Изследване на високотемпературните топлинни тръби кръстин Красимиров Йорданов, Димитър Пламенов Казаков, Веселин Миланов Петров, Мирослав Красимиров Костов



Дата16.08.2017
Размер72.01 Kb.
ИЗСЛЕДВАНЕ НА ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИТЕ ТОПЛИННИ ТРЪБИ

Кръстин Красимиров Йорданов, Димитър Пламенов Казаков, Веселин Миланов Петров, Мирослав Красимиров Костов

Технически университет-Варна, 9000,България, ул. „Студенска” №1,

E-mail:krystin_kr@abv.bg

Технически университет-Варна, 9000,България, ул. „Студенска” №1,

E-mail: kzkov@abv.bg

Технически университет-Варна, 9000,България, ул. „Студенска” №1,

E-mail: vmp1985@abv.bg

Технически университет-Варна, 9000,България, ул. „Студенска” №1,

E-mail:miro_skoda@abv.bg

Резюме: Представят се изследвания за високотемпературни топлинни тръби свързано с практическа насоченост в бъдеще и тяхното реализиране. Доклада представя данни за изследванията върхо ел.пещ при температури над 500°С. Разработване на спомагателен уред за по-точно измерване.

Ключови думи: температура, топлинни загуби, тръби, фитили

I.Въведение:

Настоящата работа има за цел определяне топлопреносната способност на тръбите и степента на използване на кондензаторната част. За целта се използва електро-съпротивителна пещ, в която се поставя топлинната тръба. Режимите се задават като тръбата се потапя на различна дълбочина и на пещта се задава различна температура.

За пренасяне на топлина от един енергоносител към друг, разположен на известно разстояние, могат да се използуват топлообменни устройства, наречени топлинни тръби. Това са сравнителни нови устройства в топлообменната техника. Първият патент на принципа на работа на топлинна тръба е от 1942г. Впоследствие теоретично описание на топлинната тръба е направено от Гоуглер, а по широкото им практическо използване започва след 1964г. след работите на Гровер. Сега топлинните тръби намират приложение в металургията, енергетиката, химическата промишлености др. отрасли.

Топлинната тръба (ТТ) представлява херметична кухина с различна конфигурация, като за теоретична база за изследване и анализ се приема най – често формата на тръбата.


фиг.1. Общ вид на ВТТ

ТТ е запълнена частично с работна течност – енергоносител и е затворена херметично от двете страни. Понякога запълването става като се вакуумира незаетата с течност част от тръбата, а понякога в зависимост от температурния режим на работа, незаетото пространство се запълва с инертен газ, неучастващ в процеса на топлообмена, но променящ налягането на кипене и кондензация на работния енергоносител.

Принципът на действие на ТТ е основан на процесите на кипене, транспортиране на получените пари и тяхната кондензация. Единият край на тръбата е разположен в охлаждаемата страна, където вследствие на топлообмена течността в тръбата се изпарява. Потокът на образуваната пара се пренася към края на ТТ, разположен в среда с по – ниска температура. През топлообменната повърхност на тази част на ТТ, наречена кондензаторна, на средата с по – ниска температура се отдава топлината на кондензация на потока пара. Полученият кондензант се връща отново в зоната на изпарение на ТТ и процесът се повтаря отново. По този начин пренесеният топлинен поток между двете среди, отнесен към напречното сечение на ТТ е значителен.

II. Анализ:

1.Фитили

Високотемпературните топлини тръби (ВТТ) намират приложение при температури на нагряване над 550ºС. Основната им особеност е свързана с физико-химичните свойства на работния флуид, който най-често е алкален метал. При различните режими на работа на тръбата топлоносителят преминава през три агрегатни състояния – твърдо, течно и газообразно.

За разлика от сифоните ТТ могат да работят при различно геометрично положение, както и имат по – висок КПД. Това се дължи на поставеният вътре в тръбата фитил. Това налага подробното изследване на материала, формата и свойствата на фитила.

Предназначението на фитилите е да осигурят връщането на кондензата от кондензационната зона до изпарителната. Това става чрез капилярния напор на фитила. От напора зависи интензивността на връщане на кондензата, а от там и КПД-то на ТТ. Капилярния напор главно зависи от обемната порестост έ на фитилите. Това налага
определянето му. Това става по зависимостта , където Vp e обем на порите в cm3, Vt e обема на тялото cm3. Определянето на обема на порите Vp е разлика от обема на тялото Vt и обема на мрежата Vmr.
Vp=Vt-Vmr, [cm3]. Изчисляването на обема на тялото става по зависимостта: , където d е диаметър на нишката
Изчисляване обема на мрежата Vmr става по отношението на масата на пробата и плътността на материала на пробата , където m е масата напробата в g, а е плътността на материала в g/cm3. Toва налага измерването на масата, диаметъра и разстоянието между теловете на пробите.

