Исследование процессов с фазовыми переходами материалов с пластинчатыми инклюзивами в тепловых аккумуляторах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

Цымбалюк Юлия Валерьевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ С ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ МАТЕРИАЛОВ С ПЛАСТИНЧАТЫМИ ИНКЛЮЗИВАМИ В ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРАХ

Специальность 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

I

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Астрахань - 2006

Работа выполнена в Астраханском государственном техническом университете (кафедра машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов) и в Астраханском инженерно-строительном институте (кафедра теплогазоснабжения и вентиляции)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Шишкин Николай Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: Кубанский государственный аграрный университет (факультет энергетики и электрификации сельского хозяйства, кафедра энергетики)

Защита диссертации состоится 27 апреля 2006 г. в 12 - 00 час. на заседании диссертационного совета Д.307.001.03 при Астраханском государственном техническом университете (АГТУ) по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, ауд. 5. 308. Тел. 8-(8512)-54-62-43. Факс 8-(8512)-25-73-68.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Руднев Виталий Петрович кандидат технических наук Ильин Роман Альбертович

Автореферат разослан " /т~ " марта 2006 г.

Ученый секретарь совета канд. техн. наук, доцент

С. В. Виноградов

¿оое А

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ограниченность традиционных тошшвно -энергетических ресурсов, постоянный рост цен на них, а также негативное воздействие продуктов их сгорания на окружающую среду, создают необходимость практического использования таких возобновляемых видов энергии как солнечная, ветровая, биогаз и другие. Использование этих видов энергоресурсов осложняется неравномерностью их поступления, вследствие чего возникает необходимость обеспечения бесперебойной работы систем теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ). Стабильность и надежность функционирования таких систем могут быть достигнуты с помощью тепловых аккумуляторов, заряжаемых в период превышения поступления энергии над потреблением и разряжаемых при превышении потребления энергии над поступлением.

Системы с аккумулированием теплоты имеют ряд преимуществ: потребители становятся независимыми от непостоянства работы источника энергии (солнечной, ветровой), за счет аккумулирования можно покрыть часть пиковых нагрузок (в системах горячего водоснабжения), уменьшить потребную мощность, и, следовательно, капитальные заграты на источники тепловой энергии. Таким образом, существует необходимость использования тепловых аккумуляторов различных типов не только в системах теплоснабжения, но и в автономных теплоэнергетических комплексах с ВИЭ.

Учитывая вышеизложенное, актуальность диссертационной работы определяется необходимостью решения проблемы аккумулирования энергии путем создания высокоэффективных и экономичных тепловых аккумуляторов для различных систем теплоснабжения. Наиболее широкое распространение получили аккумуляторы, использующие явную теплоту (жидкостные, с твердой насадкой), однако в последнее время за рубежом и в нашей стране стали использоваться аккумуляторы с тешюаккумулирующими материалами фазового перехода (ТАМФП). Они более компактны, чем жидкостные и аккумуляторы с твердой насадкой, и позволяют не только сгладить неравномерность поступления и потребления тепла в системах горячего водоснабжения, но и обеспечивают необходимый температурный режим у абонентов. Однако применение таких теплоаккумуляторов связано со значительными трудностями, т. к. плотность потоков подводимой и отводимой теплоты существенно меньше, чем в жидкостных аккумуляторах. Для интенсификации теплообмена могут быть применены высокотеплопроводные металлические инклюзивы различной формы.

Объектами исследования являются тепловые аккумуляторы с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами, применяемые в системах теплоснабжения, в том числе с использованием ВИЭ.

Предмет исследований - процессы теплообмена, позволяющие обеспечить оптимальные параметры тепловых аккумуляторов с ТАМФП и

РОС НАЦИОНАЛЬНА)' БИБЛИОТЕКА |

снтрсрг аьф,

09 щ/

высокотеплопроводными инклюзивами, необходимыми для повышения их эффективности.

Цель работы - исследование и разработка тепловых аккумуляторов с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи

- " анализ существующих типов аккумуляторов теплоты, а также

особенностей накопления тепловой энергии в аккумуляторах различных типов;

теоретические исследования процессов с фазовыми переходами в аккумуляторах с высокотеплопроводными пластинчатыми инклюзивами, экспериментальные исследования процессов плавления и застывания материалов в тепловых аккумуляторах с высокотеплопроводными инклюзивами,

сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов теплообмена в тепловых аккумуляторах с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами,

разработка методики расчета оптимальных параметров аккумуляторов тепла с ТАМФП и пластинчатыми инклюзивами Научная новизна работы заключается.

в разработке модели процесса аккумулирования теплоты с учетом квазикондуктивного характера теплообмена при плавлении и затвердевании ТАМФП,

в получении и применении критериальных уравнений для расчета и оптимизации основных параметров тепловых аккумуляторов с ТАМФП, в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении эффективности применения металлических высокотеплопроводных инклюзивов, позволяющих интенсифицировать теплообмен, в создании специальных методик и алгоритмов теплотехнического расчета оригинальных типов аккумуляторов теплоты с ТАМФП и пластинчатыми инклюзивами для различных систем энергопотребления. Достоверность полученных результатов определяется корректностью постановки задач исследований и принятых упрощающих допущений; подтверждается использованием физически обоснованных математических моделей, а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость состоит

- в разработке новых перспективных технических решений в области аккумулирования теплоты,

- в разработке методик расчета оптимальных параметров тепловых аккумуляторов с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами для проектирования и эксплуатации,

- в получении патентов "Теплогенератор электрогидравлический", "Гелиоветростанция",

Практическое использование результатов работы заключается в следующем;

- предложенные автором схемные решения по тепловым аккумуляторам в составе энергокомплексов с ВИЭ защищены патентами на изобретения и использованы в ряде проектов и технических предложений;

- техническое предложение по использованию аккумулятора с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами в составе блочной котельной с гелиоприставкой рекомендовано к внедрению на одном из объектов прямого подчинения Администрации Астраханской области в рамках хоздоговорной работы по региональной Программе энергосбережения Астраханской области на период 2001 - 2005 гг.;

- разработана техническая документация на ряд аккумуляторов для автономных систем теплоснабжения с использованием ВИЭ;

- принято решение о внедрении разработанных аккумуляторов с ТАМФП в тепличном хозяйстве экспериментального комплекса Аграрного факультета Естественного института Астраханского государственного университета в с. Началово Приволжского района Астраханской области;

- материалы диссертации используются в спецкурсах "Использование возобновляемых источников энергии в системах теплогазоснабжения" и "Создание энергоэкономичных комплексов систем теплогазоснабжения и вентиляции" для студентов специальности "Теплогазоснабжение и вентиляция" в Астраханском Инженерно-строительном институте.

На защиту выносятся основные результаты и выводы:

- теоретические основы создания схемных решений фазопереходных аккумуляторов теплоты с высокотеплопроводными инклюзивами для систем теплоснабжения, в том числе с использованием ВИЭ;

- математические модели плавления и затвердевания ТАМФП с пластинчатыми инклюзивами, а также полученные теоретические зависимости для определения различных геометрических и теплофизических параметров ТАМФП и температуры теплоносителя на выходе из аккумулятора теплоты;

- результаты экспериментальных исследований теплообмена в плоском слое ТАМФП с высокотеплопроводными инклюзивами и сопоставление их с расчетными зависимостями;

- анализ энергетической эффективности и разработка методик расчета наиболее рациональных параметров тепловых аккумуляторов с теплоаккумулирующими материалами фазового перехода.

Личный вклад автора состоит в том, что в работу включены только собственные результаты, полученные автором: сформирована концепция работы, определена методика проведения теоретических и экспериментальных исследований, представлены выводы по повышению эффективности

аккумуляции теплоты при использовании фазопереходных аккумуляторов с высокотеплопроводными инклюзивами, предложена методика расчета аккумуляторов различной формы.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского инженерно-строительного института, Четвертой Всероссийской научной молодежной школе: Возобновляемые источники энергии (Москва, 2003), международной конференции: Возобновляемая энергетика: Проблемы и перспективы (Махачкала, 2005). Работа выполнена в рамках приоритетных направлений фундаментальных исследований РАН, включена в план НИР Отдела энергетики Поволжья, в план Лаборатории низкопотенциальных энергетических установок Института энергетики АГТУ. Работа проводилась по плану госбюджетной НИР кафедры "Теплогазоснабжения и вентиляции" Астраханского инженерно строительного института и Астраханского научного центра ЖКА. Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 1 монография, 7 статей, 2 патента Российской Федерации на изобретение. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 123 наименований, приложений, перечня используемых обозначений, индексов и сокращений. Общий объем работы 115 страниц, включая 27 рисунков и 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность проблемы, научная новизна, практическая значимость работы, использование результатов исследований и разработок, приведены основные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первом разделе "Анализ существующих тепловых аккумуляторов с теплоаккумулирующими материалами фазового перехода" рассмотрены различные аккумуляторы теплоты, работающие на основе накопления явной или скрытой теплоты. Приведена их классификация по температурному диапазону, а также конструкции аккумуляторов тепловой энергии гелиосистем (жидкостного, аккумулятора с твердой насадкой, с легкоплавким материалом).

