Технические
науки/5. Энергетика.
К.т.н., доцент Тимченко
В.И., К.т.н., доцент Илиев А.Г.
Южно-российский государственный университет
экономики и сервиса
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО
ОБОРУДОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛАНАРНЫХ КАНАЛОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕПЛОВЫХ
ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Под энергосбережением понимается:
1) комплекс организационно-технических мероприятий,
направленных на повышение эффективности производства и оптимизации способов
использования тепловой энергии;
2) снижение
потребления энергоресурсов за счёт уменьшения тепловых потерь при производстве,
транспортировке и использовании энергии;
3) снижение потребления
энергоресурсов за счёт использования вторичных энергоресурсов.
Основным мероприятием по
энергосбережению является обеспечение
оптимальных теплотехнических параметров теплоносителей и их стабильности
в технологических процессах. Повышение эффективности использования тепловой
энергии в технологических процессах возможно при комплексном решении проблем
энергосбережения. Авторами [1,2,4,5] тепловые отходы от технологических
теплоиспользующих процессов рассматриваются как тепловой потенциал предприятия,
который возможно извлечь из ВЭР, который при применении специального энергосберегающего
оборудования может использоваться в технологических процессах и инженерных
сетях предприятия.
Исходными
данными для выбора теплообменника являются тепловая производительность
(количество тепловых отходов), температурные режимы (параметры вторичных
теплоносителей), алгоритм для определения которых предлагается в работах [3,6,8], что подтверждает не только
наличие опыта в создании
энергосберегающего оборудования, но и необходимость его дальнейшего совершенствования.
На основании
вышеизложенного предлагается, в качестве энергосберегающего оборудования в
точках теплопотребления вторичных теплоносителей, например горячих промстоков рекуперативные теплообменники, так называемые рекуператоры горячих промышленных стоков
(РГПС) [9].
При этом для его расчёта известны тепловая нагрузка - это
тепловые ВЭР, расходы и параметры
промстоков, требуемые механические, теплофизические и коррозионно-стойкие
свойства материалов, а так же другие сведения, необходимые для проектирования
аппарата. Этот расчет включает в себя тепловой, гидравлический, механический,
поверочный, конструктивный, эксплуатационный и другие расчеты, определяющие
геометрические размеры аппарата и его технико-экономические показатели.
Стоимость
1 м2 поверхности SТО
(руб/м2) теплообменника является среднестатистической величиной. Она
определяется для отдельных типов реально существующих теплообменников по
формуле (1):
, (1)
где F – поверхность теплообмена, м2;
CТО –
стоимость теплообменника, руб;
CМ –
стоимость монтажа, руб.
Поверхность теплообмена (2):
,
(2)
где φ – коэффициент запаса;
Q –
тепловой поток, Дж/ч;
k–
коэффициент теплопередачи, Дж/м2·К·ч;
Δt
– средний температурный напор, К.
Средний температурный напор (3):
, (3)
Уравнение теплового баланса дополнительного теплообменника (4) :
Годовые приведенные затраты на основной теплообменник (5) :
Пfo = So × Fo× E, р/год,
где
So
- удельная стоимость основного
теплообменника, р/м2 .[10]
Мощность нагнетателя,
выраженная в кВт, определяется выражением (6) :
,
где φ – коэффициент запаса;
Δt – гидравлическое сопротивление теплообменника, Н/м2.
Затраты на нагнетатель (7) :
,
где KН
– капиталовложения в нагнетатель; численные значения,
которого можно оценить по формуле (8) :
,
где SНI и SН – стоимостные коэффициенты,
зависящие от типа нагнетателя, его конструктивных особенностей и др. [11]
На основе
анализа этих исследований и методов интенсификации теплообмена при минимальных
гидравлических сопротивлениях различных
трактов - оребренных с искусственной шероховатостью, с пористыми
наполнителями, матричные, с компланарными каналами, показаны недостатки и
преимущества этих теплообменников с точки обеспечения минимальных сопротивлений
в оптимальных условиях теплообмена. Можно сделать вывод, что наиболее
приемлемыми для применения в системе использования теплоты ВЭР являются тракты
с компланарными каналами.
Исследование трактов с компланарными каналами освещалось
в работах Бильмаера В.В., Пелевина Ф.В. Внедрение в серийное производство
теплообменных трактов с компланарными каналами
дало мощный толчок в развитии данного метода интенсификации теплообмена.
