CC BY
45
Сведения об авторах
Амерханов Роберт Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры «Электротехника, теплотехника и возобновляемые источники энергии», ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И Т. Трубилина» (г. Краснодар, Российская Федерация). Тел.: +7-988-242-63-30. E-mail: energyksau@mail.ru.
Авджян Норберт Семенович - магистрант факультета энергетики, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина» (г. Краснодар, Российская Федерация). E-mail: energyksau@mail.ru.
Information about the authors
Amerhanov Robert Aleksandrovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Electrical, heat and renewable energy sources department, FSBEI HE «Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin» (Krasnodar, Russian Federation). Phone: +7-988-242-63-30. E-mail: energyksau@mail.ru.
Avdzhyan Norbert Semenovich - master student, FSBEI HE «Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin» (Krasnodar, Russian Federation). E-mail: energyksau@mail.ru.
УДК 620.92
СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
© 2017г. Н.М. Веселова, А.С. Свистунов
Сохранность зерна является приоритетной задачей в экономике сельского хозяйства, которая может быть частично решена за счет сушки зерна в период послеуборочной обработки. Современные способы сушки зерна благодаря внедрению высокотехнологичных режимов и автоматизированных систем обеспечивают требуемые показатели качества зерна и высокую производительность сушильного оборудования. Несмотря на это, многие системы для первичной обработки зерна имеют в своем составе технологические процессы с большими затратами энергии. Ежегодное увеличение цен на энергоносители ставит цели по рациональному использованию энергии в агрегатах первичной обработки зерна. Высокая энергоемкость технологических процессов сушильных установок, а вместе с тем немалые затраты на энергетическое топливо и электроэнергию, создают предпосылки для разработки энергоэффективного способа первичной обработки зерна. Наиболее перспективным источником энергии для замены энергетического топлива, используемого в технологических процессах, является солнечная энергия, поскольку коэффициент ее преобразования в тепловую энергию достаточно высок. Продолжительность солнечного сияния в районах, где возделываются зерновые культуры, в среднем составляет 2000 ч, что говорит об имеющемся потенциале солнечной энергии для использования его в сельскохозяйственных нуждах. В данной работе предложена установка для первичной обработки зерна, в которой отсутствуют затраты на энергетическое топливо для тепловых процессов сушки. Установка оборудуется гелиовоздухоподогре-вателем и может быть использована как дополнительный агрегат системы первичной обработки зерна, установленный в полевых условиях. Улучшение качества зерна за счет снижения его первичной влажности достигается путем использования солнечной энергии для создания сушильного агента с определенными физическими параметрами. Установка обеспечит снижение первичных капитальных затрат и экологичность процесса первичной сушки зерна и может быть рекомендована для областей Южного федерального округа.
Ключевые слова: нетрадиционные возобновляемые источники энергии, снижение первичной влажности зерна, солнечные сушильные установки, экологичность, энергосбережение.
Preservation of grain is a priority in the economy of agriculture, which can be partially solved by drying the grain during post-harvest processing. Modern methods of drying grain through the introduction of high-tech modes and automated systems provide the required indicators of grain quality and high productivity of drying equipment. Despite this, many systems for primary grain processing have technological processes with high energy costs. The annual increase in energy prices sets targets for the rational use of energy in units of primary grain processing. High energy intensity of technological processes of drying units, and at the same time not a small expenditure on energy fuel and electricity, creates prerequisites for the development of an energy-efficient method of primary grain processing. The most promising source of energy for the replacement of energy fuel, used in technological processes, is solar energy, since the coefficient of its transformation into thermal energy is high enough. The duration of sunshine in areas where cereals are cultivated on average is 2000 hours, which indicates the available potential of solar energy for use in agricultural needs. In this paper authors suggest a unit for primary grain processing, which does not include costs of energy fuel for thermal processes of drying. The installation is equipped with a helium air heater and can be used as an additional unit of the primary grain processing system, installed in the field. Improving the quality of grain by reducing its primary humidity is achieved by using solar energy to create a drying agent with certain physical parameters. The use of the unit will ensure a reduction in the initial capital costs and environmental compatibility of the primary grain drying process and can be recommended for the regions of the Southern Federal District.
