Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Парообразование и конденсация в узком вертикальном канале при отсутствии принудительной циркуляции теплоносителя 13
1.1. Механизм образования парового снаряда в узком вертикальном канале при отсутствии принудительной циркуляции теплоносителя 13
1.2. Температурный режим при конденсации паровых снарядов в узком вертикальном канале 15
1.3. Особенности парообразования в жидкостях, содержащих ПАВ 16
1.4. Тепловые машины, основанные на эффекте парового снаряда в обогреваемых узких каналах 23
1.5. Теплообменные аппараты (термосифонные теплообменники) 31
1.6. Выводы и задачи исследований 35
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования особенностей парообразования в обогреваемых узких вертикальных каналах при отсутствии принудительной циркуляции 37
2.1. Описание экспериментальной установки и методики проведения экспериментальных исследований 37
2.2. Визуальные исследования парообразования в обогреваемых узких вертикальных каналах 38
2.3. Исследования парообразования для жидкостей с варьируемыми теплофизическими свойствами 48
2.4. Разработка физической модели для оценки параметров паровых снарядов при гиперснарядном режиме парообразования 53
Выводы 60
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования теплотех нических характеристик узкого канала в режиме термосифонного теплообменника 61
3.1. Описание экспериментального стенда, методики исследования характеристик термосифона и оценка погрешностей. 61
3.1.1. Методика дегазации и создания разрежения в термосифоне ... 65
3.1.2. Методика определения теплопередающей способности термосифона 66
3.2. Экспериментальные исследования теплопередающей способности термосифона 69
3.2.1. Экспериментальные исследования зависимости теплопередающей способности термосифона от объема заполнения и плотности подводимого теплового потока 69
3.2.2. Экспериментальные исследования зависимости теплопередающей способности термосифона от угла наклона 71
Выводы 73
ГЛАВА 4. Практическое использование энергии паровых снарядов, образующихся в обогреваемых узких вертикальных каналах при гиперснарядном режиме парообразования 74
4.1. Использование установки с термомеханическим преобразованием в качестве автономного накопителя энергии 74
4.2. Применение термосифона в режиме нагрева воды и парогенерации с использованием солнечной энергии 79
4.3. Применение термосифона в режиме перекачивания воды с использованием солнечной энергии 92
4.4. Физическая модель для оценки эффективности преобразования теплоты в работу при гиперснарядном режиме парообразования... 96
Выводы 101
Заключение 102
Литература 104
Справки о внедрении 118
Приложение
- Температурный режим при конденсации паровых снарядов в узком вертикальном канале
- Визуальные исследования парообразования в обогреваемых узких вертикальных каналах
- Методика дегазации и создания разрежения в термосифоне
- Экспериментальные исследования зависимости теплопередающей способности термосифона от угла наклона
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие энергетики в условиях интенсивной разработки, эксплуатации и истощения природных ресурсов и загрязнения биосферы земли требует заблаговременно изыскивать новые энергоресурсы и разрабатывать не только эффективные, но и достаточно чистые способы преобразования энергии. Одним из важнейших направлений экономии топливно-энергетических ресурсов наряду с повышением эффективности теплопередающих и теплогенерирующих установок является разработка технологий использования низкопотенциальной энергии техногенного происхождения.
В различных областях современной техники осуществляются движение теплоносителя и тепломассоперенос в условиях парообразования в стесненных условиях. В сравнении с широко распространенными в энергетике, холодильной технике, пищевой и химической технологии процессами парообразования в свободных объемах процессы парообразования в стесненных условиях связаны с тем, что зарождение, развитие и движение элементов паровой фазы в ряде случаев происходят в условиях спонтанного возникновения снарядного режима кипения (минуя фазу пузырькового кипения), когда размер парового снаряда существенно превосходит диаметр канала, — гиперснарядного режима парообразования. Образование паровых снарядов ведет к пульсациям давления паровой среды в канале, снижению теплопередачи, повышению тепловых и динамических нагрузок на оборудование.
Особый интерес представляет изучение упомянутых процессов в связи с созданием новых эффективных теплоотводяших систем на базе термосифонов для солнечных коллекторов, термостатирующих и терморегулирующих устройств для, обеспечения тепловых режимов теплонагруженных элементов энергетики и электронной техники, систем отбора тепла от низкопотенциальных источников.
8 Целью работы является изучение физических механизмов возникновения, условий и области существования гиперснарядного режима парообразования, влияния данного режима на надежность теплоотвода и возможности его применения для совершения полезной работы.
