Хотін Сергій Юрійович. Розробка і дослідження концентруючого колектора з вакуумованими теплоприймачами

Краткое описание

Хотін Сергій Юрійович. Розробка і дослідження концентруючого колектора з вакуумованими теплоприймачами : Дис... канд. наук: 05.14.08 2002

Хотiн С. Ю. Розробка i дослідження концентруючого колектора з вакуумованими теплоприймачами. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.08 - перетворювання відновлюваних видів енергії. - Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2001.
Дисертація присвячена проблемам технічного розрахунку, створення і дослідження геліоколектора з підвищеною оптичною ефективністю, низькими тепловими втратами, технологічного при виготовленні та надійного в експлуатації. Для розв’язання цього завдання була запропонована оригінальна конструкція колектора на базі концентруючої системи двогранний плоский фоклін-вакуумований трубчатий теплоприймач (Д-фоклін-ВТТ). При цьому встановлені методом чисельного моделювання оптимальні оптико-геометричні параметри, при яких вона буде мати максимальний тепловий ККД, визначені теплоносій і раціональна гідравлічна схема геліоколектора, які забезпечать його ефективну роботу в температурному діапазоні 100-200оС.
В ході експериментальних досліджень було визначено теплофізичні характеристики ВТТ і експлуатаційні параметри геліоколекторів на їх базі. Також визначено реальні теплофізичні і ресурсні характеристики нового вибіркового поглинаючого мідно-вольфрамового покриття.
Ключові слова: геліоколектор, вакуумований трубчатий теплоприймач, фоклін, вибіркове поглинаюче покриття.

1. На основі порівняльної оцінки енергетичних ресурсів сонячної радіації на території Одеської області України та Туркменистану встановлено, що для умов півдня України перспективним є використання вакуумованих трубчатих теплоприймачів з концентраторами типу двогранний плоский фоклін, які забезпечують ефективне генерування теплової енергії для технологічних та енергетичних потреб на протязі 2600 год. на рік.
2. Створена оригінальна методика оптико-геометричного розрахунку концентруючої системи двогранний плоский фоклін-вакуумований трубчатий теплоприймач і визначені її оптимальні параметри. Показано, що оптимальний кут розкриття фокліна дорівнює 30, а центральну вісь ВТТ доцільно розташувати в площині вихідного отвору фокліну.
3. На основі чисельного моделювання визначені геометрична форма і габаритні розміри ВТТ, при яких вони мають максимальний тепловий ККД і забезпечують ефективну роботу геліоколекторів. При цьому обгрунтовано типи теплоносіїв та раціональної гідравлічної схеми геліоколектора, що практично забезпечують ефективну роботу геліоколекторів на базі ВТТ при температурах 100-2000С.
4. Розроблена методика аналітичного розв’язку задачі про стаціонарний тепловий стан активних поверхонь абсорберу ВТТ з розрахунком радіаційного та конвекційного охолодження і нестаціонарного теплового стану поверхонь при флуктуаціях щільності падаючого радіаційного потоку. Отримані аналітичні залежності температури цих поверхонь від термічного опору, температури робочого тіла та щільності падаючого радіаційного потоку, які дозволять досліджувати вплив цих параметрів у комплексі.
5. Виконано комплекс експериментальних досліджень окремих елементів і системи Д-фоклін-ВТТ в цілому. В умовах лабораторного і натурного експерименту було встановлено, що створена конструкція системи дозволяє досягти температури 1080С при роботі вакуумованих трубчатих теплоприймачив без концентраторів і біля 1900С в режимі роботи з концентраторами при коефіцієнті концентрації сонячного випромінювання, що дорівнює 3.
6. В результаті ресурсних випробувань системи Д-фоклін-ВТТ і аналізу інтегральних показників ефективності перетворення енергії сонячної радіації в теплову на протязі п’яти років доведено енергетичні переваги системи Д-фоклін-ВТТ над геліосистемами з металевими трубчатими абсорберами. Встановлено, що ВТТ зберегли свої теплотехнічні характеристики, а вибіркове поглинаюче покриття не зазнало відчутних змін.
7. Створені оригінальні конструкції концентратора змінної геометрії, вакуумованого трубчатого теплоприймача, вибіркового поглинаючого покриття, а також периферійного теплотехнічного обладнання, працездатність яких доведено лабораторними та довготривалими натурними експериментами в реальних умовах технологічного функціонування.
8. Визначені основні техніко-економічні характеристики систем перетворення сонячної енергії в теплову на основі системи Д-фоклін-ВТТ і доведено, що тепловий ККД вищеназваної системи в температурному діапазоні 100-2000С на 10-12 % вищий в порівнянні з аналогічними за призначенням КСЕ, що дозволяє запропонувати їх застосування в Україні, в першу чергу для південних регіонів.