Сonditions for the appearance of hydraulic shock in solar installation systems

Abstract

Hydraulic shock (HS) in solar installation can significantly affect on their reliability. A method for determining the conditions and consequences of hydraulic shock caused by aperiodic hydrodynamic instability due to inertia of pump head-flow is presented. Criteria of conditions of Hydraulic shock when starting pumps in standard circuits of solar installations depending on the delay time of the head-flow and time to reach a coolant steady state are found. A solution was found for the maximum pressure amplitude under hydraulic shock. Unlike the well-known Jukowsky formula, it considers the design and technical characteristics of the hydraulic circuit of solar installations, the inertia of head-flow characteristic of pump, and transition of kinetic energy of coolant stagnation to energy of pressure pulse of hydraulic shock. Hydraulic shock is a consequence of aperiodic and oscillatory hydrodynamic instability in solar installations. Aperiodic hydrodynamic instability may occur in transient conditions (for example, starting the pump). Oscillatory hydrodynamic instability may occurin operating conditions. Hydrodynamic instability is caused by inertia of head-flow characteristic of pumps in both cases. Inertia of headflow characteristic of pumps is mean a time delay of the response of head-flow characteristic of pumps to change the flow hydrodynamic parameters. We can use found results to eliminate causes and consequences of HS for operability and reliability of pump designs of solar installations.

Гідроудари в системах сонячних установок можуть істотно впливати на їх надійність. Представлений метод визначення умов виникнення і наслідків гідроударів в системах сонячних установок, викликаних аперіодичною гідродинамічною нестійкістю внаслідок інерційності напірно- витратної характеристики насосів. Визначено критерії умов виникнення гідроударів у типових схемах систем сонячних установок при запуску насосів в залежності від часу «запізнювання» реакції напірно-витратної характеристики і часу досягнення встановленої стану теплоносія. Отримано рішення для максимальної амплітуди тиску при гідроударах, яке на відміну від відомої формули Н.Є.Жуковського враховує конструкційно-технічні характеристики гідравлічної схеми систем сонячних установок, інерційність напірно-витратної характеристики насосів, перехід кінетичної енергії гальмування теплоносія у енергію імпульсу тиску гідроудару. Виникнення гідродинамічних ударів є наслідком аперіодичної і коливальної гідродинамічної нестійкості в системах сонячних установок. Аперіодична гідродинамічна нестійкість може виникнути в перехідних режимах (наприклад, пуску насоса). Коливальна гідродинамічна нестійкість може виникнути в робочих режимах. В обох випадках виникнення гідродинамічної нестійкості викликано інерційністю напірно-витратної характеристики насосів. Під інерційністю напірно-витратної характеристики насосів мається на увазі запіз нення в часі реакції напірно-витратної характеристики насосів на зміну гідродинамічних параметрів потоку. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні насосів систем сонячних батарей для усунення причин і наслідків гідроударів на працездатність і надійність.