Разделяют тракты неограниченные (выполненные на осиметричной поверхности,
например цилиндре) и ограниченные в поперечном направлении, т.е. наличие одного
или нескольких поворотов потока у боковых ограничивающих профилей, что приводит
к изменению структуры потока и коэффициента теплоотдачи вдоль канала.
Во всем
исследованном диапазоне характер изменения коэффициентов гидравлического
сопротивления сохраняет монотонность, в том числе и для области переходного течения
в гладкой трубе.
В отличие от течения в
гладкой трубе область автомодельности коэффициента гидравлического
сопротивления в тракте с компланарными каналами начинается при значениях числа Re =
(1…1,5)104. Этот вывод распространяется на все исследованные
варианты трактов.
Установка турбулизаторов в
каналах также приводит к росту коэффициента гидравлического сопротивления, что
соответствует физической картине течения жидкости.
Энергия турбулизации
потока, вырабатываемая в области смешения компланарных потоков, переносится к
теплоотдающей поверхности с полями теплоносителя как по нормали за счет
увеличения турбулентных пульсаций, так и тангенциально потоку кручения в
результате взаимной подкрутки. Таким образом, вблизи теплоотдающей поверхности
происходит непрерывное разрушения пограничного слоя, интенсифицируется
массообмен пристенных потоков слоя с его ядром, что является причиной
значительного увеличения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Сапронов, А. Г. Энергосбережение на предприятиях бытового обслуживания
[Текст]: учеб. пособие / А. Г. Сапронов, В. А. Шаповалов; под ред. А.
Г. Сапронова. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2000. - 115 с.
2.
Сапронов, А. Г. Оптимизационные методики по энергосбережению и природоохранным предприятиям на
предприятиях легкой промышленности и сервиса [Текст]: монография / А. Г.
Сапронов, В. И. Тимченко, В. А. Шаповалов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2000.
3. Бильмаер, Ф.
В. Исследование влияния абсолютных размеров каналов на теплообмен и
гидравлические сопротивление в плоских компланарных трактах [Текст] / В. В. Бильмаер, Ф. В Пелевин // Труды Х-й междунар.
научно-практический конференции «Наука – сервису»: в 2 т. Т. 1.- М.: МГУС,
2005. - С. 132 - 135.
4.
Данилов, И. П. Стандартизация, сертификация
и аудит в области энергосбережения. Пути решения задач на региональном уровне
[Текст] / И. П. Данилов // Стандарты и качество. – 1999 - № 9. с. 22-24
5.
Сапронов, А. Г. Энергосбережение на предприятиях бытового обслуживания
[Текст]: учеб. пособие / А. Г. Сапронов, В. А. Шаповалов; под ред. А.
Г. Сапронова. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2000. - 115 с.
6.
Сапронов, А. Г. Оптимизационные методики по энергосбережению и природоохранным предприятиям на
предприятиях легкой промышленности и сервиса [Текст]: монография / А. Г.
Сапронов, В. И. Тимченко, В. А. Шаповалов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2000.
7. Бильмаер, Ф.
В. Исследование влияния абсолютных размеров каналов на теплообмен и
гидравлические сопротивление в плоских компланарных трактах [Текст] / В. В. Бильмаер, Ф. В Пелевин // Труды Х-й междунар.
научно-практический конференции «Наука – сервису»: в 2 т. Т. 1.- М.: МГУС,
2005. - С. 132 - 135.
8.
Данилов, И. П. Стандартизация, сертификация
и аудит в области энергосбережения. Пути решения задач на региональном уровне
[Текст] / И. П. Данилов // Стандарты и качество. – 1999 - № 9. с. 22-24
9. Калинин, Э. К.
Интенсификация теплоотдачи в каналах [Текст] / Калинин, Г. А. Дрейцер, С. Л.
Ярхо. - М.; Машиностроение, 1990. - 206 с.
10. Проблемные
аспекты энергосбережения в условиях безнапорного движения горячих промстоков (статья) «Актуальные проблемы
техники и технологии. Межвузовский сборник научных трудов. ЮРГУЭС - 2007 г. С.
27-29»
11. Илиев, А. Г. Исследование тепловых процессов на автомойках и разработка системы использования вторичных энергоресурсов (ВЭР) на примере автосервисного предприятия «Интер-транс» [Текст]: дипломная работа / А. Г. Илиев; ЮРГУЭС. – Шахты, 2006. - 99 с.