Характеристики работы водяного теплового насоса в условиях образования льда на поверхности трубки испарителя

Салум Амер
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………. 5
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРАКТИКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ И ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК………….. 14
1.1. Принцип работы теплового насоса …………………………………………………………. 14

1.2. Обоснование выбора источника низкопотенциальной теплоты ……………….. 17

1.3. Схемы контуров отбора низкопотенциальной энергии воды …………………… 24

1.4. Конвективный теплообмен в рабочей зоне в условиях фазового перехода . 26

1.5. Кристаллизация воды на поверхности испарителя водяного теплового
насоса…………………………………………………………………………………………………………… 29

1.6. Сезонная динамика температуры воды в открытом водоеме ……………………. 31

1.7. Используемые хладагенты ……………………………………………………………………… 35

1.8. Основные выводы ………………………………………………………………………………….. 37

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ
НАЧАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ
ИСПАРИТЕЛЯ НА РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВОДЯНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА. 39
2.1. Методика экспериментальных исследований ………………………………………….. 39

2.2. Оценка погрешностей измерений контролируемых величин …………………… 44

2.3. Результаты экспериментальных исследований ……………………………………….. 48

2.3.1 Температура поверхности трубки испарителя при разных начальных
значениях температуры воды у её поверхности ………………………………………….. 50

2.3.2. Температура воды в окрестности поверхности испарителя ………………… 53

2.3.3. Толщина льда на поверхности трубки испарителя при разных
температурах воды …………………………………………………………………………………….. 56

2.3.4. Температура воды вблизи поверхности конденсатора при разных
начальных значениях температуры воды в области трубки испарителя ………. 59
2.3.5. Температура поверхности трубки конденсатора при разных начальных
значениях температуры воды вблизи поверхности испарителя …………………… 61

2.3.6. Термодинамические параметры хладагента в процессе работы теплового
насоса………………………………………………………………………………………………………… 63

2.3.7. Основные параметры работы теплового насоса при использовании
солевого раствора в качестве источника теплоты ……………………………………….. 66

2.4. Коэффициент преобразования теплового насоса …………………………………….. 70

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОГРАВИТАЦИОННОЙ
КОНВЕКЦИИ ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ ИСПАРИТЕЛЯ ТЕПЛОВОГО
НАСОСА НА ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ ЛЬДА НА СТЕНКЕ ЕГО ТРУБКИ … 76
3.1. Методика экспериментальных исследований ………………………………………….. 76

3.2. Результаты экспериментов ……………………………………………………………………… 79

3.3. Анализ влияния термогравитационной конвекции на процесс
кристаллизации воды на поверхности трубки испарителя ……………………………… 84

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ
НАЧАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ У ПОВЕРХНОСТИ КОНДЕНСАТОРА
НА ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ ВОДЯНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА ………………… 90
4.1. Схема экспериментального стенда………………………………………………………….. 90

4.2. Результаты экспериментальных исследований ……………………………………….. 93

4.2.1. Влияние изменения температуры воды в контуре испарителя при разных
начальных значениях температуры воды вокруг конденсатора …………………… 94

4.2.2. Температура поверхности трубки испарителя при разных начальных
значениях температуры воды вблизи конденсатора ……………………………………. 96

4.2.3. Толщина слоя льда на поверхности трубки испарителя при разных
начальных температурах воды вблизи конденсатора ………………………………….. 99

4.3. Алгоритм определения длины трубки испарителя, работающего в условиях
кристаллизации воды на теплообменной поверхности …………………………………. 101
ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА
МЕЖДУ ТРУБКОЙ ИСПАРИТЕЛЯ И ВОДОЙ В УСЛОВИЯХ
ТЕРМОГРАВИТАЦИОННОЙ КОНВЕКЦИИ И ОБРАЗОВАНИЯ ЛЬДА НА
ПОВЕРХНОСТИ ТРУБКИ …………………………………………………………………………….. 110
5.1 Постановка задачи и метод решения ……………………………………………………… 110

5. 2 Результаты математического моделирования ………………………………………… 114

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ …………………………………………………….. 136
ОБОЗНАЧЕНИЯ ……………………………………………………………………………………………. 137
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………. 141

