Исследование теплогидравлических процессов в автоколебательных насосах теплового действия применительно к системам тепло - и хладоснабжения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат технических наук Буй Мань Ту

• Буй Мань Ту
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Буй Мань Ту

Введение.

Глава 1. Современное состояние разработок термоколебательных двухфазных теплопередающих устройств.

1.1 Управляемый насос теплового действия.

1.1.1 Простейший управляемый насос теплового действия.

1.1.2 Управляемый насос теплового действия с термо - 11 элиарическим холодильником.

1.2 Автоколебательный насос теплового действия.

1.2.1 Первая модель автоколебательного насос теплового действия.

1.2.2 Простейший автоколебательный насос теплового действия.

1.2.3 Двухфазный пульсационный насосный контур с одним парогенератором и внутренним промежуточным сосудом.

1.2.4. Устройство и принцип действия системы насоса теплового действия с одной трубкой.

1.2.5. Насос теплового действия для жидкостного контура.

1.2.6. Термонагретатель вытеснительного типа с внешним контуром.

1.2.7. Двухфазный контур с сильфонным нагнетателя.

1.3. Выводы.

Глава 2. Предварительные экспериментальные исследования насоса теплового действия и его элементов.

2.1 Описание действующего макета насоса.

2.2 Описание экспериментальной установки.

2.3 Проверка работоспособность насоса (определение основных этапов цикла).

2.4 Экспериментальные исследования элементов насоса.

2.4.1 Определение гидравлических характеристик обратных клапанов.

2.4.2 Определение тепловых потерь испарителя.

2.4.3 Физическое моделирование динамических процессов парогенерации.

2.4.4 Конструктивные методы увеличения производительности насоса.

2.5 Выводы.

Глава 3. Математическое моделирование процессов тепло - и массопереноса насоса теплового действия.

3.1. Изменение давления пара.

3.2. Уравнения движения жидкости в накопительной ёмкости и внешнем контуре.

3.3. Тепломассопередача в испарителе.

3.4. Тепломассопередача в накопителе-конденсаторе.

3.5. Особенности поэтапного расчёта параметров цикла насоса теплового действия.

3.6. Анализ результатов расчёта и краткие выводы по главе.

Глава 4. Рекомендации по применению перекачивающих насосов теплового действия в технике.

4.1 Нагнетательные насосы в абсорбционных трансформаторах тепла.

4.2 Перекачивающие и нагнетательные насосы в струйных трансформаторах тепла (эжекторные холодильные машины).

4.3 Использование НТД в системе солнечного теплоснабжения.

4.4 Перекачивающие насосы в парокомпрессионных аммиачных холодильных установках.

4.5 Особенности конструирования насоса теплового действия.

4.6 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование теплогидравлических процессов в автоколебательных насосах теплового действия применительно к системам тепло - и хладоснабжения»

В настоящее время во Вьетнаме, так же как в России и в мире актуальна проблема повышения энергетической эффективности теплотехнологических процессов и установок за счет использования нетрадиционных и вторичных источников энергии. Одним из возможных путей решения этой проблемы является создание систем тепло - и хладоснабжения без использования электромеханических побудителей движения, в которых циркуляция теплоносителя осуществляется за счет теплоты источнике с повышенным температурным потенциалом по отношению к температуре рабочего контура.

Одним из актуальных и относительно современных направлений двухфазной технологии является разработка термоколебательных двухфазных теплопередающих устройств, которые являются насосом теплового действия (НТД).

Конструктивное многообразие этих устройств усложняет их • классификацию, однако, можно заметить, что все НТД отличаются от иных* двухфазных теплопередающих устройств ( таких как тепловые трубы, термосифоны.) тем, что циркуляция теплоносителя в них происходит периодически. В отдельных элементах НТД жидкость поочередно сначала накапливается, а затем расходуется, причем этот процесс периодически повторяется.

В некоторых случаях элемент, в котором возбуждаются термоколебания может функционально выполнять роль обычного насоса, обеспечивающего циркуляцию жидкого теплоносителя. Термоколебания при этом поддерживаются с помощью обычного маломощного нагревателя ( например, электрического) и представляют собой чередующиеся процессы испарения и конденсации, сопровождающиеся пульсациями давления пара, которые и являются движущей силой в процессе циркуляции теплоносителя.

В настоящее время известен обширный ряд двухфазных теплопередающих систем, успешно применяемых на практике при разработке систем обеспечения теплового режима различных объектов, создании энергосберегающих теплотехнологических процессов и оборудования. К их числу относятся термосифоны и тепловые трубы, двухфазные циркуляционные контуры с капиллярными и механическими насосами. Разнообразие принципов их функционирования определяется в основном различием движущих сил под действием которых конденсат возвращается в зону испарения рабочей жидкости, но общим является то, что характер процессов тепло- и массопереноса не меняется со временем за исключением пускового периода.