Keywords: non-traditional renewable energy sources, reduction of the primary moisture content of the grain, solar dryers, environmental improvement, energy saving.
Введение. Несмотря на засушливый климат в южной зоне нашей страны, ежегодно приходится сушить зерно и поздние зерновые культуры, особенно собираемые при обкосах перед закладкой их на хранение. На сегодняшний день в зерновом производстве уровень энергоемкости в себестоимости продукции остается высоким, но в то же время имеет большое значение, так как от него зависят качество зерна и объём его производства.
Снизить первичную энергоемкость и повысить экологичность процесса сушки зерна позволит замена энергетического топлива на сушильный агент заданных характеристик, получаемый на основе использования солнечной энергии.
В работе рассматривается возможность и целесообразность использования солнечной сушилки как дополнительного агрегата в системе первичной обработки зерна.
Данная комбинация энергетических потоков позволит обеспечить экономичность системы в целом по сравнению с традиционными системами, в которых затраты на топливо составляют примерно 20% от общих затрат в производстве зерна.
Солнечную сушильную установку предлагается размещать в полевых условиях. Установка практически не требует технического обслуживания и достаточно надежна по сравнению с традиционными сушильными агрегатами, где затраты на техническое обслуживание доходят до 11% от общих эксплуатационных затрат.
Эффективность первичной обработки зерна в предлагаемой системе достигается за счет сокращения процесса подготовки зерна к длительному хранению, снижения потерь зерна при хранении и получения более качественного продукта, что может благоприятно отразиться на ценовой политике на зерно.
Работа может представлять практический интерес для небольших хозяйств, занимающихся производством зерновых культур и может быть направлена на развитие агропромышленного комплекса Южного федерального округа.
Целью исследований была разработка схемы солнечной технологической установки, позволяющей снизить первичную влажность зерна без дополнительных энергетических за-
трат. Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
- проанализировать энергетические затраты в существующих зерносушильных агрегатах;
- определить для территорий с большими объемами производства зерна возможность использования солнечного потенциала;
- изучить опыт российских и зарубежных авторов по созданию солнечных сушилок;
- разработать конструкцию солнечного воздухоподогревателя для получения сушильного агента.
Сушка зерна - это основная технологическая операция по приведению его в устойчивое равновесное состояние при его хранении. Только после того, как из зерновой массы удалена вся избыточная влага, можно рассчитывать на надежную сохранность зерна в течение длительного периода времени.
Сегодня существует два основных способа удаления избыточной влаги из зерна: удаление влаги из зерна без изменения её агрегатного состояния и без подвода тепла (сорбционная и химическая сушка); с изменением агрегатного состояния влаги в зерне с помощью подвода тепла (радиационная, контактная и конвективная сушка).
В сельскохозяйственном производстве для сушки зерновых культур используется преимущественно конвективная сушка с подводом теплоты [1]. Все существующие зерносушиль-ные агрегаты имеют высокую энергоемкость (большие затраты тепловой и электрической энергии), о чем свидетельствуют их технические характеристики [2]. По удельным затратам тепловой энергии на первом месте находятся шахтные сушилки (от 800 до 350 МДж/т зерна), далее следуют барабанные (400-350 МДж/т зерна), рециркуляционные (-350 350 МДж/т зерна) и конвейерные (300-250 МДж/т зерна). Конвейерные сушилки, взятые за основу в данной работе из-за своей компактности, имеют минимальные энергетические затраты.
По данным статистики 2017 года больше всего произведено зерна в Южном федеральном округе - 36,2 млн тонн [3]. Места в производстве зерна распределились среди регионов в 2017 году следующем образом (таблица 1).
В таблице 1 также представлено количество солнечной инсоляции некоторых регионов [4-6].