В настоящее время растёт интерес к нетрадиционным возобновляемым
источникам энергии [1‒4], обусловленный ростом цен на традиционные
энергоресурсы и стремлением к более эффективному их расходованию [5‒8]; а
также экологическими проблемами, связанными с выбросами вредных веществ,
образующихся при сжигании органического топлива [9‒14]. В состав дымовых
газов, как известно, входят оксиды азота, углерода, серы, полиароматические
углеводороды, в том числе бенз(а)пирен, зола, шлак и другие вредные вещества
[15].
В связи с этим внимание специалистов, как российских [9, 10, 16‒38], так и
зарубежных [39‒49], обращено на исследования и разработки перспективных и
экологически безопасных тепловых насосных установок (ТНУ), использующих
низкопотенциальную теплоту окружающей среды (воздух, вода, грунт) для
выработки тепловой энергии. Такие устройства позволяют использовать сбросную
теплоту сточных вод и естественных водоёмов [50].
Варьируя схемы ТНУ, источники низкопотенциальной теплоты, конструкции
контуров отбора, виды теплоносителей можно создавать экологически чистые
установки с высоким коэффициентом преобразования энергии и возможностью
регулирования тепловой мощности [51], расширенным диапазоном применения
тепловых насосов при низких температурах окружающей среды, а также с
организацией независимых технологических контуров с разными уровнями
необходимых потребителю температур.
Преимущества тепловых насосов в сравнении с традиционными
котельными ‒ их экологичность, а с электрической системой отопления ‒
экономическая эффективность [5‒8, 52]. Например, электрическая система
обогрева на 1 кВт затраченной электроэнергии вырабатывает 1 кВт теплоты, а
тепловой насос ‒ от 3 до 5 кВт и более тепловой энергии [21, 52]. На сегодняшний
день число ТНУ в мире измеряется миллионами и непрерывно растет [18].
Актуально применение ТНУ в России, большая часть территории которой
расположена в климатических условиях с продолжительностью отопительного
сезона не менее 8 месяцев в году [32]. Как правило, это регионы с относительно
невысокой плотностью населения, что вызывает проблемы при разработке и
реализации централизованных систем генерации, транспорта и распределения
тепловой энергии. В таких условиях расходуется больше топлива для обеспечения
нормативных показателей вследствие значительных потерь теплоты при ее
транспортировке удаленным потребителям [53, 54]. Возможным решением этой
проблемы является реализация эффективных локальных систем отопления в
удаленных объектах теплопотребления, использование тепловых насосов.
Применение тепловых насосов в суровых климатических условиях России
накладывает ряд ограничений по выбору источника низкопотенциальной теплоты.
Наиболее простая и, соответственно, экономически более выгодная в реализации
конструкция тепловых насосов с использованием теплоты окружающего воздуха
не эффективна ввиду критически низких температур в отопительный сезон.
Тепловые насосы, работающие от низкопотенциальной теплоты грунта и
грунтовых вод, требуют высоких капитальных затрат на организацию контура
отбора теплоты, проведение масштабных земляных работ. Вследствие этого срок
их окупаемости становится несоизмеримым по сравнению с полученной экономией
энергоресурсов. Наиболее рациональным и экономически оправданным для
условий российского климата является тип тепловых насосов, использующий
тепловую энергию открытых водных источников, широко распространенных на
территории страны. Температура воды в водоемах даже в зимний период подо
льдом, как правило, не опускается ниже 275 К [55, 56].
Однако эксплуатация теплового насоса с водяным контуром отбора теплоты
в зимний период имеет ряд особенностей. Для эффективного теплоотбора разница
между температурой воды в водоеме и хладагентом, циркулирующем в контуре
теплового насоса, должна быть не менее 5 К [57]. Температура хладагента не
должна опускаться ниже температуры кристаллизации воды, что приведет к
образованию льда на трубках испарителя. Эффективность теплообмена в таких
условиях существенно падает [58]. Кроме того, образование льда способствует
деформации трубок теплообменника. Но на основании проведенного анализа
литературы, можно сделать вывод, что до настоящего времени не проводились
систематические исследования работы тепловых насосов в условиях
кристаллизации воды на теплообменных поверхностях трубок испарителя.
В том числе:
а) не установлены закономерности процессов кристаллизации воды и таяния
льда на поверхностях трубок испарителя в процессе эксплуатации теплового насоса

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету