Использование грунтового аккумулятора теплоты емкостного типа Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Ситуация 2

С другой стороны, если толщина среды Б составляет нечетное кратное четверти длины волны в материале прослойки, передача ультразвуковой энергии будет минимальной ^ = 0, максимальное отражение аг = 1):

Когда коэффициент отражения равен нулю (аг = 0), передача ультразвуковой энергии максимальна, то есть aF 1. Для этого случая волновое сопротивление среды в граничной области или среде Б между двумя средами и Z2 - волновые сопротивления этих сред) вычисляется следующим образом:

Итак, когда граничная область имеет большую по размерам площадь, характер поведения отраженной и проходящей волн зависит от толщины камбиального слоя. Следовательно, очень важно выбрать подходящий ультразвуковой инструмент для обеспечения соответствующей длины волны для максимальной эффективности его воздействия на слои коры.

Литература

1. Балдев, Р. Применение ультразвука / Р. Балдев, В. Раджендран, П. Паланичами. - М.: Техносфера, 2006.

- 576 с.

2. Хмелёв, В.Н. Применение ультразвуковых колебаний для интенсификации технологических процессов: сб. тез. / В.Н. Хмелёв, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок. - Красноярск: Изд-во КГТУ, 1999. - С. 192-193.

3. Bergmann, L. Ultasonics / L Bergmann. - New York, 1988.

4. Blitz, J. Fundamentals of Ultrasonics / J. Blitz. - London: Butterworth, 1967.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГРУНТОВОГО АККУМУЛЯТОРА ТЕПЛОТЫ ЕМКОСТНОГО ТИПА

При использовании нетрадиционных источников энергии (солнца, ветра, малых и микроГЭС) часто возникает проблема аккумулирования энергии. Вызвано это несоответствием временных и количественных показателей поступления энергии от нетрадиционных источников и необходимостью ее потребления. Автор считает, что указанное различие между поступлением и потреблением энергии можно уменьшить, используя различные виды аккумуляторов.

В настоящее время известно большое количество аккумулирующих устройств емкостного типа, фазового перехода вещества, основанных на выделении и поглощении теплоты при обратимых физических и химических реакциях и т.д.

Наиболее просты в изготовлении и эксплуатации аккумуляторы емкостного типа, в которых используется теплоемкость нагреваемого (охлаждаемого) аккумулирующего материала без изменения его агрегатного состояния (камень, галька, вода, водные растворы солей и т.д) [1; 3].

Одним из подобных аккумуляторов является цилиндрический аккумулятор емкостного типа. В качестве теплоносителя используется вода. Расположение аккумулятора вертикальное, позволяющее занимать небольшую площадь в отличие от аккумуляторов, расположенных горизонтально.

Его теплоаккумулирующая способность определяется по зависимости:

бо n -Л/ 2.

♦

УДК 620.9.001.2 (470.55)

А.А. Кухтурский

0 = р- V • Ср • (Т2 - то, (1)

где р - плотность теплоносителя, кг/м3;

V - объем аккумулятора, м3;

Ср - удельная изобарная теплоемкость воды, Дж/(кгК);

Т1 и Т2 - температура теплоносителя до и после зарядки аккумулятора, К.

Время разрядки аккумулятора

t = ------0--------, (2)

0 з + 1,20 п

где Qз - тепловая энергия, идущая потребителю, Дж/с;

Qп - потери из аккумулятора в окружающую среду, Дж/с.

Количество теплоты, идущее потребителю, определяется из суточной потребности в тепловой энергии для зоны Южного Урала. Потери аккумулятора находили как потери через двухслойную цилиндрическую стенку [4].

Линейная плотность теплового потока из аккумулятора:

ql = кп(Тт - Тг) , (3)

где Тт - температура теплоносителя, К;

Тг - температура грунта, К.

к| - линейный коэффициент теплопередачи.

, 1

к=_1----------------------Г—12—1 ~г,----------------------------—, (4>

+---------1п — +----------1п — +

2 • а1 • r1 2 • Ъ1 r1 2 • Ъ2 r2 2 •а1 • r3

где Ъ и Ъ - коэффициенты теплопроводности стенки аккумулятора и теплоизоляции, Вт/(м 'К); ai и а2 - коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м2 'К); r\ и Г2 - внутренний и наружный радиус аккумулятора, м; гз - наружный радиус теплоизоляции, м.

