Диссертация (Совершенствование характеристик и разработка метода расчета солнечной адсорбционной холодильной установки периодического действия)

ОГЛАВЛЕНИЕСПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ .................................................................................................................................. 3ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................................ 5ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХХОЛОДИЛЬНЫХ АДСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ....................

121.1 Общие положения ...................................................................................................................... 121.2 Анализ существующих теоретических и экспериментальных исследований ..................... 141.3 Модели адсорбционного равновесия ....................................................................................... 231.4 Выводы главе 1 ...........................................................................................................................

30ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СОЛНЕЧНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙУСТАНОВКИ АДСОРБЦИОННОГО ТИПА ................................................................................................... 322.1 Расчет пропорций экспериментальной установки .................................................................. 322.2 Измерение солнечной радиации в г. Санто-Доминго ............................................................. 352.3 Описание экспериментальных установок ................................................................................ 362.4 Результаты проведенных экспериментов ................................................................................

442.5 Построение зависимости, связывающей солнечную радиацию и температуру поверхностисолнечного коллектора .................................................................................................................... 522.6 Анализ экспериментальных результатов во время процесса адсорбции.............................. 572.7 Выводы к главе 2 ........................................................................................................................

67ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В СХАТ ................................................................................................... 683.1 Описание физических процессов в СХАТ ............................................................................... 683.2 Построение математической модели .......................................................................................

713.3 Выбор граничных условий, планирование численного эксперимента ................................. 743.4 Дискретизация дифференциальных уравнений и построение программы .......................... 783.5 Проверка адекватности математической модели .................................................................... 833.6 Выводы к главе 3 ........................................................................................................................

85ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НАХАРАКТЕРИСТИКИ СХАТ .............................................................................................................................. 874.1 Исследование влияния свойств адсорбента ............................................................................. 874.2 Исследование влияния солнечной радиации, дневных и ночных температур нахарактеристики установки............................................................................................................... 964.3 Исследование влияния толщины угля, внутреннего и внешнего диаметров коллектора наработу установки ............................................................................................................................

1034.4 Исследование влияния условий теплообмена в конденсаторе на работу СХАТ ............... 1124.5 Выводы к главе 4 ...................................................................................................................... 114ГЛАВА 5. МЕТОД РАСЧЕТА СХАТ ............................................................................................................. 1155.1 Последовательность расчета ................................................................................................... 1155.2 Пример расчета СХАТ ............................................................................................................. 1185.3 Выводы к главе 5 ...................................................................................................................... 123ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ...........................................................

124Список литературы ........................................................................................................................................... 1263СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ  порозность, объем пространства между гранулами угля по отношению кобщему объему, занятому углем, м3/м33C g  концентрация газа, кг/м C  плотность угля, кг/м3X  количество метанола, адсорбированного углем, кг/кгQ fr - суточная выработка холода, кДж/сутv  скорость газа, м/сug внутренняя энергия газа, Дж/кгTg  температура газа, КTC  температура угля, КK g  коэффициент теплопроводности газа, Вт/(м·К)коэффициент эффективной теплопроводности угля, Вт/(м·К)KC P  давление газа, ПаPs  давление газа в состоянии насыщения, Паhg  энтальпия газа, Дж/кгuC внутренняя энергия угля, Дж/кгu ga  энергия адсорбции, Дж/кгCPC удельная теплоемкость угля, Дж/(кг·К)CPg удельная теплоемкость газа при постоянном давлении, Дж/(кг·К)Cудельная теплоемкость воды, Дж/(кг·К)Lv удельная теплота замерзания воды, Дж/кгLmet удельная теплота испарения метанола, Дж/кг  коэффициент динамической вязкости, м2/сRP радиус частицы, мD0  коэффициент диффузии, Па·с4ra  внутренний радиус цилиндра коллектора, мrb  внешний радиус цилиндра коллектора, мt  шаг по времени, сr  шаг по пространству, мL  длина цилиндра, мrP  радиус контрольного объема, мdV - контрольный объем, м35ВВЕДЕНИЕАктуальность работыПостоянное повышение энергопотребления в мире и исчерпаемостьимеющихся ископаемых природных ресурсов приводит к необходимости поискановых источников энергии.