От всяка проба е изкарана по една нишка, която се измерва с микроскоп, което се оказва недостатъчно точно. В следствие на това се прави второ измерване с микрометър, което също се оказва неточно. За по точно измерване е използван електронен микроскоп от базата на ТУ-Варна, Катедра МТТ, което показва точни стойности на диаметъра на нишката и разстоянието от нишка до нишка. Масата на пробите е измерена чрез електронна везна.

Пробата е взета от мрежа, с цел подбиране на еднакви размери се използва замба с диаметър 20mm.

В следствие пренасянето на топлина от стената на ТТ към вътрешността, където се намира работният флуид минава през фитила, се налага определянето на ефективната топлопроводност Кw на фитила.

Определянето става по зависимостта , където е помощна величина, - обемната порестост, - топлопроводност на работния флуид, W/m.K.

Коефициентът на топлопроводност зависи от температурата са направени изчисления в температурният интервал от 500-900 °С.

2. Изследване температурното разпределение по дължината на топлинната тръба

Проведените изследвания на сифона и топлинната тръба са описани графично на фиг.3 на база от измерванията. Всяко изследване е описано по дата и час, начало и край на съответния режим на работа на тръбата. При температура над 500 °С е определена степента на използване на кондензаторната част. Анализирайки данните от температурното разпределение, степента на използване се определя по формулата:

-Lna - Височина на фронта в кондензаторната част;

- Lk - Дължина на кондензаторната част

3. Изследване топлопреносната способност на ТТ

За да се определи загубата от пеща е възприета следната методика:

3.1 Пределяне на внасяната топлинна мощност

3.2 Определяне на топлинните загуби

3.3 Определяне на полезната мощност

3.1 Определяне на внасяната топлинна мощност.

За да се определи внесената мощност първо изхождаме от формулата за мошност P=U.I, като отчетем факта, че пеща се управлява от контролер. Необходимо да се измерят интервалите от време, през които пещта е включена и изключена, тока и напрежението.

3.2 Определяне на топлинните загуби

Загубите на пещта са от конвективен топлообмен на стените с околния въздух.Средната температура на стената, необходима за намирането на коефициента на конвективен топлообмен α се намира по формулата:

За определяне температурното разпределение е необходимо разделянето на повърхността и на отделни участъци. Разглеждаме стените на пеща като предна, лява, дясна и долна стена, както и капак и обиколни повърхнини. Съвременен метод за измерване на температура е разработен на базата на инфрачервеното излъчване. Недостатък на този метод е нуждата от еталониране т.к се налага добро познание на характеристиките на повърхността при излъчване. Направени са по една снимка на стена и на базата на тях са разработени карти на стените с площите, поради голямата неравномерност на температурното разпределение. Повърхностната температура се мери с уред и термодвойка тип К.

3.3 Определяне на топлинните загуби

Температурата на околния въздух се приема tв = 30°С

Легенда:

α – коефициент на конвективен топлообмен, W/(m2.К)

F – площ на стената, m2

Qзаг – топлинни загуби от стените на пеща, W

За определянето на коефициент на конвективен топлообмен α се изхожда от критериалната зависимост за конвективен топлообмен при свободно движение в неограничено пространство. Тя има следния вид:,

където индекса m показва, че стойностите на критериалното подобие се пресмята при средно аритметична стойност на температурата tm=0,5(tf+tw). tf- темп. на въздуха, tw- темп. на стената Стойностите на c и n се определят от таблица в зависимост от произведението (Gr.Pr)m. (Gr) при всички изчисления варира от 1.105 (при обиколните повърхнини) до 4.108 за всички останали стени. (Pr) се взима от таблици за топлофизически свойства на въздух.

4.Статив

Необходимостта от статива при изследването на ВТТ е спазването вертикалност, което позволява по-точно обработване на резултатите при измерванията, който е проектиран и след което изработен за нуждите на изследването. Статива позволява премествание само вертикална посока(нагоре-надлу), захващане здраво на загрятата ВТТ и стабилизирането му.

На фиг.4 е показан стария статив

На фиг.5 е показан новия статив



Фиг.4


Фиг.5


Използвана литература:

  1. Каменова С., А.Мирчев, Г.Лазарова. Високотемпературни топлинни тръби- досегашен опит и перспективи. Годишник на ТУ- Варна, Варна, 2004. с.533-540.

  2. П. Дан, Д. Рей “Топлинни тръби”, Издателство Техника, София 1987

  3. Справочник “Физические свойства СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ, приемняемьих в енергетике”

  4. Статии на Христо Панайотов за високотемпературни топлинни тръби


Научни ръководители: доц. Станка Каменова, инж. Христо Панайотов




База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница