Диссертация (1143334), страница 32
Текст из файла (страница 32)
121) [129, 130].Рис. 121. Экспериментальные зависимости относительных интенсивностей(дисперсий) флуктуаций толщины пленки и теплоотдачиот частоты наложенных возмущений222Указанный эффект повышения теплоотдачи может использоваться в простейших солнечных коллекторах с гравитационно стекающей пленкой жидкостипри условии создания модуляций в пленке.В качестве устройств, создающих колебания стекающей по стенке каналажидкости, исследовались различные типы пульсаторов: шлюзовый (а), сильфонный(б) и роторный (в) (рис. 122) [131].
Все пульсаторы создавали эффект, при котором наблюдалась прямопропорциональная зависимостьзначений дисперсиии теплоотдачи. В то же время, энергетические затраты на привод каждого из пульсаторов были различные. В относительных единицах они составили для шлюзового, сильфонного и ротороного пульсаторов, соответственно, 3:5:1. Таким образом, в качестве базового был выбран роторный тип пульсатора, с которым быливыполнены дальнейшие эксперименты и оптимизация геометрии.Рис. 122.
Схема шлюзового (а), сильфонного (б) и роторного (в) пульсатора(1 – канал; 2 – пленка жидкости; 3 – шлюзовая заслонка; 4 – неподвижная ось;6 – электромагнит; 7 – возвратная пружина; 8 – эл.двигатель; 9 – редуктор; 10 – сильфон;11 – кривошип; 12 – роторный пульсатор)Зависимость температуры стенки коллектора от расхода охлаждающей жидкостипри наложении колебаний и без них представлена на рис. 123.223Рис. 123. Зависимость температуры стенки коллектораот расхода охлаждающей жидкости(1 – течение жидкости по всему сечению; 2 – свободное пленочное течение жидкости;3 – с наложением колебаний)Эксперименты показали, что воздействие на поток жидкости на входе рабочей поверхности канала при воздействии пульсатором с частотой в диапазоне от3 до 7 Гц повышает теплоотдачу на 25–40 % в зависимости от расходных характеристик (чисел Рейнольдса) [132] (рис.
124).Рис.124. Зависимость величины относительной теплоотдачиот относительной частоты наложенных на расход пленки колебаний при стеканиипо стенке коллектораПолученные результаты послужили основой для создания эффективного пленочного солнечного коллектора, использующего колебания пленки жидкости посредством пассивной системы –стационарных волнообразователей, для повышениятеплоотдачи к пленке.224В УрФУ на кафедре АС и ВИЭ была разработана конструкция солнечногопленочного коллектора со стекающей пленкой и пассивным воздействием на расход жидкости (рис. 125) [133].
Проведенные эксперименты подтвердили эффектповышения теплоотдачи на данном типе СК до 15–20%.3322894451166710117Рис. 125. Солнечный коллектор со стекающей пленкой жидкости(1 – Корпус СК; 2 – щелевое распределительно устройство; 3 – вход теплоносителя;4 – волнообразователи; 5 – поверхность СК; 6 – накопитель; 7 – выход нагретой воды;8 – конфузор; 9 – стекло; 10 – теплоизолятор;11 – задняя стенка корпуса)Таким образом, создавая искусственные колебания гравитационно стекающей пленки жидкости теплоотдача в пленочном солнечном коллекторе возрастаетна 15–25 % , а сами искусственные колебания могут формироваться с помощьюактивных или пассивных устройств.К числу устройств, повышающих эффективность использования солнечнойэнергии, относится и разработанная автором конструкция «гелиокухни» [134](в приложении), которая также может быть использована в составе мКС ВИЭ.2255.2.
Повышение надежности трубопроводных системс двухфазным потоком теплоносителя в геотермальных ЭСДвухфазные течения – это потоки газожидкостных смесей с различным содержанием газовой и жидкостной фаз. Они возникают в трубопроводном оборудовании любых традиционных энергетических объектов [135], а также сопровождаютвыход пароводяной смеси на геотермальных скважинах ГеоТЭС – возобновляемомэнергетическом ресурсе.Кроме того, любые потоки газа всегда увлажнены: биогаз, газогенераторныйгаз, двухфазные потоки в трубопроводах.