Во многих странах мира проводятся научныеисследования и разработки новых технологий, позволяющих использоватьэнергию ветра, геотермальных источников, морских приливов и солнца.Следует заметить, что значительная часть всей вырабатываемой энергии вмире используется в целях охлаждения, как для хранения различного видапродуктов, так и для создания комфортных условий в закрытых пространствах.Кроме того, потребность в охлаждении повышается в местах с более жаркимклиматом и, особенно, в летнее время, иными словами, в местах с большейсолнечной активностью.Во многих странах мира существуют регионы, не подключенные к сетиэлектроснабженияиз-заэкономическихфакторовилитопографическихособенностей местности. В этих условиях актуальной является разработкаавтономных холодильных установок, использующих источники возобновляемойэнергии.

Например, в Доминиканской Республике, стране с жарким тропическимклиматом, ввиду недостаточного экономического развития, значительная частьнаселения в сельской местности не имеет доступа к электрообеспечению, а вомногих местах, подключенных к сети энергоснабжения, электрообеспечениеотличаетсянестабильностью.ИвАргентине,энергоснабжения гораздо более развитую истране,имеющейсетьболее стабильную, чемвДоминиканской Республике, также существуют районы, не подключенные к сетиэлектрообеспечения.Примером является небольшое поселение в провинции Кордоба, где живутпримерно 600 семей, и источником существования является содержание коз ипродажа козьего молока.

Если производитель не имеет возможности охлаждать и6хранить молоко, то вынужден продавать его посреднику на месте по цене,эквивалентной 10 рублям за литр, в то время как в 50-ти километрах от селенияцена козьего молока возрастает до 70-ти рублей за литр, а в 200-х километрах отселения это же молоко продается за 150 рублей за литр. Для этих 600 семейтрудно переоценить значение необходимости владения автономной холодильнойустановкой, которая позволила бы охлаждать и хранить производимуюпродукцию и, благодаря этому, получать более высокую цену при продаже, чтоозначает повышение уровня жизни для жителей этого небольшого селения.Можно упомянуть различные виды автономных холодильных установок, какнапример,газовыехолодильники,адсорбционныепитающиесяотхолодильники,солнечныхбатарейкомпрессионныеилихолодильникиадсорбционного типа.В последние десятилетия активно разрабатываются автономные холодильныеустановки адсорбционного типа, которые обладают рядом преимуществ, таких какпростота,низкаястоимость,экологическаябезопасность,возможностьиспользования в качестве источника теплоты солнечной энергии.Среди научных групп, занимающихся исследованиями в области генерациихолода на основе адсорбционных процессов, можно выделить коллективы,возглавляемые такими учеными, как Meunier F., Leite A.P., Luo L.

и Tondeur D.На сегодняшний день физические процессы, происходящие в элементах такихустановок, не являются достаточно изученными. Также недостаточно исследовановлияние климатических факторов, конструктивных параметров установок,характеристик применяемых сорбентов на эффективность их работы. Расчетноэкспериментальные исследования и разработка метода расчета СХАТ позволятпредсказывать и совершенствовать технические характеристики таких установок,а также повысить их экономическую эффективность.Объектом исследования является автономный солнечный холодильникадсорбционного типа (СХАТ) периодического действия, использующий рабочуюпару «активированный уголь-метанол».7Целью работы является совершенствование характеристик и разработкаметода расчета СХАТ периодического действия, использующего рабочую пару«активированный уголь–метанол».Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие научнотехнические задачи:• Проведен анализ состояния исследований в данной области, изученыподходы к описанию и существующие математические модели физическихпроцессов, происходящих в установках данного типа.• Произведеноэкспериментальноеисследованиесолнечнойпочасовойрадиации в г.