Задачи исследования.
Определение с помощью экспериментальных исследований особенностей парообразования и характеристик паровых снарядов в стесненных условиях при отсутствии циркуляции.
Построение на основании экспериментальных исследований модели процесса образования паровых снарядов при кипении жидкости в стесненных условиях при отсутствии циркуляции.
Определение с помощью экспериментальных исследований теплотехнических характеристик термосифона в условиях возникновения снарядного режима кипения.
Проведение экспериментальных исследований совместной работы термосифона с концентратором солнечной энергии при естественном освещении с целью практического применения энергии паровых снарядов.
Определение коэффициента термомеханического преобразования тепловой энергии в установке с узким вертикальным каналом, работающей на основе эффекта парового снаряда.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждается применением апробированных методов для обработки результатов эксперимента и использованием метрологического поверенного оборудования, позволяющего выполнить точные измерения контролируемых параметров, совпадением экспериментальных и расчетных данных, а также их хорошим согласованием на уровне тестовых опытов с данными других авторов.
9 Научная новизна.
Экспериментально установлена область существования гиперснарядного режима кипения, который наблюдается наряду с классическими режимами кипения жидкости, такими как пузырьковый, снарядный, эмульсионный, дисперсно-кольцевой, кольцевой, дисперсный в обогреваемых вертикальных каналах с малым диаметром, в условиях отсутствия циркуляции.
Экспериментально определено влияние ряда параметров на возникновение гиперснарядного режима кипения, таких как диаметр обогреваемого канала, плотность подводимого теплового потока и содержание поверхностно-активных веществ в рабочей среде.
Разработана модель, описывающая процесс образования паровых снарядов при кипении жидкости в каналах малого диаметра в условиях отсутствия циркуляции.
Выполнены экспериментальные исследования характеристик паровых снарядов, образующихся в обогреваемых узких вертикальных каналах, и разработана методика расчета КПД термомеханической установки с узким вертикальным каналом.
Показана возможность термомеханического преобразования солнечной энергии с помощью установки, работающей на основе эффекта парового снаряда.
Практическая ценность работы.
Построена модель, описывающая процесс образования паровых снарядов при кипении жидкости в стесненных условиях при отсутствии циркуляции, выявлены факторы, способствующие повышению нежелательных динамических нагрузок в энергетическом оборудовании и снижению теплопередачи.
Полученные экспериментальным путем гиперснарядный режим кипения жидкости в стесненных условиях и разработанная методика оценки эффективности его использования в термомеханической
10 установке с узким вертикальным каналом применимы в малой энергетике с целью использования энергии паровых снарядов в энергооборудовании.
На основе полученных результатов работы даны практические рекомендации по повышению эффективности работы термосифонных теплообменных аппаратов: внутренний диаметр термосифонов должен быть не менее 20 мм, а во время эксплуатации плотность теплового потока не должна попадать в интервал от 7 до 27 кВт/м .
Материалы исследования использованы при разработке курса «Основное энергетическое и вспомогательное оборудование установок НиВИЭ» и лабораторных работ для подготовки студентов УГТУ-УПИ.
Результаты работы приняты к использованию (внедрению) на следующих предприятиях: ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод», ООО Производственная коммерческая фирма «Компания «Энергоснаб», ООО «Энергосервисная компания».
Вопросы, выносимые на защиту.
Результаты экспериментальных исследований особенностей парообразования и характеристик паровых снарядов в обогреваемых узких вертикальных каналах при отсутствии циркуляции
Модель, описывающая процесс образования паровых снарядов при кипении жидкости в стесненных условиях, позволяющая выявить факторы, повышающие эффективность термомеханического преобразования.
Результаты экспериментального исследования характеристик теплопередающей способности термосифона в условиях возникновения снарядного режима кипения.
Методика расчета термомеханического КПД установки с узким вертикальным каналом.
5. Результаты исследований использования энергии паровых снарядов, образующихся в обогреваемых вертикальных каналах малого диаметра, для перекачки жидкости.
