CC BY
54
4. Определяются удельные параметры теплообменников и их геометрия.
5. Определяется массовый расход через испаритель при известной тепловой мощности источника 0ист, рассчитываются массоэнергетические параметры цикла.
6. Подбираются тип и геометрия турбины, насосов, теплообменников.
Результатом решения прямой задачи являются определенная геометрия установки, ее баланс энергий, выдаваемые мощности и КПД.
Обратная задача - при известной геометрии ПТУ получить ее параметры на разных режимах, характеристики, и на основе этого оптимизировать цикл работы установки.
Исходные данные по обратной задаче: геометрия турбины, насоса, теплообменников; рабочее тело и его диаграмма; угловая скорость вращения ротора; характеристики источника и холодильника, диапазон и шаг изменения управляющих параметров.
Решение обратной задачи ведется по следующему алгоритму: по заданным давлению и массовому расходу на входе в сопловой аппарат определяется адиабатическая работа газа и потери в сопловом аппарате. Далее для потоков фреона в каналах рабочего колеса строятся треугольники скоростей, определяется скорость на выходе из рабочей решетки и потери. По давлению и температуре на выходе из турбины с учетом характеристик холодильника определяется параметры в конденсаторе. На основе расхода и перепада давлений определяется мощность насоса и его КПД.
Результат решения обратной задачи - серии расчетных параметров для различных сочетаний управляющих факторов, на основе которых проводится определение оптимальных режимов работы установки и критических ситуаций.
Обратная задача может быть решена только с учетом реальных потерь в установке, которые в большинстве случаев находятся экспериментально. Разба-лансировка потерь необходима для выявления степени эффективности компонентов.
В ступени турбины имеем следующие виды потерь:
1. Потери в сопловом аппарате (скоростной коэффициент сопла ф).
2. Потери в рабочей решетке (коэффициент потерь в каналах колеса у).
3. Потери с выходной скоростью.
4. Потери на утечку.
5. Потери от дискового трения.
6. Механические потери.
7. Потери на парциальность (вентиляционные потери).
8. Потери на теплоотдачу в окружающую среду.
Кроме того в системе присутствуют потери других
компонентов:
- потери в насосе
- потери в теплообменниках
- потери в соединительных трубках
Алгоритм за неимением экспериментальных данных разработан с учетом рекомендуемых значений коэффициентов потерь: в сопле турбины ф; в рабочем колесе у. Потери с выходной скоростью определяются по треугольнику скоростей. Вентиляционные потери и потери от дискового трения находятся с учетом трения в пространственном пограничном слое. Механические потери находятся с учетом скорости вращения и давлений в системе (потери в подшипниках и уплотнениях).
Расчет на утечки не проводился вследствие герметичности установки. Процесс теплоотдачи в окружающую среду от турбины не учитывался, расширение считалось адиабатным.
На основе приведенного алгоритма была написана программа расчета характеристик паротурбинной установки, работающей на фреоне И22. На основе расчетов по программе с учетом данных реальных установок установлено, что разработанная модель адекватна и подходит для моделирования реальных процессов.
Планируется доработка математической модели паротурбинной установки. Корректировке подвергнутся расчетные коэффициенты потерь, которые определяются при анализе экспериментальных данных. В результате на основе полученной модели предполагается проводить оптимизацию паротурбиной установки.
© Ходенков А. А., Делков А. В., Кишкин А. А., 2011
УДК 669.713.7
В. А. Шелепов Научный руководитель - М. Г. Мелкозёров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Современные технологии достигаю своего придела в эффективности, выходом из сложившейся ситуации является применение различных систем энергосбережения. Одними из таких систем являются аккумуляторы теплоты. Множество методов и способов аккумулирования приводит к различным техническим и конструктивным решениям.
Тепловой аккумулятор предназначен для запаса тепловой энергии в период времени, когда имеется ее избыток, сохранения в течение определенного количества времени с последующей отдачей теплоты потребителю.
Масса или объем теплоаккумулирующего материала (ТАМ) зависит от соответствующей плотности запасаемой энергии и КПД процесса аккумулирования тепла. В реальном процессе аккумулирования
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
теплоты плотность запасаемой энергии на порядок ниже теоретического значения вследствие тепловых потерь, выравнивания поля температур, потерь при заряде и разряде аккумулятора.[2] В настоящее время известно большое многообразие видов и конструкций тепловых аккумуляторов, обусловленное широким спектром областей применения аккумуляторов тепла:
- тепловые аккумуляторы с твердым ТАМ;
- тепловые аккумуляторы с плавящимся ТАМ;
- жидкостные аккумуляторы тепла;
- паровые аккумуляторы тепла;
- термохимические аккумуляторы;
- тепловые аккумуляторы с электронагревательным элементом [1].
