Исследование свободноконвективных потоков в энергосооружениях башенного типа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

КАЗАХСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ имени АКАДЕМИКА Ш. Ч. ЧОКИНА

Г Г 3 од

4 п шли 10ПС На правах рукописи

АТАГЕЛЬДИЕВА Ляйля Жунисбекопна

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОБОДНОКОНВЕКТИВНЫХ ПОТОКОВ В ЭНЕРГОСООРУЖЕНИЯХ БАШЕННОГО ТИПА

Специальность — 01.04.14.— теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматы, 1996 г.

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском институте энергетики вы. академика Ш.Ч.Чокина.

Научный руководитель - к.т.н. Доскемпиров Б.М.

Ведущая организация - Казахский Государственный Национальный Университет ш. аяь-Фараби

Официальные оппоненты - д.т.н., профессор Джаугаштив К.Е.

к.т.н. Бойчак В.П.

ЗО

Задата состоится "а7/ » 1995р. в ^ часов на

заседании специализированного совета Д 27.08.01 в Казахском научно-исследовательском институте энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина, по адресу: 480012, ул.Байтурсынова 85.

С диссертацией иозшо ознакомиться в библиотеке КазНИИЭ.

Автореферат разослан " 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

К.А.Сулейм

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для градирен и некоторых друтих сооружений башенного типа актуальны разработка и исследование устройств и методов повышения надежности и эффективности, основанных на использовании закономерностей свободноконвективных потоков.

При эксплуатации градирен серьезной проблемой является защита башни от термовлажностного разрушения, которое обусловлено конденсацией влаги на внутренней поверхности испарительных градирен и проникновением влаги в тело башни. Последующее периодическое промерзание и оттаивание в зимнее время приводит к разрушении башни. Указанная проблема является причиной ограничения в выборе районов строительства экономичных башен, каковыми являются железобетонные башни градирни. Аналогичная, в определенной степени, проблема . существует и для другого типа башни градирен - каркасно-обшивной, представляющей.собой каркас, покрытый алюминиевыми или оцинкованными стальными листами. Образующиеся а стыках и щелях наледи приводят к разрушении башни.

Наиболее эффективный способ защиты, из существующих в настоящее время, основан на создании внутри башни защитного экрана из такого же материала, что и облицовка и характеризуемая значительными затратами. В связи с чем разработка свобод-ноконвёктивной аэродинамической защиты башни является актуальной задачей.

Перспективным типом охладителя является воздушно-радиаторная градирня, особенностью которой является охлаждение воды в трубчатых теплообменниках, установленных в башне. Изучение свободноконвективного потока для оптимизации конструкции воздушно-радиаторной градирни является актуальным. Близкая к описанной проблема имеет место для башенной солнечной энергоустановки, а которой выработка электроэнергии осуществляется ветровым колесом за счет энергии восходящего и нагретого солнечными лучами воздухом.

Пель работы. Разработка и исследование устройств'и методов повышения эффективности и надежности энергоустройств башенного типа на основе использования закономерностей свободно-конвективных потоков.

- 4 -

Задачами исследования являются:

- разработка к исследование аэродинамического способа защиты баши на основе использования евободноконвективного потока;

- получение аэродинамических данных для оптимизации конструкции воздушно-радиаторной градирни;

- разработка -принципа действия эффективного солнечно-ветрового энергоагрегата.

Научная новизна работы.

1. Впервые предложено устройство для создания свободно-конвективной струйной защиты башни градирни.

2. Осуществлено моделирование свободноконвективной струйной защиты. ^ .

3. Создана эксприментальная установка для моделирования аэродинамики воздушно-радиаторной градирни, основным элементом которой является крупномасштабная модель градирни (высота 2 ыетра), имеющая узел для создания свободноконвективного потока.

4. Определены поля скорости и другие параметры, в том числе, впервые определено влияние .ветра на поле скорости - для различных вариантов размещения теплообменников воздушно-радиаторной градирни.

5. Разработан малогабаритный прибор для измерения сверх-мадых значений скорости воздушного потока (до 0.05 м/с), основанный на использовании механотрона.

