Алтайськийдержавний технічний університет
ім. І. І.Ползунова
Заочнийфакультет
РЕФЕРАТ
з дисципліниНетрадиційні джерела енергії.
тема:Акумулювання тепла
Перевірив:В.В. Чертіщев
Барнаул 2007
Зміст
Введення
Глава 1. Фізичні основи для створення тепловогоакумулятора
Глава 2. Рідинні теплові акумулятори
Глава 3. Теплові акумулятори з твердим теплоакумулюючу матеріалом.
Глава 4. Акумулятори тепла, засновані на фазових переходах.
Глава 5. Конструкція ТА фазового переходу.
Введення
Зараз у всьому світі йдеповсюдна економія сировинних ресурсів. Вчені багатьох країн намагаються вирішитицю проблему різними методами, в тому числі і за допомогою застосуванняальтернативних джерел енергії. До них можна віднести такі види, яквикористання водних ресурсів малих річок, морських хвиль, гейзерів і навіть відходіввиробництва та побутового сміття.
Але виникає проблемазбереження отриманої енергії. Наприклад, теплову енергію, отриману всонячної водонагрівальної установки, можна зберегти в тепловомуакумуляторі, і використовувати в темний час доби.
Теплові акумуляторивідомі людству з глибокої давнини. Це і гаряча зола, куди нашіпредки закопували продукти для їх теплової обробки, і гарячі камені, якірозжарюваного на вогні. Праска, який нагрівають на вогні, а потім гладять їм, -тепловий акумулятор. Розжарені камені, які ми поливаємо водою (квасом,пивом) в парилках, - теж акумулятор тепла. Термобігуді, які кип'ятять вводі, а потім з їх допомогою роблять зачіску, - теж теплові акумулятори, причомудостатньо досконалі, засновані на акумулюванні плавленням.
Отже, кожне тіло,нагріте вище температури навколишнього середовища, можна вважати акумулятором тепла.Це тіло здатне, охолоджуючись, робити роботу, а, отже, маєенергією.
Глава 1.Фізіческіеоснови для створення теплового акумулятора
Акумулятором тепланазивається пристрій (або сукупність пристроїв), що забезпечує оборотніпроцеси накопичення, зберігання та вироблення теплової енергії відповідно довимогами споживача.
Процеси акумуляціїтепла відбуваються шляхом зміни фізичних параметрів теплоакумулюючогоматеріалу і за рахунок використання енергії зв'язку атомів і молекул речовин.
Виходячи з першого законутермодинаміки для незамкнутої системи постійного хімічного складухарактеристики акумуляторів тепла залежать від зміни маси, об'єму , тиску,ентальпії і внутрішньої енергії матеріалу, а також різних їх комбінацій.
В залежності відтехнічної реалізації використовується пряміше акумулювання тепла, колиакумулюючий матеріал є одночасно і теплоносієм, непрямеакумулювання - при різних теплоакумулюючих і теплопередаючих середовищах, атакож різні види симбіозу названих випадків.
Зміна ентальпіїтеплоакумулюючого матеріалу (ТАМ) може відбуватися як зі зміною йоготемператури, так і без такого - в процесі фазових перетворень (наприклад,тверде - тверде, тверде - рідке, рідке - пар).
Теплові акумулятори реалізують,як правило, кілька елементарних процесів.
На сучасному етапірозвитку науки і техніки існує можливість реалізації практично будь-якоговідомого принципу акумуляції тепла. Доцільність використання кожногопринципу визначається наявністю позитивного ефекту, в першу чергу,економічної, досягнення якого можливо при мінімальній вартостіакумулятора. Вона визначається за інших рівних умов масою і об'ємомтеплоакумулюючого матеріалу, необхідного для забезпечення заданихпараметрів процесу.
У реальному процесіакумулювання тепла щільність енергії, що запасається виявляється істотно нижчетеоретичного значення внаслідок втрат тепла, вирівнювання поля температур,втрат при заряді і розряді. Ставлення реального та теоретичного значеньщільності енергії, що запасається і визначає ефективність теплового акумулятора.