Личный вклад автора заключается в том, что им на основе опубликованных данных поставлены задачи исследования, разработаны основные методики проведения экспериментов, созданы и отлажены экспериментальные установки, проведены опыты, обработаны и проанализированы полученные данные, на основе которых найдена область существования гиперснарядного режима, разработана методика расчета эффективности работы термомеханической установки с узким вертикальным каналом, построена модель, описывающая процесс образования паровых снарядов при кипении жидкости в каналах с малым диаметром.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 3 международных, 9 всероссийских и 6 региональных конференциях: Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2004 г.), V Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению «Энергосбережение: состояние и перспективы» (Екатеринбург, 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2005 г.), Международном научном молодежном симпозиуме «Безопасность биосферы 2005» (Екатеринбург, 2005 г.), VII отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2006 г.), VII Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению «Энергосбережение: состояние и перспективы» (Екатеринбург, 2006 г.), X отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ
12 (Екатеринбург, 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные энергетические технологии. Экология. Экономика, безопасность и подготовка кадров» (Екатеринбург, 2006 г.), XI отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2007 г.), Международной научно-практической конференции «Ecotechnologies of XXI century» (Екатеринбург, 2007 г.), XII отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2007 г.), XIII отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2007 г.), XIV отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2008 г.), XV Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники (Екатеринбург, 2008 г.), VIII Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2008 г.), II Всероссийской научно-технической конференции «Безопасность критических инфраструктур и территорий» (Екатеринбург, 2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 печатная работа в научных журналах, сборниках трудов, материалах Международных и Всероссийских конференций, из них 2 статьи в реферируемых изданиях по списку ВАК, получено 6 патентов РФ на полезную модель [1—21].
Структура и объем работы. Структура диссертации подчинена замыслу исследования и состоит из введения, четырех глав, заключения, шести приложений, списка литературы, включающего 135 наименований.
Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста и содержит 58 рисунков и 10 таблиц.
Температурный режим при конденсации паровых снарядов в узком вертикальном канале
Процесс конденсации паровых снарядов в узких вертикальных каналах определяет работу двухфазных термосифонов низкого давления, а также топливных каналов ядерного реактора при прерывании циркуляции теплоносителя и снижении тепловой мощности каналов [37]. В указанных режимах процесс конденсации определяет температурный режим канала и осевой перенос тепла в нем [37]. Последний происходит за счет образования и последующей конденсации паровых снарядов в канале (рис. 1.2.1). Анализ процесса показывает, что задача о теплообмене в зоне конденсации может быть сведена к решению одномерной задачи о нестационарном теплообмене в системе с внутренними источниками тепла [37]. удельного теплового потока, подводимого к каналу Из рис. 1.2.2 следует, что при увеличении плотности теплового потока и расхода пара в канале скорость цепочки снарядов асимптотически стремится к предельному значению Wnped. При достижении этого значения снарядный режим переходит в дисперсно-кольцевой. Значения граничного теплового потока определяются по формуле [37]: Анализ имеющихся опытных наблюдений и результатов теоретических исследований показывает, что главное отличие кипения бинарных смесей от кипения однокомпонентных жидкостей заключается в существенном изменении состава смеси вблизи поверхности раздела фаз [38, 39]. При этом существенные для интенсивности теплоотдачи изменения состава смеси происходят в чрезвычайно тонком пристенном слое жидкости, толщина которого значительно меньше, чем характерный внутренний линейный масштаб при однофазной конвекции.
Влияние поверхностного натяжения жидкости а на интенсивность теплообмена при кипении изучено в работах [40-44]. Установлено, что снижение а за счет добавок ПАВ приводит по данным разных авторов как к уменьшению, так и к увеличению коэффициента теплоотдачи а. Зависимость а от а получена в виде а а ", где п различно: п = 0,33 [40]; п = -0,5 [41]; п = 0,62 [42]; п = -2 [43]; п = -1,5- - -3,3 [44]. Следует отметить, что в присутствии ПАВ достаточно трудно выделить влияние на теплообмен при кипении только изменения и, так как нужно учитывать и другие эффекты: воздействие ПАВ как катализатора на процесс образования зародышей, изменение смачиваемости поверхности теплообмена и др. В работе [45] установлено, что зависимость коэффициента теплоотдачи от концентрации ПАВ при постоянном тепловом потоке носит экстремальный характер. Для каждой добавки определены значения оптимальной концентрации и соответствующее ей максимальное значение коэффициента теплоотдачи (таблица 1.3.1). Предполагается, что максимуму коэффициента теплоотдачи соответствует такой состав раствора, при котором отрывной диаметр пузырей минимален. Исследование процесса парообразования с помощью скоростной киносъемки показало, что зависимость отрывного диаметра пузырей и частоты их отрыва в зависимости от концентрации ПАВ также носит экстремальный характер, причем максимальной интенсивности теплоотдачи соответствуют минимальный отрывной диаметр и максимальная относительная частота генерации пузырей [45]. Улучшение теплоотдачи объясняется уменьшением поверхностного натяжения раствора и соответствующим повышением числа центров парообразования и частоты генерации пузырей. Это приводит к интенсивной турбулизации теплового пристенного слоя и повышению теплоотдачи. Рост частоты генерации пузырей может быть вызван: 1) уменьшением а и как следствие уменьшением энергии, необходимой для образования пузырей, и, следовательно, образованием большего количества пузырей меньшего размера; 2) адсорбцией молекул полимера на поверхности теплообмена, вследствие чего образуются новые центры парообразования.