Таблица 1 - Количество произведенного зерна и инсоляция по отдельным регионам России
Регионы Произведено пшеницы, млн т Приход солнечной радиации в июне-августе, МДж/м2день Продолжительность солнечного сияния, часов в год
1. Краснодарский край 14,7 19,24 2000-2400
2. Ростовская область 13,2 20,56 2000-2200
3. Ставропольский край 9,3 20,84 2200-2400
4. Воронежская область 5,5 18,13 1750-1950
5. Алтайский край 5,2 20,13 2000-2300
6. Республика Татарстан 5,0 18,69 1760-1900
7. Курская область 4,5 17,08 1750-1800
8. Оренбургская область 4,2 18,14 2190-2200
9. Тамбовская область 3,9 14,35 1700-1750
10. Республика Башкирия 3,8 18,16 1800-2020
Как видно из таблицы, имеющийся потенциал для регионов с высоким объемом производства зерна достаточен, чтобы его использовать в тепловых технологических процессах первичной обработки зерна.
Авторами работ в области применения солнечной энергии для сушки различных материалов предложено несколько технологических установок - как с использованием тепловых процессов [7, 8], так и прямого солнечного преобразования в электрическую энергию калорифера [9]. Более подробно рассматривается использование солнечной энергии в книге Джона Дьюфай и Уильяма Бекмана «Тепловые солнечные установки» [10]. Опыт проведенных исследований по получению теплоносителя с использованием солнечной энергии для технологических процессов сушки показывает, что существующие технологии еще недостаточно эффективны, сами технологические установки громоздки и дорогостоящи, но тем не менее они позволяют существенно снижать затраты энергоносителей.
Процесс нагрева воздуха за счет альтернативных источников энергии также имеет место в работах отечественных и зарубежных авторов. Американским ученым Абдурахманом-Хамди был разработан солнечный подогреватель воздуха сложной геометрической формы, позволяющий регулировать выходную температуру теплоносителя [11]. Более подробно влияние геометрии, угла наклона и скорости потока
воздуха в солнечном подогревателе на выходные характеристики теплоносителя были исследованы автором Афак Джасим Махмудом [12]. Данные воздухоподогреватели, к сожалению, не предназначены для прохождения через них большого потока воздуха для получения сушильного агента, к тому же они имеют сложные формы и требуют специальных навыков для их изготовления.
Анализ существующих разработок использования солнца для сушки материалов позволяет утверждать, что применение комбинации радиационно-конвективной сушилки с солнечным воздухоподогревателем дает новый подход в первичной обработке зерна.
Методика исследования. Была создана схема солнечной сушилки, позволяющая заменить природное топливо в тепловых процессах сушки на альтернативный возобновляемый источник. Рассматриваемая солнечная сушилка представляет собой комплекс устройств, в который входит [2]: бункер-дозатор, транспортер-адсорбер, солнечный воздухоподогреватель (рисунок 1). Для электрообеспечения привода вентилятора и транспортера используются фотоэлектрические преобразователи.
Для обеспечения радиационно-конвективной сушилки сушильным агентом требуемого потенциала был произведен тепловой расчет гелиовоздухоподогревателя, результатом которого явилось определение его геометрических параметров (рисунок 2).
М"
Ж
1 - бункер-дозатор; 2 - распределяющий нож; 3 - светопрозрачное покрытие (закаленное стекло); 4 - колосниковая решетка; 5 - змеевик с водой; 6 - вал транспортера; 7 - воздушный солнечный подогреватель; 8 - вентилятор; 9 - приемный бункер Рисунок 1 - Схема солнечной радиационно-конвективной сушилки
направление потока ©
7
и,
1и
покрытие 2 , покрытие 1
У иь
Рисунок 2 - Схема гелиовоздушного коллектора
Задавались следующие исходные данные для расчета (таблица 2).