Одним з найважливішихпоказників, що визначають можливість і доцільність акумулювання тепла,є здатність виділяти енергію в кількостях, необхідних споживачу.При прямому акумулюванні тепла це досягається практично завжди. Показникитаких акумуляторів слабо залежать від вироблюваної потужності, якавизначається витратою ТАМ і обмежується тільки конструктивними і міцніснимивимогами.
При непрямому акумулюванні підвищення вироблюваноїпотужності збільшує градієнт температур і ТАМ, що призводить або до збільшенняповерхні теплообміну, або до неповного використання запасу тепла. У будь-якомувипадку це знижує ефективність акумулювання.
Глава 2. Рідиннітеплові акумулятори
До числа найбільш простихі надійних пристроїв акумулювання тепла, безсумнівно, ставляться рідинніТА, що пов'язано з суміщенням функцій теплоакумулюючого матеріалутеплоносія. Внаслідок цього акумулятори такого типу особливо широкозастосовуються для побутових цілей, в схемах різних електростанцій (АЕС, АТЕЦ,сонячні та ін.) В даний час застосовуються кілька основнихконструктивних виконань рідинних ТА. Двухкорпусной ТА характеризуєтьсяроздільним зберіганням гарячого і холодного ТАМ. В процесі зарядки один корпусзаповнюється гарячим ТАМ, а інший - спорожняється. При роботі гарячий ТАМподається споживачеві і, відпрацювавши, потрапляє в корпус холодного ТАМ. Основнимгідністю такого виконання ТА є изотермичности кожного з корпусівта, як наслідок, відсутність у них термічних напруг і втрат, енергії нанагрівання - охолодження. Очевидно також, що обсяг корпусів використовуєтьсянераціонально і майже вдвічі перевищує обсяг ТАМ. Таке принципове рішеннядоцільно при великій різниці температур гарячого і холодного ТАМ, особливо у випадкахвикористання сольових ТАМ і рідких металів.
Рис. 2. Основні типирідинних акумуляторів тепла (магістралі показані в режимі розряду): а -двоконтурний, б - багатокорпусні; в - витискувальний; з - з ковзаючоютемпературою ТАМ; 1 - гарячий ТАМ; 2 - холодний ТАМ; 3 - споживач; 4 - єдиний корпус; 5 - рівень рідини; 6 - проміжний теплоносій.
З метою більшраціонального використання об'єму акумулятора запропонований багатокорпусніваріант, в якому використовується кілька корпусів з гарячим ТАМ і один порожній(Холодний). У міру розрядки заповнюється спочатку цей корпус, а потімвивільнювані гарячі по мірі їх спорожнення. Це призводить до появитермічних напруг і втрат на нагрівання у всіх корпусах, крім одного.
Найбільш раціональновикористовується обсяг теплового акумулятора у разі застосування єдиного корпусу,заповненого на початку процесу гарячим ТАМ.
У процесі роботи гарячийТАМ забирається з верхньої частини ТА, а відпрацьований холодний ТАМ подається внижню частину ТА. Такий тип рідинного акумулятора називається витискувальний.Внаслідок різниці густин гарячої та холодної рідин можезабезпечуватися мале перемішування рідини (ефект В«термоклінаВ»), ефективністьвикористання витискувальний ТА знижується внаслідок втрат тепла на перемішуванняі теплопровідності між обсягами гарячого і холодного ТАМ, нагрів корпусів і т.п.
Теплові акумуляторитакого типу застосовуються для рідин, що мають великий коефіцієнт лінійногорозширення.
При особливі властивості ТАМабо недоцільності для споживача використання ТАМ в якостітеплоносія застосовуються теплові акумулятори з ковзаючою температурою(Рис. 2, г ).
У цьому випадкупроміжний теплообмінник може розміщуватися як в корпусі ТА, так і поза ним.У процесі заряду відбувається нагрів ТА з використанням або проміжноготеплоносія, або електроенергії, а в процесі остигання проводиться відведеннятепла в проміжному теплообміннику. Одним з характерних прикладів такого ТАє В«сонячний ставокВ», в якому відбір ТАМ небажаний унаслідокруйнування зворотного градієнта солоності води.
Конструктивне виконаннярідинного теплового акумулятора в чому визначається властивостямитеплоакумулюючого матеріалу...
