Удосконалення конструкції і режимів роботи акумуляторів теплоти на основі твердих матеріалів

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Одеський національний політехнічний.університет, Одеса, 2016. Робота присвячена підвищенню ефективності акумуляторів теплоти на основі твердих матеріалів шляхом удосконалення їх конструкції і режимів роботи в системах теплопостачання будівель. Проаналізовано різні способи акумулювання теплоти в системах теплопостачання будівель. Показано, що приминение акумуляторів теплоти на основі твердих речовин в системах теплопостачання є актуальним при використанні двох-і трьохзонний тарифу на електроенергію. Основними перевагами таких акумуляторів теплоти являеются простота конструкції і відносно малий обсяг. На основі результатів комп'ютерного моделювання розроблено інженерну методику розрахунку нагріву твердих тіл зсередини при граничних умовах другого роду. Доведено, що використовується для розрахунку зовнішнього нагріву метод теплових діаграм Семикіна непридатний для випадку нагрівання зсередини в зв'язку з відмінністю в значенні коефіцієнта усереднення теплового потоку. Змонтований експериментальний стенд з вивчення акумулювання теплоти твердими речовинами. Досліджено процеси зарядки і розрядки акумулятора теплоти при різних режимах роботи. На основі даних, отриманих в результаті експерименту, теорія теплового регулярного режиму отримала подальший розвиток в частині розрахунку охолодження і нагрівання тіл при конвективному теплообміні в каналах і внутрішніх джерелах теплоти. Запропоновано алгоритм визначення конструктивних параметрів акумулятора теплоти в залежності умов роботи системи теплопостачання. Розроблено рекомендації по розташуванню нагрівальних елементів в акумулюючої насадки і вибору їх кількості, методика визначення оптимальної товщини акумулює шару, габаритів акумулюючої насадки і питомої теплового потоку на поверхню нагріву. Показана економічна доцільність використання акумулятора теплоти на основі твердих речовин в системах опалення будівель.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 – техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. – Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2016. Работа посвящена повышению эффективности аккумуляторов теплоты на основе твёрдых материалов путём улучшения их конструкции и режимов работы в системах теплоснабжения зданий. Проанализированы различные способы аккумулирования теплоты в системах теплоснабжения зданий. Показано, что применение аккумуляторов теплоты на основе твёрдых веществ в системах теплоснабжения является актуальным при использовании двух- и трёхзонного тарифа на электроэнергию. Основными преимуществами таких аккумуляторов теплоты являеются простота конструкции и относительно малый объём. Показано, что существующие аналитические методики расчёта нестационарной теплопроводности практически не применимы для описания процессов зарядки и разрядки аккумулятора. На основе результатов компьютерного моделирования разработана инженерная методика расчёта нагрева твёрдых тел изнутри при граничных условиях второго рода. Доказано, что используемый для расчёта внешнего нагрева метод тепловых диаграмм Семикина неприменим для случая нагрева изнутри в связи с отличием в значении коэффициента усреднения теплового потока. Смонтирован экспериментальный стенд по изучению аккумулирования теплоты твёрдыми веществами. Исследованы процессы зарядки и разрядки аккумулятора теплоты при различных режимах работы. Экспериментальным путём доказано, что для описания процесса нагрева и охлаждения аккумулирующей насадки допустимо использовать теорию регулярного теплового режима. На основе данных, полученных в результате эксперимента, теория теплового регулярного режима получила дальнейшее развитие в части расчёта охлаждения и нагрева тел при конвективном теплообмене в каналах и внутренних источниках теплоты. Сравнение экспериментальных и расчётных данных показало правильность предложенной методики, погрешность не превысила 10%. Предложен алгоритм определения конструктивных параметров аккумулятора теплоты в зависимости условий работы системы теплоснабжения. Разработаны рекомендации по расположению нагревательных элементов в аккумулирующей насадке и выбору их количества, методика определения оптимальной толщины аккумулирующего слоя, габаритов аккумулирующей насадки и удельного теплового потока на поверхность нагрева. Показана экономическая целесообразность использования аккумулятора теплоты на основе твёрдых веществ в системах отопления зданий.

The thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.14.06 - Technical thermal physics and industrial heat and power engineering. - Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2016. The work is dedicated to increasing the efficiency of heat batteries based on solid materials by improving their design and operation modes in heating systems of buildings. Analyzes the various ways of heat accumulating in heat supply systems of buildings. It is shown that the use of heat accumulators based on solid materials in heating systems is of current interest when using a dual- and three-zone electricity tariff. The main advantages of these heat batteries are a simple design and a relatively small amount. Based on results of computer modeling developed engineering method of calculating heating of solids from inside with boundary conditions of the second kind. It is proved that Semykin`s method of heating charts that is used for calculating external heating is unsuitable in the case of heating from inside due to the difference in the value of the coefficient of heat flow averaging. Experimental stand for the study of heat accumulation of solids was mounted . The processes of charging and discharging of the heat battery were investigated under different operating conditions. Based on data derived from the experiment, the theory of regular thermal regime has been further developed in the calculation of cooling and heating bodies in convective heat transfer in the channels and internal sources of heat. The algorithm for determining the design parameters of the heat battery depending on operating conditions of heating system was suggested. Recommendations for the location of heating elements in accumulating nozzle and selection of their quantity, method of determining the optimum thickness of the accumulating layer, accumulating nozzle size and specific heat flow to the heating surface. The economic feasibility of using heat batteries based on solid materials in heating buildings was shown.