Таблица 2 - Исходные данные для теплового расчета коллектора
Величина Обозначение, размерность Значение
Температура окружающего воздуха <а, °С 25
Температура поглощающей пластины tpt, °с 146
Скорость воздуха над поверхностью коллектора м/с 5
Число стеклянных покрытий л, шт. 1
Степень черноты пластины Ер 0,93
Степень черноты стекла (покрытия) ¿Я 0,88
Теплопроводность поглощающей пластины (ребра) (сталь) Ар, Вт/(м К) 45
Толщина поглощающей пластины м 0,003
Теплопроводность тепловой изоляции (базальтовая вата) Ли, Вт/(мК) 0,036
Толщина тепловой изоляции би, м 0,05
Теплоемкость воздуха ср, Дж/(кгК) 1,0
Расход воздуха, проходящего через коллектор [2] в, кг/с 0,37
Интенсивность солнечного излучения Е, Вт/м2 500
Суммарные теплопотери в солнечном где (А-общий коэффициенттеплопотерь, воздухоподогревателе составили: Вт/(м2К);
(А - коэффициент теплопотерь от погло-1/1=и,+иь, (1) щающей пластины к окружающей
среде, Вт/(м2 К),
и< =
п
344
Т,
р>
т -т Vй' ¿а
р1 а П + /
+ •
Тр1~Та ' Тр, ~Та
Ер + 0,0425 • п 1 -Ер
+
>+/-у«»Г
(Ч
где п - число стеклянных покрытий;
Тр - температура поглощающей пластины, К; Та - температура окружающей среды, К;
/ = (1,0 - 0,04сго) + 5 • 10• (1 + 0,058п) - коэффициент; йш = 5,7 + 3,8 •
в-скорость движения среды над покрытием, м/с; о = £п • с0 • 10"8- коэффициент лучеиспускания, Вт/(м2К4),
£„ =
1
е е
р ?
(3)
ь~ и / »-коэффициент теплопотерь
через нижнюю изоляцию, Вт/м2; К, Ки-теплопроводность изоляции; 6и - толщина изоляции. Теплота, переданная воздуху в коллекторе, определялась по формуле
а,=я ■ рк ■ Е, (4)
где 5- площадь поглощающей пластины, м2; Р-коэффициент отвода тепла из коллектора,
Рк =
С-с,
и,
I -ехр
С-с
Л
р /
, (5)
где в - массовый расход жидкости, кг/с; ср - теплоемкость жидкости Дж/(кг К); Р- коэффициент поглощающей поверхности,
¡7' - р" г -г0
1 +
1-^0
Ь'ссх
Рр \-Ui-Ff
где Ро - эффективность теплоотдающей поверхности;
(6)
Рр - эффективность ребра (пластина); Р- эффективность ребра (ребро), 1
Рп= —
V,
(7)
«1 +
1
+ 1
1/СС| + 1/а2 где 01 - коэффициент теплоотдачи от стекла к воздуху, зависящий от скорости движения воздушного потока, щ = 5,6 + 4- уу;
\м- скорость воздушного потока;
02-коэффициент теплоотдачи от воздуха к поглощающей пластине.
/И
Рр =
И
"ЧЛ,
И
ш
1?/ =
'V
2 аг
J
К
где а- средний коэффициент теплоотдачи поглощающих поверхностей,
ратурой поглощающей пластины Тр, и конструктивными данными коллектора, далее расчет ведут по вышеприведенным уравнениям и находят Гр,/+1. Если совпадения нет, то подставляют уже найденную величину и снова ведут расчет до тех пор, пока не будет должного совпадения, при этом корректируют размеры коллектора таким образом, чтобы в результате получить требуемую температуру сушильного агента.
Результаты и их обсуждения. В результате итераций были выбраны следующие размеры коллектора (таблица 3).
Как видно из таблицы, солнечный воздушный подогреватель имеет компактность и способен обеспечивать требуемые значения сушильного агента.
Таблица 3 - Результаты конструктивного расчета коллектора
Размеры коллектора Обозначение, размерность Значение
длина 1, м 2,5
ширина Б, м 2,0
высота Н, м 0,13
Высота ребер /7р, М 0,07
Толщина ребер бр, М 0,003
Расстояние между ребрами Ьр, м 0,07
(7 ■ т ¡+та -7-—^-• (9)
Убр+ У£я -1
Средняя температура воздуха в коллекторе
Ь = та + ;» • х-ъ/г .(Ю)
Отсюда температура поглощающей пластины
Трлг 1 =Т/+ —--,(11)
«2
\ + Ер 8р/8-1
где 5Р - суммарная площадь ребер, м2.