Применение теплоаккумулирующих материалов фазового перехода обеспечивает большую объемную плотность аккумулируемой энергии и позволяет существенно уменьшить их массу и объем. В ряде случаев при соответствующем технико - экономическом обосновании эти ТАМ могут быть применены в тепловых аккумуляторах и в автономных теплоэнергетических комплексах с возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ).

При проведении анализа теплофизических свойств теплоаккумулирующих материалов фазового перехода были обобщены результаты исследований таких авторов как Быстров В.П., Ливчак A.B., Шишкин Н.Д. по теплофизическим свойствам ряда органических и

неорганических соединений. Анализ этих данных показывает, что в качестве ТАМФП могут использоваться четыре группы веществ; парафины, жирные кислоты, гидраты солей и ряд соединений металлов. Наиболее приемлемыми для практического использования в системах теплоснабжения и в автономных теплоэнергетических комплексах обладают три первые группы ТАМФП. Однако их применение в системах с ВИЭ связано со значительными трудностями: недостаточно высокой температурой фазового перехода, малым коэффициентом теплопроводности, неконгруэнтностью плавления и, как правило, (за исключением парафинов) слишком высокой стоимостью.

Для подогрева теплоносителя до более высоких температур порядка 60-95°С, например, при использовании в системах отопления, предлагается использовать битумо - парафиновые смеси (БПС).

Таким образом, из рассмотренных типов ТАМФП с учетом их теплофизических свойств и стоимостных показателей наиболее подходящими для тепловых аккумуляторов систем теплоснабжения и автономных теплоэнергетических комплексов с возобновляемыми источниками энергии являются технические парафины и битумно - парафиновые смеси.

Анализ существующих тепловых аккумуляторов с теплоаккумулирующими материалами фазового перехода показал, что рассмотренные аккумуляторы теплоты обладают рядом недостатков, которые не позволяют обеспечить необходимую скорость плавления и затвердевания ТАМФП и, соответственно, время зарядки и разрядки аккумулятора. Автором разработана конструкция фазопереходного аккумулятора с многоярусными секционными теплообменниками и высокотеплопроводными инклюзивами (рис. 1). Предлагаемая конструкция позволяет в значительной степени преодолеть недостатки рассмотренных аккумуляторов, достаточно проста по конструкции, надежна в эксплуатации и позволяет обеспечить достаточно быструю зарядку и разрядку за счет применения инклюзивов пластинчатой, решетчатой или другой формы. Для расчета предлагаемого фазопереходного аккумулятора теплоты с высокотеплопроводньши инклюзивами необходимо решить ряд научно-исследовательских задач, которые и сформулированы в первом разделе.

Из ХОЛОДНОГО водопровода I г—

и.

К источнику ^ффмЦ^^Н горней мам

МИМН^" о

ЧИкНЬ с

ЧИКНИ с ^

горячей воды

ЧЖ-11-

К 1Ютр<бт«я10

лТ

гп

г|

\

1-1 / ^

XV

Рис. 1. Схема теплового аккумулятора с теплоаккумулирующим материалом фазового

перехода и высокотеплопроводными пластинчатыми инклюзивами: 1 - корпус; 2 - трубки; 3 - горизонтальный коллектор; 4 - решетки из ВИ; 5 - тепловая изоляция; 6 - ТАМФП; 7 - вертикальный коллектор.

Во втором разделе "Теоретические исследования процессов теплообмена в тепловых аккумуляторах с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода" проведено аналитическое исследование процессов квазикондуктивного теплообмена при фазовых переходах в слоях ТАМФП, которые могут быть описаны дифференциальным уравнением:

<Лх . Л, г АЗ- =

Й?Г

И. сЫ

0)

где рх, Я, - плотность и теплопроводность новой фазы; г - теплота фазового перехода; с&/с1т - скорость продвижения новой фазы; <&х1 &с • градиент температур в новой фазе. Решение дифференциальных уравнений процессов фазовых переходов в плоском слое с учетом квазикондуктивного характера теплообмена позволило получить формулы для расчета толщины новой фазы, времени ее образования и плотности теплового потока:

г---^-. =2

б =

_ /2 а, с,

Д/ г

2 а, с, Д/

А г р Ы

2т

(2)

При аналитических исследованиях влияния высокотеплопроводных металлических инклюзивов различной формы на интенсивность процессов теплообмена при зарядке и разрядке теплового аккумулятора рассмотрены формы высокотеплопроводных инклюзивов, исследована теплопередача через плоские ортогонально ориентированные пластинчатые высокотеплопроводные инклюзивы. Математическая модель квазистационарных процессов фазовых переходов в слое ТАМФП с пластинчатыми ВИ описывалась линейным дифференциальным уравнением

= (3)

сьг

где 9 - избыточная температура; х - координата; т - параметр, зависящий от геометрических (дП, <5) и теплофизических (Ап, X) характеристик инклюзива и слоя ТАМФП. Приближенное решение уравнения (3) при 8 = Згр = 0,25 Ь, О0 = А/ позволило получить формулу для расчета теплового потока в ТАМФП при наличии пластинчатого высокотеплопроводного инклюзива

о _/ Мэ^л^И?(4) Ч ЬЛ-6П

где 1П,3П,ЯП - длина, толщина и коэффициент теплопроводности

пластинчатого инклюзива; ъп - расстояние между пластинами, хэ -

эффективный (с учетом конвекции) коэффициент теплопроводности материала.

Обобщение результатов анализа высокотеплопроводных инклюзивов отличной от пластин формы позволило получить критериальную зависимость для коэффициента эффективности инклюзива # , учитывающего увеличение

теплового потока в зависимости от критерия Фурье для инклюзива ГоИ, критерия Коссовича Ко и симплексов, выражающих соотношения между теплофизическими свойствами и геометрическими параметрами ВИ и ТАМФП

КЭИ =1+4^ Ко-™ )°'м )0-50' (5)

с р Ь„

где _ /„ - коэффициент формы инклюзива, выражающий соотношение

Фи ~ /. 1»

между площадью боковой поверхности инклюзива и площадью плоского слоя в тепловом аккумуляторе (площадью горизонтального сечения, в котором он находится); индексы "и" и "а" относятся к инклюзиву и аккумулятору. Экспериментальные данные по к согласуются с расчетной зависимостью

(5), расхождение с доверительной вероятностью 0,90 не превышает 25 %.

Таким образом, при наличии ВИ тепловой поток увеличивается в десятки раз, а время процессов зарядки и разрядки уменьшается в десятки раз,

что делает теплотехнические параметры ТА с ТАМФП вполне приемлемыми для практического применения в АТК с ВИЭ.

При математическом моделировании параметров теплоносителя на выходе из фазопереходного аккумулятора теплоты в режиме зарядки рассмотрено приближенное решение сопряженной задачи подвода теплоты к расплавляемому теплоаккумулирующему материалу относительно массы жидкой фазы и выходной температуры теплоносителя (рис.2,а). В отличие от ряда работ Котенко Э.В., Токаря Б.З, принимается квазикондуктивный характер теплообмена, что учитывается введением коэффициента конвекции и эффективного коэффициента теплопроводности жидкой фазы Л^ = Лже ■ Определена временная зависимость относительной доли жидкой фазы ТАМФП:

0,5 А2,

Ко - 0,5ехр|-----—

+_ I «А.»

а><1

1

где

8Ж - относительная толщина жидкой фазы; п

(6)

, _ ^ 2 рж ■

сам

Ко~-

г - критерий Коссовича; - интегральная показательная

С ж (',-<«)

функция; Г - площадь поверхности теплоподвода; М - общая масса системы; С, й - теплоемкость и расход теплоносителя; (¡, - температуры теплоносителя на входе и выходе из аккумулятора; индекс "ж" относится к жидкой фазе.

ЬС, 1. (т)«

- 1'С

а) б)

Рис, 2. Схема математической модели: а) процесса плавления ТАМФП; б) процесса застывания ТАМФП

Безразмерная температура на выходе из теплового аккумулятора в режиме зарядки зависит от относительной толщины жидкой фазы и расхода теплоносителя, уменьшаясь с ях ростом; взаимосвязь , и д :

-Ф).

1-ехр

1

. юАдг(Яэ).

(7)

и

Разработанная математическая модель для случая зарядки значительно упрощает задачу проектирования фазопереходных теплоаккумуляторов.

При математическом моделировании параметров теплоносителя на выходе из фазопереходного аккумулятора в режиме разрядки в отличие от режима зарядки квазикондуктивный характер теплообмена практически не проявляется и коэффициент конвекции можно принять равным 1 (рис. 2,6).

1

Ко — 0,5 схр

0,5 +-

й)Д г

т<1 - ехр

ю ЛГ

(8)

где д - относительная толщина твердой фазы; п , Р2я,рг;

г В шЪ.т свм

индекс "ти относится к твердой фазе.

Соотношение (8) определяет в неявном виде временную зависимость относительной толщины твердой фазы ТАМФП, наличие которой позволяет рассчитать выходную температуру теплоносителя:

@2(/с) = —— = 1 - ехр|

1

(9)

<уДг^о)

Таким образом, полученное решение при разрядке имеет практически тот же вид, что и при зарядке, отличие лишь в разности температур. В случае разрядки процесс идет менее интенсивно, т.к. осуществляется лишь за счет теплопроводности.