Применимость того или иного типа перечисленных устройств определяется главным образом их теплопередающей способностью, возможностью тепло- массопередачи с минимальным термическим сопротивлением при минимальных затратах финансовых и материальных ресурсов и максимальной степени надежности. Эти требования, часто противоречат друг другу. Современное тепловое оборудование, используемое в промышленности, работает с высокой эффективностью, высокой возможностью автоматического регулирования, но обладает высокой себестоимостью и повышенными требованиями к квалификации инженеров, занятых в эксплуатации и обслуживании оборудования.

Включение НТД в теплотехнологические системы повысит их эффективности и надежность, так как они имеют простую конструкцию, не требуют механического и специального автоматического регулирования, а возможность параллельной установки НТД в качестве резерва штатного насоса на работающих холодильниках с минимальным временем остановки снижают стоимость установки и эксплуатации

Целью данной работы является разработка и исследование теплогидравлических процессов в автоколебательных насосах теплового действия применительно к системам тепло - и хладоснабжения.

Заключение диссертации по теме «Промышленная теплоэнергетика», Буй Мань Ту

4.6 Выводы

1. Пульсационные двухфазные насосы теплового действия могут использоваться как в установках для хладоснабжения, так и в отопительных системах.

2. Для различных исходных данных разработка конструкции насоса является индивидуальным проектом.

3. Повышение производительности насоса достигается сокращением времени существования малопроизводительных этапов работы.

4. Объём сливаемой из накопителя жидкости, определяемый расстоянием от верхней точки до среза гидросифона должен быть не меньше, чем объём испарителя.

Материал корпуса насоса должен быть химически совместим с теплоносителем для устранения возможности образования неконденсирующихся газов.

1. Впервые обоснован принцип создания насоса теплового действия, функционирующий в автоколебательном режиме.

2. Экспериментально доказана работоспособность насоса и выявлены 6 этапов цикла, отличающиеся физическими условиями переноса теплоты и массы внутри устройства.

3. Проведены систематические экспериментальные исследования процессов переноса теплоты и массы в элементах конструкции насоса.

4. Предложены инженерные методы определения функционально важных параметров (давления пара, температуры корпуса, расхода теплоносителя) на основе компьютерной визуализации динамических процессов.

5. На основе физического моделирования получены характеристики динамических процессов нагрева и охлаждения испарителя, а также процесса парогенерации

6. Разработан эффективный метод обработки и обобщения опытных данных, основанный на классических положениях теории и практики теплотехнического эксперимента.

7. На основе положений теории тепло- и массопереноса предложена система полуэмпирических уравнений для прогнозирования параметров цикла на этапах их интенсивного изменения. Показано удовлетворительное качественное и количественное совпадение расчётных и опытных данных.

8. Сделан ряд технических предложений по совершенствованию систем тепло- и хладоснабжения и повышения их надёжности за счет использования насосов теплового действия.

9. Обоснована и описана последовательность действий при инженерном проектировании насосов теплового действия для произвольных исходных данных. Показано, что конструирование насоса является индивидуальным проектом.

1. Аметистов Е.В., Кпименко В.В., Павлов Ю.М. Кипении криогеных жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1995.

2. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров. М.: «Высшая школа», 1994, 544 с.

3. Безродный М.К., Пиоро И.Л., Костюк Т.О. Процессы переноса в двухфазных термосифонных системах. Киев, 2005, 702 с.

4. Буй Мань Ту, Сасин В.Я., Савченкова Н.М., Парёхина И.В. Экспериментальные и теоредитические исследования тепло- и массопереноса в испарителе двухфазного вытеснительного насоса теплового действия. М.: издательство МЭИ, 2009. 29 - 34с.

5. Буй Мань Ту, Парёхина И.В., Сасин В.Я. Математическое моделирование процессов тепло и массопереноса системы насоса теплового действия (НТД) // Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. Четырнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. - М.: МЭИ, 2008. Т. 2. - с. 351 - 352.

6. Буй Мань Ту, Сасин В.Я. Экспериментальные исследования элементов насоса теплового действия (НТД) и анализ результатов расчетов по математической модели // Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. Пятнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. - М.: МЭИ, 2009. Т. 2. - с. 386 - 387.

7. Буй Мань Ту, Сасин В.Я., Парёхина И.В. Влияние температуры среды внешнего контура на рабочие характеристики насоса теплового действия // Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. Шестнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. - М.: МЭИ, 2010. Т. 2. - с. 416 - 417.

8. Васильев Л.Л., Гракович Л.П., Хрусталев Д.К. Тепловые трубы в системах с возобновляемыми источниками энергии. Минск, Наука и техника, 1988, 159 с.