6. Впервые предложена и показана работоспособность эффективной конструкции солнечно-ветровой энергоустановки.

Достоверность основных результатов обоснована применением общепринятых методов моделирования, приборов достаточной точности, в том числе специально разработанного измерителя сверхмалых значений скорости воздушного потока, повторяемостью результатов измерений. ; .

. Практическая ценность работы. Способ аэродинамической защиты башни градирни применен в проектах головной организации по проектированию градирен - институте "АЮМЭНЕРГОПРОЕКТ", на Волжской ТЭЦ и Алыатинской ГРЭС. Предполагается использование на других ТЭС Казахстана. . "

Результаты исследования аэродинамики воздушно-радиаторной Грздарнл выполнены по заказу института "А?а/Г5К2РГ0ПР0ЕКТ".

- и -

Ветросолнечная 'установка является базой для разработки эффективного, прежде всего автономного источника электроэнергии.

Измеритель сверхмалых скоростей воздушного потока применяется в экспериментальных исследованиях свободноконвективных потоков.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Принцип действия способа аэродинамической защиты башни, основанного на использовании свободноконвективного потока.

2. Результаты моделирования свободкоконвективной защиты.

3. Экспериментальную установку, методику проведения экспериментов и результаты моделирования аэродинамики . воздушно-радиаторной градирни при различных вариантах размещения теплообменников.

4. Конструкцию прибора для измерения сверхмалых значений скорости воздушного потока на базе мехаяотрона.

5. Принцип действия и данные, подтверждающие осуществимость солнечноветровой установки.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на семинарах Казахского НИИ энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина, технических совещаниях электростанций, республиканской отраслевой конференции молодых исследователей по энергетике (г.Алма-Ата, 1989).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из которых 4. авторских свидетельства и положительных решений по заявкам на изобретения. '." -

Структура диссертации.. Диссертационная рййота состоит из введения,. 4 глав, заключения, списка использованной литературы из ¿V наименований и приложения. Работа изложена на страницах, содержит 35 рисунков, 19 фотографий, ; 5 таблиц.

Основное содержание работа

Во введении дано краткое описание основных направлений работ,'представленных в диссертации.

В первой главе представлено описание особенностей свобод-ноконвективных потоков в энергосооружениях Сашэнйого типа. К ним относятся:

а) наличие короткой трубы (башни), в которой движется поток;

б) линейный (равномерно рассредоточенный) источник тепла;

в) вход и выход потока воздуха осуществлен непосредственно в атмосферу;

г) значительные значения характерного линейного размера (высота от 50 м и выше).

Дано описание проблемы термовлажностного разрушения башни градирни и показаны недостатки существующих методов защиты, включая сооружение защитной оболочки внутри градирни. В последнем случае приходится сооружать вторую обшивку градирни, что приводит к заметному удорожанию башни.

Дано также описание проблемы оптимизации конструкции воздушно-радиаторной градирни и разработки ветросолнечного агрегата.

Во-второй главе представлены результаты разработки и исследования аэродинамического способа защиты башни градирни от термовлажностного разрушения. Способ состоит в создании кольцевой струи "сухого" воздуха (с влажностью воздуха вне градирни), прилегающего к внутренней поверхности башни. В современной технике широко известны методы тепловой защиты с применение»* газовых завес, которые предполагают использование нагнетающих устройств таких, как, например, вентиляторы. Действие завесы ограничено «алыми геометрическими размерами защищаемой, поверхности, В -Градирнях применение этого способа защиты труда- и энергоемко. Кроме того, доказано, что эффективность на шероховатых поверхностях меньше, чем на гладких.

принципиальная особенность технического решения состоит в том, что для этого не применяются вентиляторы и специальные нагреватели, что привело бы к росту затрат. Струя сухого и теплого воздуха создается с помощью установки на периферии поперечного сечения градирни на уровне оросителя теплообменников (между оросителей и башней градирни), разбрызгивающие устройства при этом размещены в центральной части поперечного сечения градирни.