Температура грунта непостоянна и зависит от температуры наружного воздуха. Определение этой зависимости для различных глубин грунта х и любого времени в течение года т рассмотрено в [5] и может быть определено как

Т(х,т) = Та + (To - Та)0 , (5)

где Та - температура наружного воздуха, К;

Т0 - температура грунта, К.

0 - относительная избыточная температура грунта, которая определяется как

1

0 = erf (---------^=) , (6)

2л1¥0

где Fo - число Фурье для глубины грунта х; erf(x) - функция ошибок Г аусса [5].

По выражениям (1)-(6) можно теоретически определить:

- величину запасенной в аккумуляторе энергии;

- время полной разрядки аккумулятора;

- тепловые потери аккумулятора;

- температуру грунта на различной глубине в течение года.

С целью проверки теоретических расчетов были произведены экспериментальные исследования по определению температур грунта и зарядке-разрядке аккумулятора.

В качестве исходных данных для расчета температурных полей грунта были использованы среднедневные температуры воздуха в течение 30 лет для различных районов Челябинской области и начальные температуры грунта на различных глубинах, полученные в результате экспериментов. Для экспериментальной проверки были заложены измерительные жгуты, позволяющие контролировать температуру грунта до глубины 10 м. Измерение температур грунта проводилось в двух районах Челябинской области. Были определены зависимости температур на различных глубинах от температуры наружного воздуха (рис. 1).

о

03

О.

£

|ТЗ

Сі-

ни

1=

ОСО'Х' ^ГСМОООЩ^ С -ІОСО'Х'чГ ГЧОСО'Х'чГ ГЧОСО'Х'чГ ГЧОСО'Х'чГ СМОООЩ^ГГЧ ОООЩ^ГГЧОООЩ^ГГЧО ’Г- СЧСО’^^-тЩГ--СОСОСПО ^СЧСЧСО^ 1ЛЩЩГ--СО СЛОО^СЧ 1:пт7]-тг(-[Г.тХ'Г-- СОООтО^ СМСМСП^Ш щ

^т-^ГЧГЧГЧСЧГЧГЧСЧГЧГЧГЧГЧСЧГЧСОСОСОСОСОСОСОСО

День года

- наружная температура воздуха,, температура на глубине 3 метров;

---температура на глубине 1,5 метра;

-----температура на глубине 10 метров

Рис. 1. Наружная температура и температура в грунте

Из рис. 1 видно, что температура грунта для зоны Южного Урала зависит от наружной температуры до глубины 2-3 метров. Далее наступает стабилизация температуры грунта. Расчетные кривые хорошо согласуются с опытными данными замеров температур грунта (рис. 2).

расчетная температура на глубине 3 м; опытные данные для глубины 3 м

Рис. 2. Экспериментальные и расчетные температуры грунта

Наблюдения за процессом зарядки-разрядки производились на экспериментальном аккумуляторе теплоты. Он представлял собой стальной цилиндр, вертикально расположенный в грунте и окруженный слоем теплоизоляции - стеклянной ваты. Теплоносителем служила вода, зарядка осуществлялась посредством ТЭНов. Температуру в аккумуляторе и грунте контролировали измерительными жгутами, состоящими из термопар хроммель-капель, подключенных к электронному потенциометру. Графически результаты эксперимента и теоретических расчетов по разрядке аккумулятора приведены на рис. 3.

Іппмл пчт

Время, сут.

—— опытные данные; —* расчетные данные

Рис. 3. Изменение температуры в аккумуляторе в процессе его разрядки

В ходе эксперимента были сделаны выводы о возможности использования расчетных выражений (1)-(6) при расчете грунтового аккумулятора теплоты, даны рекомендации по закладке аккумулятора для зоны Южного Урала на глубине не менее 2 метров.

Литература

1. Харченко, Н.В. Индивидуальные солнечные установки / Н.В. Харченко. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

2. Авезов, Р.Р. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения / Р.Р. Авезов, А.Ю. Орлов. -

Ташкент: ФЭН, 1988. - 284 с.

3. Бекман, Г. Тепловое аккумулирование энергии / Г. Бекман, П. Гилли. - М.: Мир, 1987.

4. Михеев, М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева. - М.: Энергия, 1977.

5. Лыков, А.В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков. - М.: Высш. шк., 1967.