Интеграционный расчет ведут следующим образом: задаются предварительно темпе-
Для данного коллектора характерно то, что с увеличением инсоляции и снижением скорости ветра температура сушильного агента растет (рисунок 3). В этом случае для стабили-
1200
гм
Д юоо
® 800
11Г
« 600
з- 400
Выводы
1. Рассмотрена возможность использования радиационно-конвективных солнечных сушилок. Анализ солнечного потенциала местности, где предполагается использование солнеч-
зации процесса можно использовать регулируемые жалюзи. Также двойное остекление коллектора дает значительное увеличение температуры.
8 5
в солнечном коллекторе
ных сушилок, показал, что применение их будет целесообразно.
2. Предложена конструкция солнечной сушилки, которая позволит снизить затраты на энергетическое топливо и повысить качество семенного материала при хранении. Данная
Температура воздуха в коллекторе М, "С
1 - от инсоляции; 2 - от скорости ветра Рисунок 3 - Зависимость температуры сушильного агента, получаемого
сушилка достаточно надежна, экологична и практически не требует технического обслуживания по сравнению с существующими сушильными агрегатами.
3. Определены конструктивные размеры солнечного воздушного коллектора, требуемые для создания сушильного агента определенного потенциала. Изменение температуры сушильного агента в зависимости от инсоляции в таком коллекторе можно скорректировать путем установки регулируемых жалюзи.
Литература
1. Чумаков, В. Г. Зерносушилки и направления их развития / В.Г. Чумаков, A.C. Жанахов // Материалы Меж-дунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству», посвящ. 100-летию со дня рождения И.Е. Ульмана. - Челябинск, 2008. - Ч. 3. -С.З&42.
2. Веселова, Н.М. Энергетическая установка для сушки зерна за счет средств солнечной энергии / Н.М. Веселова, Д.Д. Нехорошее, A.B. Меликов II Международный научно-исследовательский журнал. - 2017. - № 8(62), часть 3, август. - С. 39-42.
3. Российский бизнес-журнал [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rosbj.ru/, свободный, ноябрь 15, 2017.
4. Даус, Ю.В. Оценка потенциала использования энергоустановок на основе преобразования солнечной энергии на примере г. Волгограда / Ю.В. Даус, С.А. Раки-тов, И.В. Юдаев II Известия Нижневолжского агроунивер-ситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2016. - № 2 (42). - С. 261-267.
5. Belenov, A.T. The experience of operation of the solar power plant on the roof of the administrative building in the town of Kamyshin, Volgograd oblast' / AT. Belenov, V.V. Kharchenko, S.A. Rakitov, Y.V. Daus, I.V. Yudaev II Applied Solar Energy. - 2016. - V. 52. - № 2. - P. 105-108.
6. Даус, Ю.В. Ресурсный потенциал солнечной энергии для установок, использующих её в системе энергоснабжения потребителей г. Волжского / Ю.В. Даус, Н.М. Веселова, И.В. Юдаев, С.А. Ракитов II Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2017. - № 2 (129).-С. 297-307.
7. Хазимов, М.Ж. Определение термического КПД солнечной сушилки / М.Ж. Хазимов II Материалы за VI Международная научно-практическая конференция «Образование и наука 21 век - 2010». - София: «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2010.-Т. 17.-С. 47-51.
8. Lalit, М. Bal. Solar dryer with thermal energy storage systems for drying agricultural food products / M. Bal Lalit, Satya Santosh, S.N. Naik II Sust. Energy Rev. - 2010. -Vol. 14.-P. 2298-2314.
9. Использование солнечной энергий при сушке зерновых культур / A.T. Умбетбеков, М.М. Абдибаттаева, Г.Б. Танабекова, Д.А. Аманкос II Вестник Казахского науч-но-технического университета им. К.И. Сатпаева. Технические науки - Казахстан, Каз.НТУ, 2015. - № 5. - С. 273-277.
