Введение к работе
- З -
Актуальность проблемы.
Проблема использования нетрадиционных источников энергии в различных отраслях народного хозяйства все больше и больше занимает научную общественность многих стран мира. Если после первого энергетического кризиса 1973 г. мировое сообщество волновал вопрос возможности надежного обеспечения энергией, то в настоящее время в условиях все возрастающей экологической нагрузки интеграция энергетической и экономической политики стала центральным требованием во многих странах мира.
В настоящее время общий объем энергопотребления в мире оценивается в 11-12 млрд. т условного топлива в год. При этом в структуре мирового энергопроизводства примерно 60 Z приходится на долю нефти и газа, до 30 X - на долю угля и около 10 Z - на гидравлическую и ядерную энергию. Перспективы использования в качестве энергоносителей нефти, газа и угля ограничиваются их запасами: согласно ориентировочным расчетам при современных масштабах добычи и потребления нефти и газа их мировых запасов хватит на 35-40 лет, угля - на 400-450 лет. Примерно 76 % разведанных запасов приходится на страны Ближнего и Среднего Востока и Латинской Америки.
На долю стран СНГ приходится 6.5-7.5 Z ее мировых запасов, т.е. 8-10 млрд. т, и при современной интенсивности добычи (400-500 млн. т в год) этих ресурсов может хватить на 15-25 лет. Как только закончится кризисный спад производства, потребление электроэнергии промышленностью резко возрастет. Тогда обнаружатся ограниченные возможности электроэнергетики, тем более, что необходимого резервирования мощностей у нее нет с 1990 года. Около 20Z всей энергии, потребляемой в России, затрачивается на отопление и горячее водоснабжение жилых домов и общественных зданий. На одно лишь отопление жилых домов расходуется 12Z всех энергоресурсов, расходуемых в стране.
Один из выходов из создавшегося положения - развитие альтернативной энергетики малой и средней мощности.
Использование мобильных установок малой и средней мощности бытовых систем солнечного теплоснабжения могло бы обеспечить весьма значительную экономию энергоресурсов.
В районах благоприятных для использования солнечной энер-
- 4 -гии, проживает около 130 млн. чєлоеєк, в том числе более 60 млн. в сельской местности.
С помощью солнечных коллекторов можно организовать горячее водоснабжение и отопление дома, коттеджа, садового домика, теплицы, животноводческой фермы. Это полезное устройство во многих странах уже давно стало привычным элементом быта.
Солнечное теплоснабжение, то есть отопление и горячее водоснабжение жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений является направлением, наиболее подготовленным для практического применения по сравнению с другими аспектами использования солнечной энергии такими, например как преобразование ее в электроэнергию.
Работа посвящена разработке схем эффективного использования солнечной энергии основанной на применении новых технических решений с использованием лучепоглощяющей поверхности, профилированной сферическими углублениями для интенсификации радиационно- конвективного теплообмена солнечных батарей в гелиокол-лекторах используемых в современном теплоснабжении жилых зданий
Цель данной работы.
Выбор путей и средств усовершенствования режимных и конструктивных параметров плоских воздухонагревателей в составе систем - утилизаторов солнечной энергии, в связи с чем в качестве задач исследования выдвигается следующее:
Разработать и создать экспериментальную установку по исследованию гидродинамики и радиационно-конвективного теплообмена в плоском солнечном коллекторе. Провести экспериментальное исследование солнечного воздухонагревателя на лабораторном стенде с имитатором солнечного излучения.
Разработан метод определения теплообменных характеристик в каналах с профилированными поверхностями и измерения с помощью термоанемометрического датчика, чувствительного к направлению потока, этих характеристик.
Исследовать локальные характеристики плоского солнечного коллектора и способов управления ими, экспериментальное исследование влияния полусферических углублений на профили осреднен-ной скорости и пульсаций скорости, влияние на профили осреднен-ной температуры и пульсаций температуры. На основе анализа экспериментальных данных изучить влияние углублений на структуру течения и теплообмена.
Сопоставление экспериментальных и расчетных данных результатов исследований.
Разработка инженерной методики по усовершенствованию режимных и конструктивных параметров воздухонагревателя - коллектора солнечной.
Научная новизна.
Научная новизна работы заключается в:
-
Получены новые данные по экспериментальному и расчетному исследованию радиационно-конвективного теплообмена на поверхности, профилированной сферическими углублениями.
-
Предложен вариант лучевоспринимающей плоской поверхности воздушного коллектора, способствующий существенному росту теплоотдачи с поверхности.
2. Проведено исследование структуры полей скоростей и температур развивающегося турбулентного течения в плоском канале проточного солнечного коллектора.
4. Получены новые зависимости по теплообмену в плоских каналах воздушных коллекторов низкопотенциальных солнечных установок.
Практическая ценность.
Полученные результаты экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании новых солнечных коллекторов, теплонапряженного энергетического оборудования с целью сокращения габаритов, оптимизации характеристик течения, экономии энергоресурсов, увеличение теплосъема на начальных участкач рабочей поверхности, уменьшение продольного градиента температуры. А также для разработка, оптимизация, конструирование и производство солнечных установок, имеющих высокую эффективность при допустимых капиталозатратах.
На защиту выносится.
Анализ экспериментальных и расчетных данных результатов исследований на поверхности, профилированной сферическими углублениями.
Результаты экспериментальных исследований осредненной скорости и пульсаций скорости, температуры и пульсаций температуры, а также физические представления о природе одиночного вихря в сферической лунке на гладкой поверхности, методику расчета теплообмена в рабочем канале солнечного коллектора.
Численное моделирование течения и теплообмена в канале.
Рекомендации по улучшению основных рабочих параметров солнечного коллектора и солнечной установки теплоснабжения.
Апробация работы.
Результаты исследований докладывались и обсуждались:
-
На XX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, ИТТФ АН Украины, Киев, июнь 1992.
-
На областной научно-технической конференции "Наука и новая технология в развитии Павлодар - Экибастузского региона. ", ПИИ, Павлодар, Республика Казахстан, апрель 1993.
-
На IX школа-семинар молодых ученых и специалистов, МГТУ им. Баумана, Москва, май 1993.
-
На Всероссийской научно-технической конференции "Высшая школа России и конверсия.", МАИ, Москва, ноябрь 1993.
-
На Международной конференции "Проблемы энергетики Казахстана", Каз.ГТУ, Павлодар, Казахстан, июль 1994.
-
На Первой Российской национальной конференции по теплообмену, МЭИ, Москва, ноябрь 1994.
-
Стендовый доклад на Второй международной научно-техническая конференция "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики", МЭИ, Москва, октябрь 1995.
-
На второй Всероссийской научно-практическая конференции "Высшая школа России: конверсия и приоритетные технологии.", МАИ, Москва, декабрь 1996.
-
На IV Межреспубликанской конференции " Оптические методы исследования потоков.", МЭИ, Москва, июнь 1997.
10. На Второй Российской национальной конференции по теплообмену, МЭИ(ТУ), Москва, октября 1998.
Публикации.
Основные положения изложены в научно-технических отчетах и публикациях [1-9].
Структура и объем работы.