Работа градирни при использовании способа поясняется рисунком 1. Внутри вытяжной башки 1.выше заздухевходнызе окон 2 на уровне оросителя 3 устанавливается между оросителем и башней теплообменник 4, црдклпченны к водораспределител-ьной системе градирни (вход теплообменника подключен к трубопроводу

подэода горячей воды 5, выход к.водораспределительному стояку 6).

Размещение водораспределительных труб 7 с разбрызгивающими соплами ограничены зоной оросителя.

Устройство работает следующим образом. Горячая вода, поступающая в градирню, проходит через теплообменник и нагревает его. Еоэдупный поток, выходящий через окно 2, соприкасается с поверхностью теплообменника и нагревателя. Нагретый воздух создает кольцевой восходящий поток сухого воздуха между насыщенной влагой потоком воздуха в центре градирни (над оросителем) и внутренней поверхностью башни, что снижает увлажненность поверхности базнш. При определенной ширине зоны размещения теплообменника увлажнение башни потоком внутри градирни полностью исключается.

Разработана также модификация способа, которая отличается простотой осуществления. Суть его состоит в следующем. Слой сухого воздуха образуется за счет отключения периферийных разбрызгивающих сопел. При зтом теплообменники не используются, что значительно упрощает осуществление способа. С точки зрения необходимой охлаждающей способности в зимнее время это вполне допустимо. Восходящее движение сухого потока (скорость его по сравнению со скоростью сухого потока в основном методе меньше) осуществляется за счет нагрева над водосборным бассейном.

Эксперименты проводились на модели градирни высотой 0.5 м с конической формой башни и на гиперболической модели градирни высотой 0.75 м.

В градирне с помощью электронагрева создавались свободно-конвективные потоки воздуха, мощность электронагрева регулировалась достаточно точно, а, следовательно, плавно и точно регулировались скорости сухого и влажного потоков.

В экспериментах измерялись скорость, температура и влажность сухого и влажного потоков воздуха. Для измерения температуры воздуха использовался ртутный и электронный, термометр. Для определения влажности воздуха был изготовлен* электронный измеритель влажности с электрическим выходным сигналом. Изменение влажности " приводит к изменению электрического,сопротивления, величина которого измеряется с помощью" стандартного измерительного моста. , ,

Достоинством прибора является минимальное искажение пото-. ка воздуха га счет миниатюрных размеров датчика (толщина 1 мм, ширина 10 ш, длина 30 мм) и отсутствия движущихся элементов »(таких, как крыльчатки в психрометре).

Большие трудности вызвало измерение скорости воздушного потока. В настоящее время отсутствуют серийные приборы, которые позволили бы измерить очень малую скорость потока (0,1 м/с) и одновременно характеризовались размерами датчика в несколько миллиметров. В связи с этим была поведена разработка прибора на базе механотрона. Основу прибора составляет шха-нотрон - сдвоенная диодная электролампа с подвижным анодом в виде стержня диаметром р.5 ш и длиной 30 мм. Стержень закреплен между мембранами двух камер, в одну ив которых через трубку Пито н' соединительную трубку передается динамическое давление воздушного потока внутри градирни. Диаметр отверстия трубки Пито составлял О.3 ым. Для усиления сигнала в приборе использовался усилитель.

Для проверки работоспособности предложенного способа защиты бшш проведены эксперименты, в которых исследовалось смешение свободноконвективных потоков, возникающих внутри градирни.

Для определения критериев моделирования воспользуемся-теорией размерностей. ■

Примем в качестве исходной функциональную зависимость * . V « г (г/ ь, н. ¡л, г, в, V)

где г -. текущий радиус, Ь -. высота, Н - высота градирни, ДЬ- разность температуры воздуха в градирне и вне ее, е - 9.в и/с2. 9,--коэффициент объемного расширения, . У;-КОЭффИЩ!ЭНТВЯаКОСТЙ.

В соответствий с я - теоремой количество безразмерных не-зависишх комплексов т равно разности количества параметров п и -чис^', первичных; размерностей р.

4 В наш#11 сдучав т = п - р = 8-3 = 8

В качестве безраамерных ведаикн можно принять:

у.» ':ус е-З- ; Г =--; И

'Ус •• Н

н

13-at-г-н3 _ Gr-—-- дг - дг-з

Таким образом, при Or « idem; fit - idem следует V = idem. Значения критерия Gr для натуры и модели существенно различны. Моделирование основано на автомодельности по числу Gr. Предположение ос автомодельности подтверждено а экспериментах Доскемпирова Б.Ы, на модели я промышленной: градирне. Автомо-дельность по Gr можно объяснить тем, что число Грасгофа для свободноконвективного потока играет ту ие роль, что Re для вынужденного движения.

Таким образом, эксперименты следует проводить;при (flat)H = (3»t)M,

где "м" и "н" относятся соответственно к модели и. промышленной градирне. ' • _ _

В случае выполнения'следует VH s Чи '

Vu Vu- VH V«

V<jh V0M z--z--

j/ ff-ß- ДЬЯ'Нв / ¿WH«

/- , , i-——

VH /AtB-Ha ' / He

VU ✓ AtM-Hu / Hm : .

Т.е. скорость потока в модели и промышленной градирне прямо пропорциональна Н1/2.

Определим необходимый диапазон изменения скорости в модели промышленной градирни высотой Н -.50 м.

/ И,

V*, = Унх /--

К Ни

Для промышленных градирен скорость потока-воздуха,составляет (1 * 2) м/с, температура воздуха й£ ¡= (5 * 10) °С.-

Следует отметить, что г модели удалось получить•скорости,

/ 2

= (1 + 2)М/С- / — = d.2 * 01.4 М/С

•/.У БО '' *■':

Сгпзкие к указанным значениям.

Для случая, когда внутри градирни существуют дна потока (струйная зацита), необходимо ввести в функциональную зависимость параметр второго потока (разность температуры воздуха во втором потоке после теплообменника и температуры воздуха вне градирни). С учетом этого параметра появится дополнительной критерий Д1. Следует отметить, что обеспечить геометрическое и тепловое подобие теплообменников в модели сложно. Поэтому целесообразней вместо Л^/ йс испольгоЕать отношение скоростей Ч±/Уа второго и основного потоков на уровне оро-.сителя, которые при заданных геометрических размерах модели и температуре воздуха вне градирни прямо пропорциональны Д^/Лг.

Для случая воздействия ветрового потока на азрздикамику внутри градирни дополнительно используется критерий представляющий собой отнозение скорости потока в градирне при отсутствии ветра к.скорости ветра. ,

Необходимо было определить поля влажности, а также расстояние, на котором происходит полное перемешивание двух спут-ньгх струй: потока с высокой («р = 50-95%) в центре градирни и потока с низкой влажностью), движущегося по периферии градирни. Эксперименты проведены.при ширине сухой струи 10, 20, 20, 50 процентов радиуса поперечного сечения модели (сечение над оросителем). Диапазон измерения скорости воздуха - 0.5 ^ 0.6 м/с, влажности - 50 * 90%, температуры - 30°С - 55°С. Измерения скорости, влажности и температуры проведены в четырех горизонтальных сечениях градирни (рис.2). В каждом сечении имелось более.десяти измерительных точек. Первое измерительное сечение находилось непосредственно над верхним срезам оросителя и рассматривалось в качестве начального сечения для сухого и влажного потоков. Влажность сухой струи одинакова с влажностью наружного воздуха. . При толщине кольцевой струи сухого Еоздуха в 10% перемешивание потоков влажного и сухого воздуха наблюдается пршерао ка высоте модели градирни. При ширине кольцевой струи сухого воздуха, равной 20^ и более, по всей высоте отсутствует переыэшваниэ потоков влажного и сухого воздуха. Характер смешения . струй подтверждается измерениями скорости и температуры. '

