача при конденсации и кипении. Машгиз, 1952.

10. Кутателадзе С.С., Боршанский Н.В. Справочник по теплопередаче. ГЭИ, 1959.

11. Боршанский В.М. и др. Теплопередача при конденсации в вертикальной трубе. Сб. «Теплообмен и гидродинамика», изд. «Наука». Л., 1977.

12. Исаченко В.П. Саломзода Ф. Интенсивность и режимы теплообмена при конденсации водяного пара в вертикальной трубе - «Теплоэнергетика», 1968. № 5.

13. Исаченко В.П. Теплообмена при конденсации. Изд. «Энергия». М., 1977.