9. Головин B.C., Кольчугин Б.А., Лабунцов Д.А. Экспериментальное исследование теплообмена и критических тепловых нагрузок при кипении воды в условиях свободного движения. ИФЖ, Т.6,№2 1963, с. 3 - 7.

10. Григорьев В.А., Зорин В.М. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника// Справочник, Т.4. М.: Энергоатомиздат, 1991, 589 с.

11. Илларионов А.Г., Сасин В.Я., Федоров В.Н., Шитов Н.Ф.

Применение теории вероятностей и математической статистики или планировании и анализе результатов эксперимента, учебное пособие по курсу теория и методы теплофизического эксперимента. М.: издательство МЭИ, 1993, 81 с.

12. Исаченко В.П., Сукомел А.С., Осипова В.А. Теплопередача. М.: издательство «Энергия», 1975, 485 с.

13. Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Чулков Б.А., Ягодкин И.В.

Технологические основы тепловых труб. М.: издательство «Моква Атомиздат», 1980, 160 с.

14. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. М.: Энергия, 1989,239 с.

15. Кутепов А.М., Стерман JI.C., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М.: издательство Высшая Школа, 1983,447 с.

16. Jle Суан Хоа. Разработка и исследования двухфазного пульсационного теплопередающего контура для безнасосных пульсационых пароэжекторных холодильных машин. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 1999.

17. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем. М.: Издательство МЭИ, 2000, 373 с.

18. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977, 344 с.

19. Павлов Ю.М., Захаров С.В., Борисов Е.Ю. Перегревы и закипание жидкостей // Учебное пособие. М.: издательство МЭИ, 2007,48 с.

20. Савченкова Н.М. Анализ процессов тепломассообмена в пульсационных термосифонах и возможности их применения // 7-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. В 3-х т. - М.: МЭИ, 2001. Т. 3. - с. 57 - 58.

21. Смирнов Г.Ф., Цой А.Д. Теплообмен при парообразовании в капиллярах и капиллярно-перистых структурах. М.: Издательство МЭИ, 1999, 440 с.

22. Соколов Е.Я. Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энерго -атомиздат, 1989, 352 с.

23. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М.: Энергоиздат, 1981, 320 с.

24. Фисенко В.В. Критические двухфазные потоки. М.: Атомиздат, 1978, 159 с.

25. Федоров В. А. Мильман О.О. Тепло- гидравлические автоколебания и неустойчивность в теплообменных системах в двухфазным потоком. М.: Издательство МЭИ, 1998, 235 с.

26. Шелгинский А.Я. Тепловые трубы в системах теплоснабжения и утилизации ВЭР// Учебное пособие. М.: издательство МЭИ, 2005, 52 с. 1 f г

27. Bui Hai, Tran The Son. Ky thuat nhiet. Nha xuat ban khoa hoc va ky thuat, 2008, 218 p.

28. Bui Hai. Bai tap ky thuat nhiet. Nha xuat ban khoa hoc va ky thuat,

2008, 184 p.

29. Bui Hai. Tinh toan thi£t ke thi6t bi trao doi nhiet. Nha xudt ban khoa hoc va ky thuat, 2007, 580 p.

30. Borodkin A.A., Kotlyrov E.Yu., Serov G.P. Evaporating condensing pump for providing of working Fluid circulation in two-phase heat transferring system // International Conference on Environmental Systems (ICES), July, 2005, Rome, Italy.

31. Faghri Amir. Heat Pipe Science And Technology. Publisher: Taylor & Francis; 1 edition, 1995, 908 c.

32. Hoang Binh Tin, Le Chi Hiep. Nhiet dong lire hoc ky thuat. Nha xuk ban khoa hoc va ky thuat, 1997, 252 p.

33. Hoang Binh Tin. Тгиуёп nhiet va tinh toan thiet bi trao doi nhiet. Nha xudt ban khoa hoc va ky thuat, 2007, 582 p.

34. Okeyasu Kenji. Heat transport apparatus. United States Patent № 4625790, 1986.

35. Reay D. A., Kew P. A. Heat Pipes, Fifth Edition: Theory, Design And Applications. Publisher: Butterworth-heinemann, 2006, 377 c.

36. Sasin V.Ya, Shelginskii A. Ya. Heat - transfer rate in the condenser section of a heatpipe. Translated from Inzhernerno- Fizhichexkii zhurnal, vol.15, №3, 1973, c. 436-439.

37. Tran Van Phil. Truyen nhiet. Nha xuat ban giao due, 1998, 232 p.

38. Tamburini P. "T - System" proposal of a new concept heat transport system.// International Heat Pipe Conference, 3rd, Palo Alto, Calif., May 22-24, 1978, Technical Papers. (A78-35576 14-34) New York, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1978, p. 346-353.

113