10. Duffie, John A. Solar engineering of thermal process I John A. Duffie, William A. Beckman. - 4th edition. -New York: John Wiley and Sons, 2013. - 936 p.
11. Homadi, Abdulrahman M. Investigation on Choosing the Suitable Geometry of the Solar Air Heater to Certain Conditions / Abdulrahman M. Homadi II World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering. - 2016. - Vol. 10. - № 9.
12. Afaq, Jasim Mahmood. Experimental Study of a Solar Air Heater with a New Arrangement of Transverse Longitudinal Baffles / Jasim Mahmood Afaq // Journal of Solar Energy Engineering. -2017, Feb. - Vol. 139(3).
References
1. Chumakov V.G., Zhanakhov A.S. Zernosushilki i napravleniya ikh razvitiya [Zernosushilki and directions of their development]: materialy Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. «Dostizheniya nauki - agropromyshlennomu proizvodstvu», posvyashch. 100-letiyu so dnya rozhdeniya I. Ye. UI'mana, Chelyabinsk, 2008, ch. 3, pp. 38-42.
2. Veselova N.M., Nekhoroshev D.D., Melikov A.V. Energeticheskaya ustanovka dlya sushki zerna za sehet sredstv solnechnoy energii [Power unit for grain drying due to solar energy], Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal, 2017, No 8 (62), ch. 3, avgust, pp. 39-42.
3. Rossiyskiy biznes-zhurnal [Elektronnyy resurs], Rezhim dostupa: http://www.rosbj.ru/, svobodnyy, noyabr' 15, 2017.
4. Daus Yu.V., Rakitov S.A., Yudayev I.V. Otsenka potentsiala ispol'zovaniya energoustanovok na osnove preo-brazovaniya solnechnoy energii na primere g. Volgograda [Assessment of the potential of using the power units based on solar energy conversion on the example of Volgograd], Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa, Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie, 2016, No 2 (42), pp. 261-267.
5. Belenov A.T., Kharchenko V.V., Rakitov S.A., Daus Y.V., Yudaev I.V. The experience of operation of the solar power plant on the roof of the administrative building in the town of Kamyshin, Volgograd oblast1, Applied Solar Energy, 2016, T. 52, No 2, pp. 105-108.
6. Daus Yu.V., Veselova N.M., Yudayev I.V., Rakitov S.A. Resursnyy potentsial solnechnoy energii dlya usta-novok, ispol'zuyushchikh yeye v sisteme energosnabzheniya potrebiteley g. Volzhskogo [The resource potential of solar power for units using it in the power supply system of consumers of Volzhsky], Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2017, No 2 (129), pp. 297-307.
7. Khazimov M.Zh. Opredeleniye termicheskogo KPD solnechnoy sushilki [Determination of the thermal efficiency of a solar dryer): materialy za VI Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya «Obrazovaniye I nauka 21 vek-2010», Sofiya, «Byal GRAD-BG» OOD, 2010, T. 17. pp. 47-51.
8. Lalit M. Bal, Santosh Satya, S.N. Naik. Solar dryer with thermal energy storage systems for drying agricultural food products, Sust. Energy Rev., 2010, Vol. 14, pp. 2298-2314.
9. Umbetbekov AT., Abdibattayeva M.M., Tanabeko-va G.B., Amankos D.A. Ispol'zovanie solnechnoj energii pri
sushke zernovykh kul'tur [Use of solar energy for drying grain crops], Vestnik Kazakhskogo nauchno-tekhnicheskogo uni-versiteta im. K.I. Satpayeva. Tekhnicheskiye nauki, Kazakhstan, Kaz.NTU, 2015, No 5, pp. 273-277.
10. Duffie John A., Beckman William A. Solar engineering of thermal process, 4th edition, New York, John Wiley and Sons, 2013,936 p.
11. Abdulrahman M. Homadi. Investigation on Choosing the Suitable Geometry of the Solar Air Heater to Certain
Conditions, World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Electical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering, 2016, Vol. 10, No 9.