В третьем разделе "Экспериментальные исследования теплообмена в тепловых аккумуляторах с ТАМФП" приведены результаты экспериментов по плавлению и затвердеванию ТАМФП в плоском слое. Исследования проводились на лабораторной экспериментальной установке (рис.3). Сосуд для плавления (затвердевания) наполнялся парафином на высоту плоского слоя и помещался в емкость с водой. В процессе зарядки снизу за счет теплоэлектронагревателяг подводилось тепло. Температуры на входе и выходе теплоносителя измерялись термометрами, температура ТАМФП - контактным термометром. При исследовании влияния высокотеплопроводных инклюзивов на процесс теплообмена в плоский слой ТАМФП помещались металлические включения различной формы.

Эксперименты показывают на вполне удовлетворительное соответствие экспериментальных значений толщины расплавившегося (рис.4,а) и застывшего плоского слоя ТАМФП (рис.4,б) с рассчитанными по формуле, расхождение с доверительной вероятностью 0,95 не превышают 10 % и находится в пределах погрешности измерений.

Рис.3. Экспериментальная установка для

исследования процессов

плавления и затвердевания в плоском слое:

1 - корпус установки; 2 - сосуд для плавления (затвердевания); 3 -патрубок для охлаждающей жидкости; 4 - жидкостной термометр; 5 -термопары; 6 - коммутирующее устройство; 7 - цифровой вольтметр; 8 -теплоэлектронагреватель; ТАМФП -теплоаккумулирующий материал фазового перехода (парафин); В -промежуточный теплоноситель (вода); ОВ - охлаждающая вода.

Проведенные экспериментальные исследования позволили обосновать адекватность разработанной автором математической модели фазовых переходов в тепловых аккумуляторах с ТАМФП; подтвердили полученные зависимости для определения толщины плоского слоя, времени процессов фазовых переходов и средней плотности теплового потока в процессе зарядки и разрядки аккумуляторов с ТАМФП. Результаты экспериментальных исследований процессов плавления и затвердевания ТАМ ФП в плоском слое с высокотеплопррводньши инклюзивами приведены на рис. 4.

5*

1! 41 т г ш

/А /п 1В О к) а ¡1 t • ■ т

т г-" 40 V ВДМ »

т /.V / и г"5

(г

а) б)

Рис. 4. Зависимость толщины плоского слоя ТАМПФ от времени и температурного напора: а) при плавлении; б) при застывании; П - парафин; ПА - парафин с алюминиевыми инклюзивами

Из графиков очевидно, что в результате применения высокотеплопроводных инклюзивов (содержание их не превышает 1 % по объему) значительно сокращается время плавления и затвердевания ТАМФП, т.е. период зарядки и разрядки теплового аккумулятора, что позволяет более эффективно аккумулировать тепловую энергию в различных системах теплоснабжения.

При экспериментальных исследованиях параметров теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора в режимах зарядки и разрядки производились замеры температуры теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора как в режиме зарядки, так и в режиме разрядки. Измерение

выходной температуры теплоносителя позволяет оценить возможности применения тепловых аккумуляторов с ТАМФП для различных видов систем теплоснабжения (в том числе для автономных теплоэнергетических комплексов с возобновляемыми источниками энергии).

На рис. 5,а показана зависимость температуры теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора в режиме зарядки, рассчитанная по формуле с учетом конвективного переноса теплоты, а также приведены осредненные результаты измерений температуры, произведенные в ходе экспериментов по плавлению теплоаккумулирукяцего материала фазового перехода. Как видно из рисунка, расхождения между теоретическими значениями и опытными данными практически не превышают максимальной погрешности измерений, составляющей 3,6 %. Это позволяет сделать вывод о достаточно хорошем соответствии аналитической зависимости результатам проведенных экспериментов, а также доказывает конвективный характер теплообмена при плавлении ТАМФП.

■-•с

Рис. 5. Зависимость температуры теплоносителя на выходе из фазопереходного аккумулятора теплоты при зарядке:

1 - теория по формуле;

2 - экспериментальные данные

В четвертом разделе произведено сопоставление и анализ результатов аналитических решений и экспериментальных исследований процессов теплообмена в тепловых аккумуляторах. Определено соотношение между толщиной слоя новой фазы, временем ее образования, разностью температур и теплофизическими свойствами ТАМФП

Однако при определении толщины не учтен конвективный характер теплообмена. Поэтому, выполнив алгебраические преобразования, получим выражение толщины новой фазы в зависимости от времени ее образования с учетом квазихондуктивного характера теплообмена

8 = (И) где ■_

, ¡0,36 л°-"(а&)0'ид/и5 пг>

Таким образом, за счет введения коэффициента конвекции установлена новая степенная зависимость толщины вновь образующейся фазы от времени фазового превращения.

В качестве примера на рис. 6 показана зависимость толщины жидкой фазы ТАМФП от времени ее образования в процессе плавления при разности температур 25 °С. Как видно из рисунка, проведенные автором эксперименты подтвердили полученную теоретическую зависимость толщины новой фазы от времени ее образования с учетом конвективного характера теплообмена при плавлении ТАМФП и показали, что применение ВИ почти в 1,5 раза сокращает время плавления ТАМФП и, следовательно, время зарядки теплового аккумулятора.

Рис. 6. Зависимость толщины слоя расплавившегося ТАМФП от времени ее образования при Ж = 25 "С: 1 - теория по формуле (2.1.8); 2 - теория по формуле (4.1.10); 3 - эксперимент без высокотеплопроводных инклюзивов; 4 - эксперимент с высокотеплопроводными инклюзивами.

При проведении критериальной обработки и обобщения полученных результатов по плавлению и застыванию в плоском слое рассмотренные ранее аналитические зависимости, описывающие динамику и интенсивность теплообмена в слоях ТАМФП, могут быть обобщены с использованием соответствующих критериев подобия и получением критериальных уравнений на основе теории подобия. Используя критерии Фурье и Коссовича можно представить зависимость с учетом выражения для коэффициента конвекции £ в виде критериального уравнения

Ро = С,Кок (ОгРг) 0'25 (13)

где С/ я к - числовой коэффициент и показатель степени, равные для плоского слоя С] = 2,78 и к = 1.

Выполнив ряд преобразований, приведем формулу (13) к безразмерному виду

\ 2 г д* ■ (14> х \ с Л а т

Выражение в левой части уравнения (14) представляет собой критерий интенсивности внутренних источников теплоты (число Померанцева) .

Комплексы величин, стоящие в правой части уравнения, представляют собой критерии Ко и Fo, поэтому уравнение (14) с учетом поправки на конвективный характер теплообмена, может быть представлено в виде степенной зависимости

Ро = Сг Ко" Fo" (Gr Рг)°'ш, (15)

где С2> тип - числовой коэффициент и показатели степени, равные для плоского слоя С2 = 1,41, т = 0,50 и п = - 0,50.

Обобщение всех этих экспериментальных данных в виде критериев Fo, Ки, Ро и Ra = GrPr показывает на совпадение коэффициентов и показателей степени. Расхождение между теоретическими значениями критериев подобия, рассчитанными по соответствующим формулам и их экспериментальными значениями, обобщаемыми полученными критериальными уравнениями, с доверительной вероятностью 0,90 не превышает 20 % (рис. 7).

При проведении критериальной обработки и обобщении полученных результатов по плавлению и застыванию в плоском слое с ВИ экспериментальные данные по динамике плавления и затвердевания ТАМФП представлены в виде соотношения критериев Fo и Ко (рис. 7,а). Как видно из рисунка, наличие металлических включений значительно сокращает время плавления ТАМФП, а, следовательно, время зарядки теплового аккумулятора.

Экспериментальные данные по теплообмену в процессе плавления и застывания ТАМФП в слоях с высокотеплопроводными инклюзивами в виде соотношения критериев Ро и Ко приведены на рис. 7,6. Как видно из рисунка, процесс теплообмена при использовании высокотеплопроводных инклюзивов походит более интенсивно.

а) б)

Рис. 7: а) динамика процесса плавления (застывания) ТАМФП (парафина);

б) интенсивность теплообмена при плавлении (застывании) ТАМФП: О-в плоском слое; • - в плоском слое с высокотеплопроводными включениями.

Таким образом, сопоставление экспериментальных данных по плавлению и затвердеванию в плоских слоях ТАМФП с высокотеплопроводными инклюзивами показывает, что даже при весьма незначительном по объему содержании инклюзивов существенно увеличивается скорость плавления и затвердевания.

При сопоставлении и анализе аналитических решений и экспериментачьных данных по исспедованию параметров теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора в режиме зарядки и разрядки рассмотренные ранее аналитические зависимости, описывающие динамику изменения температуры теплоносителя на выходе из аккумулятора теплоты, были обобщены с исполызованием соответствующих критериев подобия и получением критериальных уравнений. Используя критерии Фурье и Коссовича выражение относительной температуры теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора для режимов зарядки и разрядки представлено в виде уравнений, рассмотренных во втором разделе. На рис. 8 показана зависимость относительной температуры теплоносителя на выходе из аккумулятора от критерия Фурье, выражающего безразмерное время, е,

Ч Рис. 8. Зависимость

относительной температуры ~ теплоносителя на выходе из

_| теплового аккумулятора от

! безразмерного времени в

, режиме разрядки:

| 1 - теория;

— г» 2 - экспериментальные данные

Как видно из рисунка, экспериментальные данные подтверждают полученную ранее теоретическую зависимость для определения относительной температуры теплоносителя на выходе из аккумулятора теплоты в режиме разрядки.

В пятом разделе "Разработка методики расчета и конструирования оптимальных параметров тепловых аккумуляторов с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода" приведены расчетные зависимости и номограммы для определения основных конструктивных размеров и режимных параметров тепловых аккумуляторов с ТАМФП. На основе проведенных исследований разработана методика расчета основных параметров тепловых аккумуляторов различной формы с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами различной конфигурации.

Объем теплового аккумулятора с ТАМФП может быть определен в зависимости от коэффициента теплопередачи через стенки теплового аккумулятора, времени разрядки, а также коэффициента формы теплового аккумулятора при различных значениях полезно используемого количества теплоты, получаемого в период разрядки. В качестве примера на рис. 9 изображена номограмма для определения объема теплового аккумулятора в

зависимости от значения полезно используемого количества теплоты, получаемого в период разрядки, при различном времени разрядки и при термическом сопротивлении тепловой изоляции аккумулятора равном 1 м2-К/Вт Таким образом, объем теплового аккумулятора зависит от количества аккумулируемой теплоты, времени разрядки, теплофизических свойств ТАМФП, термического сопротивления теплоизоляции и др Наиболее сильное влияние оказывают количество аккумулируемой теплоты и время процесса разрядки т.

Рис 9. Номограмма для определения объема теплового аккумулятора в

зависимости от

количества полезно используемой теплоты и времени разрядки

при д

Вт

» «гпааака« Too

Для анализа энергетической эффективности тепловых аккумуляторов с ТАМФП может быть использован такой показатель, как энергетический КПД КПД теплового аккумулятора, выражающий соотношение между запасенным и полезно используемым теплом с учетом потерь через ограждающие конструкции

Па

1-

1 +

_АЛ U „л-6t?!l-t0)

К v}31 Рж(ст + г +СЖ ЫАг)

(16)

где Аг,а = 1ПУ1 - и д/^ = - 1ПЛ - переохлаждение и перегрев, д = /1'° коэффициент формы теплового аккумулятора

В качестве примера на рис. 10 приведены результаты расчета КПД тепловых аккумуляторов по формуле (16) при типичных условиях их эксплуатации время зарядки 8 ч, термическое сопротивление теплоизоляции от 0,1 до 3,0 м2 К/Вт.

Рис 10. Зависимость КПД теплового аккумулятора от его объема УА и термического сопротивления теплоизоляции Кти, (м2 • К/Вт)

Тепловые аккумуляторы могут иметь различную форму в зависимости от типа трансформатора возобновляемых источников энергии, места установки аккумулятора теплоты, возможностей изготовления и т.д. Используя соотношения между объемом и геометрическими параметрами, можно определить основные линейные размеры теплового аккумулятора. В качестве примера на рис. 11 приведены зависимости коэффициента формы тепловых аккумуляторов различной формы от соотношения основных геометрических размеров.

1 И1Ш_1 1 ц

и- 1

- — • - --2 Г

»

з — *3 г

ГТТЦ 1 7_

г 1

Б:

ЯНН црр^ г

к * я •ятЛ г

■ ь ь »11 V

_ _ _ _ 1

01 10 ш 100

Рис. 11 Зависимость коэффициента формы аккумуляторов с плоскими стенками от соотношения основных геометрических размеров: 1 - прямоугольный параллелепипед; 2 - треугольная призма; 3 - четырехугольная пирамида.

Для аккумуляторов любой формы, кроме треугольной призмы, получается, что минимальное значение коэффициента формы соответствует соотношению основных геометрических параметров, равному 1,

Предлагаемые автором аккумуляторы с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами могут быть использованы в ряде автономных систем теплоснабжения с применением возобновляемых источников энергии - солнечной, ветровой и биогаза, получаемого из различного рода органических отходов. Обладая меньшими размерами, он способствует снижению капитальных затрат на гелиоустановки, ветротеплогенераторы и биогазовые установки и тем самым снижению себестоимости тепловой энергии, получаемой из возобновляемых источников. Использование в качестве ТАМФП технических парафинов и битумно - парафиновых смесей в предлагаемом типе теплового аккумулятора позволяет обеспечить постоянную и достаточно высокую для практического использования в системах теплоснабжения температуру теплоносителя.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основе проведенных исследований и разработок получены результаты и сделаны следующие выводы.

1. Наиболее подходящими для тепловых аккумуляторов систем теплоснабжения являются технические парафины и битумно - парафиновые смеси. Для более быстрой зарядки и разрядки может быть использована оригинальная конструкция теплового аккумулятора с ТАМФП с многоярусными секционными теплообменниками и высокотеплопроводными инклюзивами.

2. С учетом конвективного характера теплообмена в жидкой фазе ТАМФП

получены теоретические зависимости для определения толщины образования новой фазы и плотности теплового потока при плавлении и затвердевании. Коэффициент эффективности применения высокотеплопроводных инклюзивов различной формы зависит от критериев , Ко и симплексов, выражающих соотношения между теплофизическими свойствами и геометрическими параметрами инклюзивов и ТАМФП. Разработанная теория для расчета температуры теплоносителя на выходе из аккумулятора теплоты для случаев зарядки и разрядки значительно упрощает задачу проектирования фазопереходных теплоахкумуляторов.

3. Эксперименты подтвердили полученные зависимости для определения толщины плоского слоя, времени процессов фазовых переходов и средней плотности теплового потока в процессе зарядки и разрядки тепловых аккумуляторов с ТАМФП и показали целесообразность использования высокотеплопроводных инклюзивов. Экспериментально определена температура теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора. С увеличением расхода теплоносителя время достижения стабильной температуры на выходе и величина последней существенно снижается. Статистическая обработка позволила получить значения коэффициентов и показатели степеней в критериальных уравнениях для определения основных параметров тепловых аккумуляторов.

4. Критериальные соотношения, обобщающие экспериментальные данные по динамике теплообмена в слоях ТАМФП плоской формы с высокотеплопроводными инклюзивами, показывают на соответствие между теоретическими и экспериментальными значениями. Расхождение с доверительной вероятностью 0,95 не превышает 20 %. Установлено, что даже при весьма незначительном по объему содержании инклюзивов (менее 1%) скорость плавления и затвердевания увеличивается в 2 - 4 раза.

5. Объем теплового аккумулятора зависит от количества аккумулируемой теплоты, времени разрядки, теплофизических свойств ТАМФП, термического сопротивления теплоизоляции и других факторов. Достаточно сильное влияние оказывает коэффициент формы, зависящий от геометрии и соотношения основных геометрических размеров. Геометрически оптимальным является аккумулятор с минимальным значением коэффициента формы и соотношением основных размеров, равным 1. Разработанный оригинальный тип аккумулятора с ТАМФП и высокотеплопроводными пластинчатыми инклюзивами может эффективно использоваться в различных схемах систем теплоснабжения с ВИЭ. Использование в качестве ТАМФП технических парафинов и битумно - парафиновых смесей в предлагаемом типе теплового аккумулятора позволяет обеспечить постоянную и достаточную для практического использования температуру теплоносителя.

6. Полученные результаты обеспечивают совершенствование тепловых аккумуляторов в автономных системах теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии за счет применения оригинальных высокоэффективных схемных решений и конструкций с использованием ТАМФП и высокотеплопроводных металлических пластинчатых инклюзивов.

20 #-6178 l7S

Основные положения по диссертации опубликованы в следующих изданиях

1. Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.), Бирюлин И.Б., Недочетов A.A., Ревин А.Е., Стовбур И.В. Гелиоветростанция. // Патенты РФ на изобретения. 2002, № 12. С. 264. По списку ВАК

2. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.), Бирюлин И.Б., Климов A.B. Теплогенератор электрогидравлический // Патенты РФ на изобретения. 2004, № 14. С. 362. По списку ВАК.

3. Шишкин Н.Д., Цымбалюк Ю.В. Исследование параметров теплоносителя на выходе из фазопереходного аккумулятора теплоты. Астрахань: Вестник АГТУ. Ks 6. 2005. 5 с. По списку ВАК

4. Середина Ю,В.(Цымбалюк Ю.В.), Бирюлин И.Б., Недочетов A.A., Ревин А.Е. Гелиоветростанция. Описание изобретения к патенту РФ № 2186245. М.: РАПТЗ. 2002. 8 с.

5. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.), Бирюлин И.Б. Теплогенератор электрогидравлический. Описание изобретения к патенту РФ № 2229066. М,: РАПТЗ. 2004.

6. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.) Исследование процессов плавления и кристаллизации в плоском слое теплоаккумулирующих материалов / Сб. науч. трудов. Астрахань: АИСИ. 2001. С. 84 - 91.

7. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В.(Цымбалюк Ю.В.), Бирюлин И.Б. Оценка фактического потребления энергоресурсов и разработка рекомендаций по энергосберегающим мероприятиям в системах теплоснабжения на 10 объектах в г. Астрахани / Передовые технологии и новые строительные материалы. Астрахань: АИСИ. 2003. С. 32 - 36.

8. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.) Система горячего водоснабжения с контактным водонагревателем, гелиоустановкой, ветротеплогенератором и утилизатором тепла сточных вод / Сб. трудов АИСИ. Астрахань: АИСИ. 2000. С. 45 - 50.

9. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В.(Цымбалюк Ю.В.), Смирнова O.A. Исследование процессов фазовых переходов в тепловых аккумуляторах систем теплоснабжения // Известия ЖКА. 2001. № 4. С. 43 - 52.

10. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В.(Цымбалюк Ю.В.) Исследование динамики процессов плавления и кристаллизации в тепловых аккумуляторах фазового перехода гелиосистем // Матер. Четвертой Всерос. научн. молод, школы: Возобновляемые источники энергии. М.: Изд-во МГУ. 2003. С. 62 - 67.

11. Шишкин Н.Д., Цымбалюк Ю.В. Тепловые аккумуляторы для автономных теплоэнергетических комплексов в возобновляемыми источниками энергии. // Материалы международной конференции: Возобновляемая энергетика: Проблемы и перспективы. Махачкала, 2005. С. 276 - 281.

В печати: Шишкин Н.Д., Цымбалюк Ю.В. Фазопереходные тепловые аккумуляторы с высокотеплопроводными инклюзивами. Монография. Ростов - на - Дону.

Цымбалюк Юлия Валерьевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ С ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ МАТЕРИАЛОВ С ПЛАСТИНЧАТЫМИ ИНКЛЮЗИВАМИ В ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРАХ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати /о .03.2006. Формат 60x84/16. Уч. изд. л. 1,1. Тираж 100 экз. 414025, Астрахань. Типография АГТУ. Заказ 2/Р

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА.

1.1. Общие сведения об аккумуляторах тепловой энергии.

1.2. Анализ теплофизических свойств теплоаккумулирующих материалов фазового перехода.

1.3. Анализ недостатков существующих тепловых аккумуляторов с ТАМ ФП

1.4. Разработка теплового аккумулятора с ТАМ ФП с многоярусными подогревателями и высокотеплопроводными инклюзивами.

1.5. Основные задачи теоретических и экспериментальных исследований .28 Выводы по главе 1.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ

АККУМУЛИРОВАНИЯ В ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРАХ С ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА.

2.1. Аналитическое исследование процессов квазикондуктивного теплообмена при процессах фазового перехода в слоях ТАМ ФП.

2.2. Аналитические исследования влияния высокотеплопроводных инклюзивов различной формы на интенсивность процессов теплообмена при зарядке и разрядке теплового аккумулятора.

2.3. Математическое моделирование параметров теплоносителя на выходе из фазопереходного аккумулятора теплоты в режиме зарядки.

2.4. Математическое моделирование параметров теплоносителя на выходе из фазопереходного аккумулятора теплоты в режиме разрядки.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА

В ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРАХ С ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА.

3.1. Экспериментальные исследования процессов плавления и затвердевания ТАМ ФП в плоском слое.

3.2. Экспериментальные исследования процессов плавления и затвердевания ТАМ ФП в плоских слоях с высокотеплопроводными инклюзивами (эмпирические зависимости).

3.3. Экспериментальные исследования параметров теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора в режимах зарядки и разрядки.

3.4. Оценка погрешностей измерений и статистическая обработка экспериментальных данных.

Выводы по главе 3.

Глава 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИТИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОР АХ.

4.1. Сопоставление и анализ аналитических решений и экспериментальных данных по исследованию процессов в тепловых аккумуляторах.

4.2. Критериальная обработка и обобщение полученных результатов по плавлению и застыванию в плоском слое.

4.3. Критериальная обработка и обобщение полученных результатов по плавлению и застыванию в плоском слое с высокотеплопроводными инклюзивами.

4.4. Сопоставление и анализ аналитических решений и экспериментальных данных по исследованию параметров теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора в режиме зарядки и разрядки.

Выводы по главе 4.

Глава 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ

ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА.

5.1. Расчетные зависимости и номограммы для определения основных конструктивных размеров и режимных параметров тепловых аккумуляторов с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода.

5.2. Анализ энергетической эффективности тепловых аккумуляторов с теплоаккумулирующими материалами фазового перехода.

5.3. Схемные решения аккумуляторов с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода в автономных системах теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии.

5.4. Практическое использование результатов исследований.

Выводы по главе 5.

Ограниченность традиционных топливно - энергетических ресурсов (газообразного, жидкого и твердого топлива), постоянный рост цен на них, а также негативное воздействие продуктов их сгорания на окружающую среду, создают необходимость практического использования таких возобновляемых видов энергии как солнечная, ветровая, биогаз и другие. Однако использование этих видов энергоресурсов осложняется неравномерностью их поступления, вследствие чего возникает необходимость обеспечения бесперебойной работы систем теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ). Стабильность и надежность функционирования таких систем могут быть достигнуты с помощью тепловых аккумуляторов, заряжаемых в период превышения поступления энергии над потреблением и разряжаемых при превышении потребления энергии над поступлением.

Энергосистемы с аккумулированием энергии имеют ряд преимуществ: потребители становятся независимыми от непостоянства работы источника энергии (солнечной, ветровой), за счет аккумулирования можно покрыть часть пиковых нагрузок (в большей степени в системах горячего водоснабжения), уменьшить потребную мощность, и, следовательно, капитальные затраты на источники тепловой энергии. Таким образом, существует необходимость использования тепловых аккумуляторов различных типов не только в системах теплоснабжения, но и в автономных теплоэнергетических комплексах с ТЭР и ВИЭ.

Учитывая вышеизложенное, актуальность диссертационной работы определяется необходимостью решения проблемы аккумулирования энергии путем создания высокоэффективных и экономичных тепловых аккумуляторов для различных систем теплоснабжения. Наиболее широкое распространение получили аккумуляторы, использующие явную теплоту (жидкостные, гравийные и др.), однако в последнее время за рубежом и в нашей стране стали использоваться аккумуляторы с теплоаккумулирующими материалами фазового перехода (ТАМФП). Они более компактны, чем жидкостные и гравийные тепловые аккумуляторы. Кроме того, аккумуляторы тепловой энергии с ТАМФП позволяют не только сгладить неравномерность поступления и потребления тепла в системах горячего водоснабжения, но и обеспечивают необходимый температурный режим у абонентов. Однако применение таких теплоаккумуляторов связано со значительными трудностями, т. к. плотность потоков подводимой и отводимой теплоты существенно меньше, чем в жидкостных аккумуляторах. Для интенсификации теплообмена могут быть применены высокотеплопроводные металлические инклюзивы различной формы.

Основная идея работы состоит в разработке более эффективных аккумуляторов тепловой энергии с ТАМФП за счет применения высокотеплопроводных инклюзивов.

Объектом исследования являются тепловые аккумуляторы с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами, применяемые в системах теплоснабжения, в том числе, с использованием возобновляемых источников энергии.

Предмет исследований - процессы теплообмена, позволяющие обеспечить оптимальные параметры тепловых аккумуляторов с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами, необходимыми для повышения их эффективности.

Цель работы - исследование и разработка тепловых аккумуляторов с ТАМФП с высокотеплопроводными инклюзивами.

Данная цель достигнута путем решения следующих задач исследования:

- анализ существующих типов аккумуляторов теплоты, а также особенностей аккумулирования теплоты в аккумуляторах различных типов;

- теоретические исследования процессов теплообмена в тепловых аккумуляторах с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода и высокотеплопроводными инклюзивами;

- экспериментальные исследования теплообмена и гидродинамики в тепловых аккумуляторах с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода и высокотеплопроводными инклюзивами;

- сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов теплообмена в тепловых аккумуляторах с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода и высокотеплопроводными инклюзивами;

- разработка методики расчета и конструирования оптимальных параметров аккумуляторов тепла с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода и высокотеплопроводными инклюзивами.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке основ аккумулирования теплоты с учетом квазикондуктив-ного характера теплообмена при плавлении и затвердевании ТАМФП;

- в получении критериальных уравнений для расчета и оптимизации основных параметров тепловых аккумуляторов с ТАМФП;

- в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении эффективности применения металлических высокотеплопроводных инклюзивов, позволяющих интенсифицировать теплообмен;

- в создании специальных методик и алгоритмов теплотехнического расчета оригинальных типов аккумуляторов теплоты с ТАМФП и инклюзивами для различных систем энергопотребления.

Достоверность научных положений и полученных результатов определяется корректностью постановки задач исследований и принятых упрощающих допущений; подтверждается использованием физически обоснованных математических моделей, а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость работы состоит:

- в разработке новых технических решений в области аккумулирования теплоты;

- в использовании методик расчета оптимальных параметров тепловых аккумуляторов с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами при проектировании и эксплуатации;

- в получении патентов "Теплогенератор электрогидравлический", "Гелио-ветростанция"

Практическое использование результатов работы заключается в следующем:

- предложенные автором схемные решения по тепловым аккумуляторам в со ставе энергокомплексов с ВИЭ защищены патентами на изобретения и использованы в ряде проектов и технических предложений;

- техническое предложение по использованию аккумулятора с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами в составе блочной котельной с гелио-приставкой рекомендовано к внедрению на одном из объектов прямого подчинения Администрации Астраханской области в рамках хоздоговорной работы по региональной Программе энергосбережения Астраханской области на период 2001 - 2005 гг.; разработана техническая документация на ряд аккумуляторов для автономных систем теплоснабжения с использованием ВИЭ, в том числе и в форме дипломных проектов, рекомендованных для внедрения; планируется внедрение разработанных аккумуляторов с ТАМФП в тепличном хозяйстве экспериментального комплекса Аграрного факультета Естественного института Астраханского государственного университета в с. Нача-лово Приволжского района Астраханской области; материалы диссертации используются в спецкурсах "Использование возобновляемых источников энергии в системах теплогазоснабжения" и "Создание энергоэкономичных комплексов систем теплогазоснабжения и вентиляции" для студентов специальности "Теплогазоснабжение и вентиляция" в Астраханском инженерно-строительном институте; в рамках сквозного проектирования систем теплогазоснабжения и вентиляции под руководством автора студентами Астраханского инженерно-строительного института разработаны несколько дипломных проектов систем теплогазоснабжения с использованием аккумуляторов с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами, рекомендованных к внедрению Государственной аттестационной комиссией по специальности 2907 "Теплогазоснабжение и вентиляция".

На защиту выносятся основные результаты и выводы: схемные решения аккумуляторов теплоты с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода и высокотеплопроводными инклюзивами для систем теплоснабжения, в том числе, с использованием возобновляемых источников энергии; математические модели плавления и затвердевания ТАМФП с высокотеплопроводными инклюзивами, а также полученные теоретические зависимости для определения различных геометрических и теплофизических параметров ТАМФП и температуры теплоносителя на выходе из аккумулятора теплоты;

- результаты экспериментальных исследований теплообмена в плоском слое ТАМФП с высокотеплопроводными инклюзивами и сопоставление их с расчетными зависимостями;

- анализ энергетической эффективности и разработка методик расчета и конструирования наиболее рациональных параметров тепловых аккумуляторов с теплоаккумулирующими материалами фазового перехода.

Личный вклад автора состоит в том, что в работу включены только собственные результаты, полученные автором: сформирована концепция работы, определена методика проведения теоретических и экспериментальных исследований, представлены выводы по повышению эффективности аккумуляции теплоты при использовании тепловых аккумуляторов с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами, предложена методика расчета аккумуляторов теплоты с ТАМФП и высокотеплопроводными включениями различной формы.

Апробация работы. Работа выполнена в рамках приоритетных направлений фундаментальных исследований РАН, включена в план НИР Отдела энергетики Поволжья, в план Лаборатории низкопотенциальных энергетических установок Института энергетики АГТУ. Работа проводилась по плану госбюджетной НИР кафедры "Теплогазоснабжения и вентиляции" Астраханского инженерно - строительного института и Астраханского научного центра жилищно - коммунальной академии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе монография, 7 статей в авторитетных научных изданиях, 2 патента Российской Федерации на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 123 наименований, приложений, перечня используемых обозначений, индексов и сокращений. Общий объем работы 120 страниц, включая 27 рисунков и 14 таблиц.

Выводы к главе 5

Таким образом, на основе разработки методики расчета и конструирования оптимальных параметров тепловых аккумуляторов с ТАМФП получены результаты и могут быть сделаны следующие выводы.

1. Объем теплового аккумулятора зависит от количества аккумулируемой теплоты, времени разрядки, теплофизических свойств ТАМФП, термического сопротивления теплоизоляции и других факторов. С увеличением количества аккумулируемой теплоты от 50 до 500 МДж и времени разрядки от 4 до 48 часов л при термическом сопротивлении 1 м -К/Вт требуемый объем аккумулятора увеличивается в 12 раз. При времени разрядки 16 часов с увеличением термического сопротивления изоляции от 0,5 до 3,0 м2-К/Вт требуемый объем аккумулятора увеличивается с 0,33 до 3,3 м3.

2. Наиболее сильное влияние на КПД теплового аккумулятора оказывают: объем теплового аккумулятора, время зарядки и разрядки, термическое сопротивление. При увеличении объема теплового аккумулятора от 0,1 до 100 м3 и времени разрядки 4 ч КПД теплового аккумулятора увеличивается от 0,88 до 0,99, а при времени разрядки 48 ч - в 1,5-2,5 раза. В том же диапазоне изменения объема теплового аккумулятора при термическом сопротивлении теплоизоляции 0,5 м -К/Вт КПД увеличивается от 0,68 до 0,96, а при термическом сопротивлении 3,0 м2*К/Вт- от 0,94 до 0,99, т.е. в 1,1 - 1,5 раза.

3. Достаточно сильное влияние оказывает коэффициент формы, зависящий от геометрии и соотношения основных геометрических размеров. Геометрически оптимальным является аккумулятор с минимальным значением коэффициента формы, равным 4,9 - 5,5 и соотношением основных размеров, равным 1,0.

4. Разработанный оригинальный тип аккумулятора с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами может достаточно эффективно использоваться в различных схемах систем теплоснабжения с ВИЭ. Использование в качестве ТАМФП технических парафинов и битумно - парафиновых смесей в предлагаемом типе теплового аккумулятора позволяет обеспечить постоянную и достаточно высокую для практического использования в системах теплоснабжения температуру теплоносителя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенного комплекса исследований основных теплотехнических параметров слоя ТАМФП с высокотеплопроводными инклюзивами получены результаты и сделаны следующие выводы.

1. Наиболее подходящими для тепловых аккумуляторов систем теплоснабжения являются технические парафины и битумно - парафиновые смеси. Существующие тепловые аккумуляторы не позволяют обеспечить необходимую скорость плавления и затвердевания и, соответственно, время зарядки и разрядки аккумулятора. Для более быстрой зарядки и разрядки может быть использована конструкция теплового аккумулятора с ТАМФП с многоярусными секционными теплообменниками и высокотеплопроводными инклюзивами.

2. С учетом конвективного характера теплообмена в жидкой фазе ТАМФП получены теоретические зависимости для определения толщины образования новой фазы и плотности теплового потока при плавлении и затвердевании. Коэффициент повышения эффективности применения высокотеплопроводных инклюзивов различной формы зависит от критериев Рои, Ко и симплексов, выражающих соотношения между теплофизическими свойствами, и геометрическими параметрами инклюзивов и ТАМФП. Разработанная теория для расчета температуры теплоносителя на выходе из аккумулятора теплоты для случаев зарядки и разрядки значительно упрощает задачу проектирования фазопереходных теплоаккумуляторов.

3. Эксперименты подтвердили полученные зависимости для определения толщины плоского слоя, времени процессов фазовых переходов и средней плотности теплового потока в процессе зарядки и разрядки тепловых аккумуляторов с ТАМФП и показали целесообразность использования высокотеплопроводных инклюзивов. В результате применения высокотеплопроводных инклюзивов значительно сокращается время плавления ТАМФП, что позволяет более эффективно аккумулировать тепловую энергию в системах теплоснабжения. Экспериментально определена зависимость температуры теплоносителя на выходе из теплового аккумулятора. С увеличением расхода теплоносителя время достижения стабильной температуры на выходе и величина последней существенно снижается. Оценка погрешности измерения показала, что относительная ошибка в определении основных величин не превышает 3,6 + 3,9 %. Статистическая обработка позволила получить значения коэффициентов и показатели степеней в критериальных уравнениях для определения основных параметров тепловых аккумуляторов.

4. Критериальные соотношения, обобщающие экспериментальные данные по динамике теплообмена в слоях ТАМФП плоской формы с высокотеплопроводными инклюзивами, показывают на соответствие между теоретическими и экспериментальными значениями. Расхождение с доверительной вероятностью 0,95 не превышает 15 %. Установлено, что даже при весьма незначительном по объему содержании инклюзивов (менее 1%) скорость плавления и затвердевания увеличивается в 2 - 4 раза.

5. Объем теплового аккумулятора зависит от количества аккумулируемой теплоты, времени разрядки, теплофизических свойств ТАМФП, термического сопротивления теплоизоляции и других факторов. Достаточно сильное влияние оказывает коэффициент формы, зависящий от геометрии и соотношения основных геометрических размеров. Геометрически оптимальным является аккумулятор с минимальным значением коэффициента формы, равным 4,9 - 5,5 и соотношением основных размеров, равным 1. Разработанный оригинальный тип аккумулятора с ТАМФП и высокотеплопроводными инклюзивами может достаточно эффективно использоваться в различных схемах систем теплоснабжения с ВИЭ. Использование в качестве ТАМФП технических парафинов и битумно - парафиновых смесей в предлагаемом типе теплового аккумулятора позволяет обеспечить постоянную и достаточно высокую для практического использования в системах теплоснабжения температуру теплоносителя.

6. Полученные результаты обеспечивают совершенствование тепловых аккумуляторов в автономных системах теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии за счет применения оригинальных высокоэффективных схемных решений и конструкций с использованием теплоаккумулирующего материала фазового перехода и высокотеплопроводных металлических инклюзивов различной формы.

1. Ададуров Е.А. Повышение эффективности использования аккумуляторов теплоты с возобновляемыми источниками энергии. Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.14.08. Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2004. 25 с.

2. Амерханов P.A., Драганов Б.Х. Проектирование систем теплоснабжения сельского хозяйства / Под ред Б.Х. Драганова. Краснодар: Изд-во КубГАУ. 2001. 199 с.

3. Андрющенко А.И. Проблемы развития энергетики России / Проблемы повышения эффективности и надежности систем теплоэнергоснабжения. Саратов: СГТУ, 1999. С. 3-6.

4. Арончик Г.И. Математическое моделирование и параметрическая оптимизация процессов сложного теплообмена в теплотехнических установках: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.144.05. Казань, 1991.32 с.

5. Белов В.Н., Молодкин Ю.Л., Пальмова Н.И., Хачатурьянц A.B. Обработка экспериментальных результатов. СПб, 1998. - 40 с.

6. Бекман Г., Гилли П. Тепловое аккумулирование энергии: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.-272 с.

7. Бекман У., Клейн С., Даффи Д. Расчет систем солнечного теплоснабжения. М.: Энергия. 1982. 128 с.

8. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности: Ч. 1. М.: Высшая школа, 1982. 327 с.

9. Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы теории теплопроводности: Ч. 2. М.: Высшая школа, 1982. 304 с.

10. Берковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена. Минск.: Наука и техника, 1976. 144 с.

11. Братухин Ю.К., Макаров С.О. Межфазная конвекция. Пермь. Изд-во Перм. унта, 1994. 327 с.

12. Брацун Д.А. Динамические свойства тепловой конвекции в двухфазной среде: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук: 01.02.05. Пермь, 1997.16 с.

13. Бутузов В.А. Анализ опыта разработки и эксплуатации гелиоустановок в Краснодарском крае // ЦЭНЭФ. Энергетич. эффективность, 2002, № 34. С. 54-61.

14. Бутузов В.А. Анализ энергетических и экономических показателей гелиоустановок горячего водоснабжения // Пром. энергетика, 2001, № 10. С. 54-61.

15. Быстров В. П., Ливчак А. В. Теплоаккумуляторы с использованием фазового перехода // Вопросы экономии теплоэнергетич. ресурсов в системах вентиляции и теплоснабжения. Сб. науч. трудов. М.: Изд. ЦНИИЭПИО, 1984. С.75-90.

16. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. Л.: Изд-во ЛГУ, 1991. 343 с.

17. Внутренние санитарно технические устройства. Ч. 1. Отопление / В. Н. Богословский, Б. А. Крупное, А. И. Сканави и др.; Под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. М.: Стройиздат, 1990. 344 с.

18. Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов // М-во образов. Рос. Федер. Владим. гос. ун-т. Владимир: Владимир, гос. ун-т, 2000.257 с.

19. Гребер Г. и др. Основы учения о теплообмене. М.: Иностр. лит-ра, 1969.417 с.

20. Гринберг Е.А., Чекмарева О.М. О движении поверхности раздела в задачах Стефановского типа // ЖТФ, Т. 40. № ю. 1970. С. 2025-2031.

21. Двинянинов М.М. Влияние теплофизических эффектов на кристаллизацию и плавление высокочистых веществ в неравновесных и квазиравновесных условиях: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.07. Л., 1989.22 с.

22. Дилигенский Н.В., Ефимов А.П., Лившиц М.Ю. Асимптотический метод определения положения границы раздела фаз в задаче Стефана // Труды Второй Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 3. М.: Изд-во МЭИ. 1998. С. 75 -77.

23. Доброхотов В.И. Роль возобновляемых источников энергии в энергетической стратегии России // Теплоэнергетика. 2000. № 1. С.2-5.

24. Елистратов В.В. Аккумулирование солнечной энергии // Нетрадиционная энергетика и технология: Материалы Межд. конф. Ч. 1. Владивосток: ДВО РАН, 1975. С. 32.

25. Елистратов В.В. Основы и методы гидравлического аккумулирования энергии возобновляемых источников: Дис.док-ра техн. наук. СПб.: С.-Пб.ГТУ, 1996. 273 с.

26. Елистратов В.В. Энергетика возобновляемых источников в XXI веке / Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии в XXI столетии: Материалы Межд. науч.-техн. семинара.- Сочи: РИО СГУТ и КД, 2001. С. 6-12.

27. Зоколей С. Солнечная энергия и строительство: Пер. с англ./Под ред. Ю.Н. Малевского. -М.: Стройиздат, 1979.208 с.

28. Зубков П.Т. Тепломассоперенос в системах с конвекцией и фазовыми переходами: Автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.02.05. Тюмень, 1995. 25 с.

29. Иванов М.Е. Математическое моделирование процессов теплообмена // Теоретические основы химической технологии. 1974. Т. 8. № 6. С. 880-888.

30. Ильин А.К. Возможности использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии в Астраханской области. Астрахань: АГТУ, Информационный бюллетень. Энергосбережение. 1999, №1. С. 17-34.

31. Ильин А.К., Ковалев О.П., Волков A.B. Солнечный водонагреватель. Патент РФ № 1814003. БИ . 1993, № 17. С. 58.

32. Кириллов В.В. Математическое моделирование конвективного теплообмена: Учеб. пособие / Кириллов В.В. Челябинск, 1991.27 с.

33. Ковылянский Я. А., Старостенко В. И., Старостенко Н. Н. Перспективы применения аккумуляторов фазового перехода // Энерг. стр-во, 1995, № 4. С. 45-48.

34. Колесников Б.П., Каневич Е.И. Прогнозирование свойств гетерогенных тепло-аккумулирующих материалов с фазовым переходом. Краснодар: Кубан. гос. технол. ун-т. 1994, Деп. в ВИНИТИ, № 26005-В94.

35. Комплексная система из гелиоколлектора и ветроэнергетической установки для отопления и горячего водоснабжения//Гелиотехника, 1987. №5. С. 68-71.

36. Котенко Э.В. Разработка математической модели и методики расчета аккумуляторов теплоты на фазовом переходе: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.14.05. Воронеж, 1996.15 с.

37. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.

38. Левенберг В.Д., Ткач М.Р., Гольстрем В.А Аккумулирование тепла. К.: Техш-ка, 1991.-С. 49-74.

39. Лыков A.B. Тепломассообмен. Справочник. М.: Энергия. 1978. 480 с.

40. Любов Б.Я. Кинетическая теория фазовых превращений. М.: Металлургия, 1969. 264 с.

41. Макаров A.M. Осесимметричная задача Стефана с граничным условием второго рода // Теплофизика высоких температур. 1982. Т.9. № 6. С. 122-124.

42. Маринеску И. и др. Основы математической статистики и ее применение. М.: Статистика, 1970.224 с.

43. Матвеев В.М. Исследование тепловых аккумуляторов для космических солнечных энергоустановок / В кн.: Ргос/ 18th Intern. Astr. Congr. N. Y.: Pergamon Press, 1968, vol.2. P. 147-151.

44. Матвеев В.М. Приближенный расчет теплопередачи в аккумуляторах тепла солнечных энергоустановок//Гелиотехника, 1971. №5. С. 43-45.

45. Меламед В.Г. Решение задачи Стефана в случае второй краевой задачи // Сер. Мат. М.: МГУ, 1959. № 1.

46. Меламед В.Г. Сведение задачи Стефана к системе обыкновенных дифференциальных уравнений // Сер. Геофиз. М.: Изв. АН СССР, 1958. № 7.

47. Методические рекомендации по технико-экономической оценке технических решений систем солнечного теплоснабжения для объектов жилищно-гражданского назначения. М.: 1984. 64 с.

48. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.

49. Моделирование и методы расчета процессов тепломассопереноса: Сб. науч. тр. / Днепропетр. гос. ун-т им. 300-летия воссоединения Украины с Россией; Ред-кол.: A.A. Рядно (отв. ред.) и др. Днепропетровск, 1990. 170 с.

50. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Использование альтернативных источников топлива. Каталог. М.: Информэлектро, 1999. 24 с.

51. Носов Г.А. Кристаллизация / Под ред. Н.И. Гельперина. М.: Моск. ин-т тонкой хим. технол. им. М.В. Ломоносова, 1974.78 с.

52. Пасконов В.М. и др. Численное моделирование процессов тепло- и массообме-на/Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. М.: Наука, 1984. 288 с.

53. Перепечко Л.Н. Моделирование процессов тепломассопереноса в пограничном слое с фазовыми и химическими превращениями: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.14. Новосибирск, 1998.17 с.

54. Перепечко Л.Н. Моделирование процессов тепломассопереноса в пограничном слое с фазовыми и химическими превращениями: Дис. канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 1998. 147 с.

55. Перспективы развития альтернативной энергетики и ее воздействие на окружающую среду / В.В. Алексеев, H.A. Рустамов, К.В. Чекарев и др. Москва Кацивели: МГУ им. М.В. Ломоносова, HAH Украины, 1999. 152 с.

56. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Л.: Энергия,1976. С. 127.

57. Попов В.Н. Численное решение нестационарных теплофизических задач с фазовым переходом в интервале температур: Автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук: 05.13.16. Новосибирск, 1998.28 с.

58. Постольник Ю.С. Расчет динамики плавления тел различной формы // Сб. Тепло- и массообмен в ваннах сталеплавильных агрегатов. М.: Металлургия, 1979 / МИСиС Науч. Тр. № 120. С. 59-62.

59. Рубинштейн Л.И. Проблема Стефана. Рига.: Звайгзне, 1967.453 с.

60. Руденко М.Ф. Теоретические и практические основы создания и совершенствования термотрансформаторов (с использованием солнечной энергии) Авто-реф. дис.док-ратехн. наук. Астрахань: АГТУ, 2003. 40 с.

61. Руденко М.Ф. Эффективность гелиоприемных устройств с концентраторами для систем тепло- и хладоснабжения. Саратов: ОЭП СНЦ РАН. 2001. 63 с.

62. Самарский A.A., Вабищевич П.Н. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. М.: Эдиториал УРСС, 1999.247 с.

63. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен / Пер. с англ. С.Л. Виш-невецкого, С.С. Ченцова; Под ред. О.Г. Мартыненко. М: Энергоатомиздат. 1991.678 с. Кн. 1.

64. Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.), Бирюлин И.Б., Недочетов A.A., Ревин А.Е., Стовбур И.В. Гелиоветростанция. Описание изобретения к патенту РФ № 2186245. М.: РАПТЗ. 2002. 8 с.

65. Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.), Бирюлин И.Б., Недочетов A.A., Ревин А.Е., Стовбур И.В. Гелиоветростанция. // Патенты РФ на изобретения. 2002, № 14. С. 362.

66. Смольский Б.М., Сергеева Л.А., Сергеев В.Л. Нестационарный теплообмен // Наука и техника. 1974 - 157 с.

67. Советкин В Л. Теплофизические свойства веществ: Учеб. пособие / Советкин В.Л., Федяева Л.А.; Науч. ред. A.C. Телегин. Свердловск, 1990. 101 с.

68. Соколов Е.И., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат. 1981. 320 с.

69. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами. М.: Наука, 1979. - 832 с.

70. Такахаси Есио. Разработка специальных материалов ключ к решению проблемы аккумулирования скрытой тепловой энергии // Нахонно кагаку то гид-зюцу. 1982. С. 61-67.

71. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1990.392 с.

72. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник / Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев, В.Т. Емцев и др. М.: Энергоатомиздат, 1982. 512 с.

73. Тепломассообмен-ММФ-92. Т. 4: Тепломассообмен в двухфазных системах. 1992. 141, 13 с. 4.2.

74. Теплотехника: Учеб. для вузов/ В. Н. Луканин, М.Г.Шатров, Г. М. Камфер и др.; Под ред. В. Н. Луканина. 4 - е изд., испр. -М.: Высш. шк., 2003.-671 с.

75. Тирский Г.А. Два точных решения нелинейной задачи Стефана// Докл. АН СССР. 1959. Т. 125, № 2. С. 35-41.

76. Ткачев А.Г. Конвективный теплообмен в процессах плавления и затвердевания гомогенной среды // Конвекция, теплопередача в двухфазных и однофазных потоках. М.: Энергия, 1964. С. 308-325.

77. Угрюмова С.Д. и др. Экспериментальное исследование теплообмена с использованием ЭВМ: Учеб. пособие/ Угрюмова С.Д., Латышева Н.Д. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1993. 90 с.

78. Ушаков В. Г. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: Учеб. пособие. Новочеркасск: Новочерк. гос. техн. ун-т, 1994. 120 с.

79. Физическое и математическое моделирование тепловых и гидродинамических процессов: Межвуз. науч.-техн. сб./ Том. политехи, ин-т им. С. М. Кирова; Ред-кол.: Шиляев М.И. (отв. ред.) и др. Томск, 1990. 179,11 с.

80. Фрязинов И.В. О задаче Стефана для неоднородных сред // ЖВМ и МФ. 1981. Т. 1. № 5. С. 927-932.

81. Чиковани В.В. Вариационные принципы и методы решения задач тепломассообмена / Чиковани В.В., Долгоруков Н.В. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 152 с.

82. Численное моделирование нестационарного тепломассообмена в закрытых объемах / Алексеев А.К., Бондарев А.Е., Бондарев E.H. М., 1994.20 с.

83. Численное моделирование оптимального теплового аккумулятора на фазовом переходе / О.В. Дихтиевский, Г.В. Конюхов, О.Г. Мартыненко, И.Ф. Юревич // ИФЖД991, Т. 61, № 5. С. 749-753.

84. Численное моделирование процессов затвердевания в задачах диффузии/конвекции: Обзор / Аксенова А.Е., Вабищевич П.Н. и др. М., 1995. 30 с.

85. Шевелев В.В., Локшин Д.Л. Метод интегральных уравнений движения межфазной границы в задачах стефановского типа // Труды Второй Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 7. М.: Издательство МЭИ. 1998. С. 255 -258.

86. Шишкин Н.Д. Анализ процессов теплоообмена в тепловых аккумуляторах фазового перехода // Вестник Воронеж. ГТУ. Воронеж: Изд-во Воронеж. ГТУ.

87. Шишкин Н.Д., Милованцев О.В. .Исследование теплофизических свойств теп-лоаккумулирующих материалов фазового перехода // Сб. науч. трудов. Астрахань: АИСИ. 2001. С.63-71.

88. Шишкин Н.Д. Оптимизация малых энергоэкономичных комплексов на основе альтернативных источников энергии / Материалы II Межд. науч.-техн. конф.: Проблемы строительства инженерного обеспечения и и экологии городов. Пенза: ПГАСА. 2000. С. 75-78.

89. Шишкин Н. Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.), Бирюлин И.Б., Климов A.B. Теплогенератор электрогидравлический // Патенты РФ на изобретения. 2004, № 14. С. 362.

90. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.) и др. Теплогенератор электрогидравлический. Описание изобретения к патенту РФ № 2229066. М.: РАПТЗ. 2004. 6 с.

91. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.) Исследование процессов плавления и кристаллизации в плоском слое теплоаккумулирующих материалов / Сб. науч. трудов. Астрахань: АИСИ. 2001. С. 84-91.

92. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.) Система горячего водоснабжения с контактным водонагревателем, гелиоустановкой, ветротеплогенерато-ром и утилизатором тепла сточных вод / Сб. трудов АИСИ. Астрахань: АИСИ. 2000. С.45-50.

93. Шишкин Н.Д., Середина Ю.В. (Цымбалюк Ю.В.), Смирнова O.A. Исследование процессов фазовых переходов в тепловых аккумуляторах систем теплоснабжения // Известия ЖКА. 2001. № 4. С. 43-52.

94. Шишкин Н.Д., Цымбалюк Ю.В. Тепловые аккумуляторы с фазовым переходом. Монография. Ростов на - Дону. 2005. - 120 с.

95. Шишкин Н.Д., Цымбалюк Ю.В. Исследование параметров теплоносителя на выходе из фазопереходного аккумулятора теплоты. Астрахань: Вестник АГТУ. №6.2005.5 с.

96. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Пер. с нем. М.: Наука, 1974.

97. Abhat A. Low temperature latent heat thermal energy storage. Thermal energy storage,Lect. Course, Ispra, June, 1981. P. 33-91.

98. Aoki N., Kawase M. Development of high-performance thermophilic twophase digestion process // Wat. Sci.Tech., 1991, № 23. P. 12-14.

99. Autonini G. Ameloration de la dinamique de storage sur material a changement de phase. Utilisation d'un echanger-stockeur a containerization alveolaire // Rev. geo-term, 1983, № 254. P. 177-182.

100. Bugaje I.M. Enhancing the thermal response of latent heat storage systems // Int. J. Energy Res. 1997. 21, №9. P. 759-766.

101. Codwell R.T., McDonald I. W., Pietsch A. Solar-energy receiver with lithiumhydride heat storage//Solar Energy, 1965, vol.9, №1. P. 48-61.

102. Feldman D., Banu D., Hawes D. Low chain esters of stearic acid as phase change materials for thermal energy strage in buildings // Soli. Energy Mater. And Cells.1995, №3.-P. 311-322.

103. Gong Z.X. Energetic analysis of energy storage using multiple phase- change materials//Trans. ASME. J. Energy Resour. Technol. 1996. №3. P. 242-248.

104. Esen M. Geometric design of solar-aided latent heat store de-pending on various parameters and phase change materials // Sol. Energy. 1998. 62. № 1. P. 19-28.

105. Lindner F. Warmespeicherung mit Salzrn und Salzhydraten // Luft und Kaltetechn,1996, № io.-S. 462-467.

106. Mancini N.A. Use of Paraffins For Thermal Storage. Therm Storage Solar Energy. The Hague e. a. 1981. P. 99-110.

107. Naumann R., Emons H. H. Salzhydrate als latentwarmespeichermaterialen // Sitzungsberichte der AdW der DDR. 1986. № 3. P. 31-44.

108. Saito A., Hong H. Experimental study on heat transfer enhancement in latent thermal energy storage with direct contact melting // Heat Transfer 1994: Proc. 10th Int. Heat Transfer Conf., Brighton, 1994. V. 6. Rugby, 1994. - P. 85-90.

109. Shimotsuji R. Akieda K., Ohmura M. Mitsubishi Itysen kogyo jiho // Mitsubishi Cable and Rev.- 1994, № 88.- P. 83-88.

110. Zegers P. Overwiew of the thermal storage work within the energi R& D Programme of the European community. Thermal energy storage, Lect. Course, Ispra, June, 1981. P. 101-113.