Уменьшение отрывного размера пузырей может происходить за счет: 1) уменьшения а, что приводит к сокращению периода зарождения и роста пузыря и как следствие к образованию пузырей меньших размеров; 2) увеличения вязкости, результатом чего может быть возрастание "эластичных" свойств растворов полимеров и ограничение размеров пузырей. Состояние и физико-химические свойства поверхности нагрева. В реальных условиях при добавках различных веществ в исследуемую жидкость может меняться не только коэффициент теплоотдачи и вязкость, но и физико-химические свойства поверхностей нагрева и, прежде всего, ее смачиваемость. Эти свойства характеризуются работой адгезии (работой отрыва жидкости от твердой поверхности) [46]:
Визуальные исследования парообразования в обогреваемых узких вертикальных каналах
Режим кипения зависит от теплофизических свойств жидкости и пара, расходов отдельных фаз и от размеров и положения трубки в пространстве [61-69]. Изучение взаимосвязи этих характеристик с законами сопротивления трения и теплоотдачи связано с большими экспериментальными трудностями. Поэтому классификация режимов кипения построена в основном на результатах визуального изучения картин кипения [63]. На основе наблюдений режимов кипения в вертикальных трубах можно выделить шесть основных режимов (рис. 2.2.1). Пузырьковый — такой режим кипения, при котором паровая фаза распределена в жидкости в виде отдельных небольших пузырьков с диаметром 1—3 мм, размеры которых малы по сравнению с характерным размером поперечного сечения канала. Пузырьковый режим устанавливается при низких паросодержаниях. В центре концентрация пузырей обычно выше, чем в слоях, расположенных ближе к стенке. С увеличением расхода пара количество и размеры пузырьков возрастают. Снарядный - это режим кипения, при котором паровая фаза движется в виде крупных пузырей, поперечные размеры которых соизмеримы с характерным размером поперечного сечения канала, а длина может достигать нескольких характерных размеров. Передняя часть пузырей скруглена, и они напоминают по форме артиллерийские снаряды. От стенки пузыри отделены тонким слоем жидкости, а друг от друга — жидкостными пробками, в которых, так же как и при пузырьковом режиме, движутся небольшие пузырьки пара.
При низких давлениях снарядообразные пузыри достигают длин до 1 метра и более. Эмульсионный — это режим кипения, при котором паровая фаза распределена в потоке в виде небольших объемов, разделенных жидкими пленками. Дисперсно-кольцевой — такой режим кипения, при котором жидкая фаза движется в виде пленки по поверхности трубы, а паровая фаза движется в ядре потока в виде мелких капель. Различают два предельных случая дисперсно-кольцевого режима: Стержневой (кольцевой) — режим кипения, когда вся жидкость движется в виде пленки. Дисперсный - режим кипения, когда вся жидкость движется в виде мелких капель, распределенных в потоке пара. Эти режимы кипения в узких вертикальных каналах были получены в ходе экспериментальных исследований. Однако выяснилось, что наряду с существующими классическими режимами кипения, которые описаны в литературных источниках [69-73], существует так называемый гиперснарядный или импульсный режим кипения, сопровождающийся большим импульсом давления, наличием одиночного парового пузыря в канале, размеры которого больше внутреннего диаметра канала, и разрывом столба жидкости. По всей видимости, этот режим не был обнаружен ранее другими авторами, поскольку область его существования очень мала и ограничена узким диапазоном внутреннего диаметра каналов, плотности теплового потока и наличием ПАВ в рабочей жидкости. Данный режим кипения наблюдается вместо пузырькового режима, до возникновения снарядного режима кипения, что хорошо видно на рис. 2.2.2.
На данном рисунке для сравнения представлены результаты визуальных исследований процесса кипения жидкости в узких вертикальных каналах с внутренним диаметром 30 мм (поз. а) при плотности теплового потока 7 кВт/м и 12,7 мм (поз. б-д) при плотности теплового потока от 7 до 27кВт/м , рабочая жидкость в канале — дистиллированная вода с объемным содержанием глицерина 0,8 %. Установление четких границ существования режимов кипения встречает определенные затруднения. Во-первых, смена одного режима кипения другим происходит постепенно, без резких границ. Во-вторых, устойчивость режима кипения зависит от многих трудно поддающихся учету факторов и граница существования того или иного режима может смещаться.
С целью установления достоверной физической картины и эволюции образования парового снаряда при кипении жидкости в стесненных условиях, а также последующей его конденсации проведены серии визуальных наблюдений динамики процесса роста парового пузыря и его конденсации в узком вертикальном канале с внутренним диаметром 12,7 мм при плотности теплового потока 13кВт/м , рабочая жидкость в канале -дистиллированная вода с объемным содержанием глицерина 0,8%. Визуальные исследования проводились на экспериментальной установке, представленной на рис. 2.1.1, при установившемся снарядном режиме кипения жидкости в течение 2 часов. Фотографирование выполнялось цифровой камерой с высоким оптическим разрешением. На рис. 2.2.3 показан начальный этап всплытия одиночного парового пузыря 1 в вертикальном канале после перегрева жидкости, верхний торец которого имеет округлую вытянутую форму в виде снаряда. Скорость движения пузыря зависит от его скорости роста [37, 74]. Характерный размер пузыря превосходит внутренний диаметр канала. Над паровым пузырем находится столб жидкости 2, который выталкивается вверх пузырем.
Методика дегазации и создания разрежения в термосифоне
Для создания в рабочем объеме термосифона заданного разрежения (в холодном состоянии), а также с целью удаления растворенных в жидкости газов (деаэрации), вытеснения газовых фракций парами жидкости использовался метод длительного нагрева, парообразования рабочей жидкости (воды, спирта). При проведении дегазации термосифона выполнялись следующие операции согласно схеме стенда, приведенной на рис. 3.1.4: производилось заполнение термосифона 12 рабочей жидкостью в количестве, превышающем требуемый объем на 30-50%, через запорный вентиль 6, который после заполнения термосифона закрывался; отключалась система подачи охлаждающей воды в теплообменник-охладитель 11с помощью вентиля 21; включался жидкостный термостат 18 с электрическим нагревательным элементом; напряжение, подаваемое на термостат 18, регулировалось с помощью автотрансформатора 17; установка прогревалась до температуры кипения рабочей жидкости и удерживалась при параметрах кипения в течение 10-15 минут при открытом вентиле 9 для удаления растворенных газов из рабочей жидкости через колбу с водой 10; закрывался вентиль 9 для герметизации канала; отключался жидкостный термостат 18 с электрическим нагревательным элементом при помощи автотрансформатора 17; по изменению объема жидкости в колбе 10 определялось остаточное количество жидкости в объеме канала термосифона 12; далее подавалась охлаждающая вода через ротаметр 1 в водяной теплообменник-охладитель 11 зоны конденсации термосифона 12; установка работала в течение 10-15 минут до достижения каналом комнатной температуры; измерялся уровень давления (разряжения) в объеме канала термосифона при помощи стрелочного вакуумметра 8. После выполнения всех указанных операций термосифон подготовлен к работе. Эксперимент проводился при различных объемах заполнения и углах наклона термосифона, с целью определения его эффективности работы в стационарных состояниях. При проведении эксперимента производилось ступенчатое увеличение тепловой мощности жидкостного термостата 18 с электрическим нагревательным элементом при помощи изменения напряжения (рис. 3.1.4), подаваемого от автотрансформатора 17, с выдержкой между приращениями в течение 20-30 минут для стабилизации теплового режима.
По достижению термосифоном стационарного состояния фиксировались следующие параметры: подводимая тепловая мощность к испарительному участку термосифона 12 при помощи амперметра 15 и вольтметра 16; расход воды через теплообменник-охладитель при помощи ротаметра 1; температура воды на входе и выходе теплообменника-охладителя при помощи хромель-алюмелевых термопар 4, 5 и электронных мультиметров Mastech MAS-345 2,3; температура стенки термосифона в испарительной части при помощи хромель-алюмелевой термопары 13 и электронного мультиметра Mastech MAS-345 14; уровень давления (разрежения) внутри термосифона 12 при помощи стрелочных образцовых манометра 7 и вакуумметра 8; і! температура окружающей среды при помощи ртутного термометра 19. Все измеряемые параметры заносились в таблицы (приложение 5). По результатам измерений рассчитывался тепловой поток, отведенный охлаждающей водой от термосифона по формуле: где G — расход воды в м /с; ср— удельная теплоемкость воды, кДж/(кг-К); р — плотность воды, кг/и3; Т" — температура воды на выходе теплообменника-охладителя, С; V - температура воды на входе теплообменника-охладителя, С; Удельная тепловая мощность, передаваемая термосифоном, рассчитывалась по формуле: где Q — количество теплоты, отведенной охлаждающей водой от термосифона, Вт; F — площадь поверхности испарительной части термосифона, м2. Тепловой поток, переданный рабочей жидкости термостата (глицерину) от электрического нагревателя, определялся по формуле: где U напряжение, подводимое к нагревательному элементу, В; /-силатока, А; Эффективность работы термосифона — теплопередающая способность -определялась по формуле: где суммируются квадраты соответствующих относительных погрешностей измеряемых величин (напряжения, тока, расхода, температуры).
Экспериментальные исследования зависимости теплопередающей способности термосифона от угла наклона
При рассмотрении работы термосифона в реальных условиях эксплуатации, особенно в передвижных устройствах, могут иметь место те или иные отклонения трубы от вертикального положения. [88-91]. Важно поэтому знать, какое влияние окажет наклон трубы на ее теплопередающие свойства. В предельном случае, когда участок нагрева окажется выше зоны охлаждения, термосифон функционировать не будет. Остается выяснить, какой эффект даст меньший наклон трубы. С целью определения оптимальных углов наклона термосифона с оптимальным заполнением были проведены экспериментальные исследования теплопередающей способности термосифона в зависимости от угла наклона. В ходе исследований угол наклона термосифона к горизонтальной плоскости изменялся от 90 до 30 градусов. Характер зависимости теплопередающей способности термосифона от плотности подводимого теплового потока для разных углов наклона ТС к горизонтальной плоскости представлен на рис. 3.2.4. Исследования зависимости теплопередающей способности термосифона от угла наклона показали, что наибольшая теплопередающая способность ТС наблюдается при угле наклона 90 градусов (вертикальное положение) -0,964, при плотности теплового потока 20 кВт/м .
При уменьшении угла несколько снижается значение максимальной теплопередающей способности, но увеличивается интервал уровня теплового потока, при котором будет достаточно устойчивый режим работы. Как показали испытания, при угле наклона 30 градусов имеется устойчивый режим работы (теплопередающая способность ТС колеблется в интервале от 0,817 до 0,916) в интервале плотности теплового потока от 13 Вт до 27 кВт/м . Величина теплопередающей способности термосифона может быть представлена в виде [80]: где дк= 0,05 для данных экспериментов. Выполненные экспериментальные исследования теплопередающей способности двухфазного термосифона в условиях образования парового снаряда для получения его коэффициента эффективности работы подтвердили снижение эффективности процессов переноса тепла в термосифоне в условиях существования гиперснарядного режима кипения теплоносителя: теплопередающая способность достигает лишь 85—90 % (в зонах оптимума) при плотности теплового потока 16-25 кВт/м , степени заполнения рабочей жидкостью 10—30% и углах наклона к горизонту 30—90 градусов, что совпадает с данными других авторов в зонах параметров и свойств теплоносителей [81-93]. В настоящее время вопросам энергосбережения уделяется все более пристальное внимание, все активнее изыскиваются различные варианты снижения энергозатрат, рассматриваются и реализуются, в том числе и с привлечением значительных средств, разнообразные схемы, призванные сократить потребление энергии.
Одним из видов энергосберегающих мероприятий может служить использование низкопотенциальной тепловой энергии, в том числе вторичных источников. Источником низкопотенциальной тепловой энергии может быть тепло как естественного, так и искусственного происхождения. В качестве естественных источников низкопотенциального тепла могут быть использованы: тепло земли (тепло грунта); подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные); наружный воздух; водоёмы и природные водные потоки; солнечная энергия. В качестве искусственных источников низкопотенциального тепла могут выступать: вентиляционные выбросы зданий и сооружений; канализационные стоки (сточные воды); промышленные сбросы; тепло технологических процессов; бытовые тепловыделения.