12. Afaq Jasim Mahmood. Experimental Study of a Solar Air Heater With A New Arrangement of Transverse Longitudinal Baffles, Journal of Solar Energy Engineering, 2017, Feb., Vol. 139(3).
Сведения об авторах
Веселова Наталья Михайловна - кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой «Электроснабжение сельского хозяйства и теоретических основ электротехники», ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (Российская Федерация). Тел.: +7-988-001-24-68. E-mail: veselovanm28@gmail.com.
Свистунов Александр Сергеевич - студент, ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (Российская Федерация). Тел.: +7-937-105-17-55. E-mail: alexander.swistunov2012@yandex.ru.
Information about the authors
Veselova Natalia Mikhailovna - Candidate of Technical Sciences, associate Professor, head of the Electricity supply of agriculture and theoretical foundations of electrical engineering department, FSBEI HE «Volgograd State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: +7-988-001-24-68. E-mail: veselovanm28@gmail.com.
Svistunov Alexander Sergeevich - student, FSBEI HE «Volgograd State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: +7-937-105-17-55. E-mail: alexander.swistunow2012@yandex.ru.
УДК 620.9
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
© 2017 г. А.В. Щегольков, А.В. Щегольков, И.О. Плотницкий
Целью работы являются исследования вопросов модификации парафинов углеродными наноструктурами и разработка рекомендаций по применению модифицированных парафинов в сфере возобновпяемой энергетики, а именно для повышения эффективности солнечных коллекторов путем улучшения систем накопления тепловой энергии. Измерение теплофизических параметров парафина, модифицированного углеродными нанотрубками, проводились на приборах ИТ-А-400 (измерение теплопроводности) и ИТ-С-400 (измерение теплоемкости) в режиме монотонного разогрева со средней скоростью 0,1 °С /с при адиабатических условиях. Модифицирование парафина различными типами УНМ позволяет изменить его теплофизические параметры, следствием чего является изменение положения точки фазового перехода, а также расширение границ фазового перехода. Это позволяет повысить эффективность системы теплоакку-муляции, так как расширяется диапазон температур фазового перехода, что в свою очередь приводит к увеличению накопленной теплоты на 30-50%. Согласно проведенным экспериментальным исследованиям установлены температурные зависимости теплоемкости и теплопроводности для парафина, модифицированного углеродными нанотрубками с различным типом морфологии УНМ, УНМ М и УНМ МД. Из-за фазового перехода в рабочем диапазоне температур при равных габаритах тепловой аккумулятор для солнечного коллектора, на основе парафинов, модифицированных углеродными нанотрубками, накапливает до двух раз больше количества теплоты, чем тепловой аккумулятор на основе воды, что в свою очередь позволяет уменьшить тепловые потери. Таким образом, применение парафинов, модифицированных углеродными нанотрубками, позволяет сделать использование солнечных коллекторов экономически выгодным как с точки зрения эксплуатации, так и на стадии монтажных и пусконаладочных работ. Существуют перспективы применения разработанного материала для тепловых насосов и конгенераторных установок.
Ключевые слова: теплоаккумулирующие материалы, углеродные наноструктуры, энергосбережение, углеродные нанотрубки, нанотехнологии, энергоэффективность.
The aim of this paper is the research of modifications of paraffin by carbon nanostructures and development of recommendations on the use of modified paraffin in the field of renewable energy, namely to improve the efficiency of solar collectors by improving the systems of accumulation of thermal energy. Measurement of thermophysical parameters of paraffin modified by carbonic nanotubes was realized on the devices of the IT-A-400 (measurement of conductivity) and the IT-C-400 (measurement of heat capacity) in a monotonic warming mode with an average speed of 0,1 °C at adiabatic conditions. The modification of paraffin different types of CNM provides to change its thermophysical parameters, as a result there is a changing position of the point of phase transition, as well as the expansion of the boundaries of the phase transition. This improves the efficiency of the heat accumulation system, as the temperature range of transition phase is expanding, which in turn leads to an increase of the