Возникает задача: либо снизить влажность, либо повысить ее для устранения конкретных технологических проблем.Так, например, двухфазное течение в трубопроводах энергетического оборудования реализуется в виде различных гидродинамических структур и проявляется вформе пульсаций основных параметров потока. Максимальный уровень пульсацийгазосодержания, скорости и давления соответствует снарядному режиму с прерывистой структурой потока, что служит причиной опасных вибраций трубопроводов.Задачей исследований в рамках раздела данного раздела главы 5 являлосьопределение эффективности пассивных устройств управления структурой газожидкостного потока, возникающего в трубопроводах с двухфазными течениями.Гидродинамическое воздействие и возникновение вибраций в трубопроводахс двухфазными вскипающими потоками превратились в серьезную проблему, затрудняющую в некоторых случаях эксплуатацию оборудования [136].
Она затрагивает в основном вспомогательные трубопроводы, какими являются трубопроводыпродувок (непрерывных и периодических), «растопочные» трубопроводы, служащие для отвода сконденсировавшегося пара в паропроводах при пуске энергоустановки и трубопроводы технологических дренажей тепловой схемы, в том числетрубопроводы отборов пара и конденсатопроводы сепараторов пароперегревателей(СПП) и подогревателей высокого давления (ПВД). Вибрации, связанные с течением пароводяной смеси, имеют место на паропроводах и трубопроводах при отсутствии хорошего дренирования конденсата пара.226Среди возобновляемых источников энергии подобная проблема затрагиваеттрубопроводы пароводяной смеси на геотермальных электростанциях [137].В прикладном аспекте снижение вибраций трубопроводов с двухфазными потоками позволяет повысить надежность и ресурс трубопроводных систем, снизитьзатраты на техническое обслуживание и ремонт, повысить к.п.д. и КИУМ энергетического оборудования, в т.
ч. в нетрадиционной и возобновляемой энергетике(СК, ТН, БГУ, ГеоТЭС).В настоящее время отсутствуют надежные и технологичные системы снижения вибраций трубопроводов, теоретически недостаточно проработаны методы иметодики активного и пассивного управления вибрациями, отсутствуют четкиетребования к технологичности конструкций устройств для снижения вибраций трубопроводов. Поэтому проблема повышения надежной и безопасной эксплуатациитрубопроводов,подверженныхпостояннымвибрационнымвоздействиям,и внедрение методов и устройств для существенного пассивно-управляемого снижения вибраций, является весьма актуальной и имеет важное хозяйственное значение, в т.
ч. для возобновляемой энергетики.В процессе исследований стояла задача разработки конструкции пассивныхустройств для снижения вибраций трубопроводов и уровня эрозионного уноса.Для уменьшения или устранения подобного явления могут использоватьсяразличного рода активные и пассивные устройства [138], изменяющие гидродинамическую структуру потока.5.2.1. Разработка устройств для воздействия на гидродинамику двухфазногопотока в геотермальных системахВ ходе исследований эффективности вставок-завихрителей были опробованыконструкции различных пассивных устройств (рис.
126). Экспериментальные исследования эффективности воздействия различных типов вставок-завихрителей[139,140], относящихся к пассивным средствам снижения вибраций трубопроводов, показали, что использование вставок с эвольвентными поверхностными канав-227ками является перспективным и обладает определенным преимуществом по сравнению с устройствами закрутки потока по всему сечению трубопровода с помощьювставок, перекрывающих всю ширину канала [141].Рис. 126. Конструкции вставок –завихрителей различной внутренней геометриидля воздействия на гидродинамическую структуру потокаВ частности, они имеют меньшее гидравлическое сопротивление и могутустанавливаться последовательно по длине трубопровода по мере затухания интенсивности завихрения потока при незначительных общих потерях давления.Исследования влияния закрутки двухфазного потока с помощью вставок-завихрителей с эвольвентными канавками проводились на гидродинамическомстенде с воздухо-водяным потоком, циркулирующем в замкнутом контуре из трубдиаметром 40 мм с прозрачными секциями из оргстекла для визуализации течения(рис.
127).Подача воды осуществлялась из бака емкостью 2,0 м 3 центробежным насосомс расходом воды до 30 м 3/час и напором до 0,5 МПа. Воздух подавался из компрес-228сора с тем же предельным расходом и давлением до 1 МПа. Воздуховодяной смеситель выполнен в виде цилиндрической вставки с коаксиальной трубкой для вводавоздуха в направлении течения потока.В состав основной измерительной аппаратуры входили расходомеры типа Сапфир-22 DD, манометры, виброанализатор СД-12М для сбора и статистического анализа вибраций.
Управление частотно-регулируемыми электроприводами насоса икомпрессора вместе измерительной аппаратурой осуществлялось микропроцессорной системой специально разработанного программного комплекса [142].Рис. 127. Экспериментальный стенддля исследований влияния завихрителей на снижение вибраций в трубопроводеНа рис. 128 представлены фото вставок-завихрителей с различной внутренней геометрией завихряющих канавок.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