Рис. 1. Виды аккумуляторов тепла с твердым аккумулирующим материалом:
а - с пористой матрицей; б, в - канальные; г, д - подземные с вертикальными и горизонтальными каналами; е - в водоносном горизонте; 1 - выход теплоносителя; 2 - теплоизоляция; 3 - разделительная решетка; 4 - тепло аккумулирующий материал; 5 - опоры; 6 - выход теплоносителя; 7 - разделение потоков; 8 - индуктор; 9 - водоносный слой; 10 - водонепроницаемый слой [3]
Рис. 2. Виды аккумуляторов тепла фазового перехода: а - капсульный; б - кожухотрубный; в, г - со скребковым удалением ТАМ; д - с ультрозвуковым удалением ТАМ; е, ж - с прямым контактом и прокачкой ТАМ; з, и - с испа-рительно - конвективным переносом тепла; 1 - жидкий ТАМ; 2 - твердый ТАМ; 3 - поверхность теплообмена;
4 - корпус теплового аккумулятора;
5 - теплоноситель; 6 - граница раздела фаз; 7 - частицы твердого ТАМ; 8 - промежуточный теплообменник; 9 - паровое и жидкостное пространство для теплоносителя [3]
Традиционно рассматриваются тепловые аккумуляторы с неподвижной или подвижной матрицами. Использование неподвижной матрицы обеспечивает максимальную простоту конструкции, но требует больших масс ТАМ. Кроме этого, температура теплоносителя на выходе из аккумулятора изменяется в течение времени, что требует дополнительной системы поддержания постоянных параметров путем перепуска.
Канальные тепловые аккумуляторы широко применяются в системах электро- и теплоснабжения, использующих вне пиковую энергию. Теплоаккумули-рующий материал (шамот, огнеупорный кирпич и т. п.) нагревается в периоды минимального потребления электроэнергии, что позволяет выравнивать графики загрузки электростанций. Пропуская холодный воздух через матрицу можно производить обогрев помещений.
Таким образом, применение аккумуляторов теплоты в системах теплоснабжения позволит повысить эффективность использования топлива, шире применять вторичные энергоресурсы, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.
Библиографические ссылки
1. Левенберг В. Д., Ткач М. Р., Гольстрем В. А. Аккумулирование тепла. Киев : Техника, 1991. С. 49-74.
2. Мозговой А. Г., Шпильрайн Э. Э., Дибиров М. А. и др. Теплофизические свойства теплоаккумулирую-щих материалов. Кристаллогидраты. М. : ИВТАНАН СССР, 1990. № 2 (82).
3. Сотникова О. А., Турбин В. С., Григорьев В. А. Аккумуляторы теплоты теплогенерирующих установок систем теплоснабжения. Энергоэффективность: опыт, проблемы, решения. Вып. 1-2. 2004. С. 82-86.
© Шелепов В. А., Мелкозёров М. Г., 2011
УДК 669.054.2:66.067.1
И. Н. Щукина1, М. А. Воеводина1 Научный руководитель - Г. Г. Крушенко2 1Хакасский технический институт, Абакан 2Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск
ОЧИСТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ ФИЛЬТРОВАНИЕМ В ЛИТЕИНОИ ФОРМЕ
Разработана модель фильтрационного рафинирования металлических расплавов. Непрерывный процесс течения расплава по каналам фильтра представлен как прерывный пошаговый. Для оценки эффективности фильтрования введен параметр - коэффициент эффективного использования поверхности фильтра
Фильтрование металлических расплавов, как цветных, так и черных сплавов находит все более широкое распространение. Например, в результате фильтрования алюминиево-кремниевого сплава АК7 через фильтр, представляющий собой засыпанные в литниковую чашу кусочки дробленого переплава фторидов (50 % М^2 + 50 % СаР2) механические свойства отливок и плотность отливок оказались более высокими, чем при заливке без фильтрования. [1]. Это связано с адсорбцией неметаллических примесей при протекании множества струек по поверхности фильтрующего материала [2].
Результаты экспериментальных и промышленных исследований свидетельствуют о высокой эффективности процесса очистки от вредных примесей и расплава чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) фильтрованием с помощью тканых, пенокерамических и ячеистых фильтров [3; 4].
Осаждение неметаллических частиц на фильтре происходит путем доставки их к поверхности адсорбента (фильтра), перехода ими границы раздела расплав - фильтр и агрегации частиц на поверхности фильтра [5]. Следовательно, одним из обязательных условий фильтрационного рафинирования металлических расплавов от взвешенных в них неметаллических частиц является обеспечение прямого контакта их с материалом фильтра.
При прохождении струйкой расплава пути Ш в канале фильтра концентрация НВ уменьшается на
Общее изменение количества НВ для элементарного промежутка времени составит
dq' = - Уф-Бк^с. (1)
С другой стороны неметаллические частицы со скоростью и доставляются к поверхности фильтра. На элементарном участке dl площадь поверхности фильтра равна П-Ш.
Поэтому общее количество доставляемых частиц равно
dq' = П-Ш-и-с. (2)
Приравнивая правые части уравнений (1) и (2) получили
уф-Бк^с = П-Ш-и-с. (3)
^с _ П • и • d1
с Vф • 8к '
(4)
Интегрируя правую и левую часть равенства в пределах изменения концентрации включений от с0 до ск и длины канала фильтра от 0 до Ь получаем
1пс!к _-
П • и
(5)
Эффективность рафинирования описывается урав-
нением
^ _ е уф ^к
П • и • Ь
с
0