- 11 -

На рио.З дано распределение влажности в градирне при различных соотношениях скорости сухой и влажной струй. Если при одинаковой начальной ширине струи соотношение скоростей 0.3 + 0.4 на протяжении Сагани смыкания влажной струи и поверхности башни не происходит, ' то при соотношении 0.15 * 0.4 смыкание осуществляется на высоте 0.86 Н} при соотношении О.Об + 0.4 -на Ь - 0.7 И. Зависимость высоты смыкания от соотношения скорости представлены на рис. 4. Используя график, можно оценить размеры кольцевой зоны, в которой необходимо разместить теплообменники (соотношение скорости воздуха при прохождении через радиаторный теплообменник и контактный ороситель составляет для промышленных градирен 0.76). Для модификации способа, заключающегося в отключении брь!згальных устройств в кольцевой периферийной гоне, соотношение скоростей составляет 0.2 * 0.3.

Это значение определено по измерениям в промышленной градирне при нагревя воздуха над бассейном (система брызгал отключена) к в обычней граднрце.

Были проведены эксперименты на модели, когда нагрев воздуха в периферийной зоне подбирался таким образом, чтобы обеспечить соотношение скоростей периферийной "сухой" струи и центральной, влажной к диапазону 0.2 + 0.3.

На рис. Б показано изменение влажности у поверхности башни при соотношении скорости около 0.3. Как видно из рисунка, при ширине сухой струи 0.2 * 0.3 и более у поверхности башни находится воздух с пониженной влажностью.

Описанный способ был осуществлен на промышленной градирне площадью орошения 1600м2. ,?

В третьей главе представлены результаты исследования аэродинамики воздушно-радиаторной градирни.

Одной из проблем, которые необходимо решить при разработке и проектировании "сухой" градирни, является поиск оптимальной схемы размещения теплообменников.

Теплообменники представляют собой обычно в поперечном сечении конструкцию из оребреяньгх груб диаметром 2*3 см, выполненную в форме буквы "&".

Теплообменники мотут быть разыешэны!

1) по периметру зоадуховходных окон;

2) над уровнем воздухевходжее окон (аналогично противо-точнему оросителю испарительной градирни).

й -

Последний вариант может иметь две разновидности, отличающиеся размещением теплообменника:

а) радиальное (плоскость размещения труб в теплообменнике направлена вдоль радиуса);

б) прямоугольное (теплообменники размещены параллельными рядами).

Для получения данных с целью оптимизации размещения теплообменников необходимо было выполнить следующие задачи:

- провести сравнение расхода воздуха в градирне при трех вариантах размещения теплообменников;

- определить поле скорости воздушного потока в градирне;

- определить значение коэффициента аэродинамического сопротивления для трех вариантов;

- выявить влияние ветра на величину расхода воздуха в градирне.

Методика проведения экспериментов состояла б проведении измерении скорости и сопротивления для различных вариантов размещения теплообменников при одинаковых условиях (мощность нагревателей, температура окружающего воздуха).

Описание экспериментального стенда

Экспериментальный стенд состоит из следующих установок:

1) Большая модель воздушно-радиаторной градирни высотой в два метра;

2) Малая модель градирни высотой 0.5 метра;

. 3) Аэродинамическая труба с сечением рабочей части 1.Б х 1.6 метра;

4) Аэродинамический канал для измерения сопротивления градирни.

На рис. 5 представлены типичные профили скорости потока воздуха внутри градирни (малая модель).

Расход воздуха определялся интегрированием профиля скорости ^ двух взаимно-перпендикулярных сечениях горизонтальной плоскости.

Для повышения точности определение расхода производилось $ двух плоскостях: над оросителем и в выходном сеченют.

Величина расхода выражена через срелнэю по сечетк скорость потока.

Для оценки влияния различных факторов при измерениях ва-риировалйсь значения сопротивления теплообменников ($, = 2; 3.6}, мощность нагрева (N г 0.8 и 1.5 кВт), что соответственно приводило к изменение скорости потока воздуха, которая составила величину от 0.2 до 1.D м/с.

Как показали эксперименты, при всех значениях сопротивления и мощности нагрева соотношение между величинами средней скорости (расхода) для трех вариантов размещения теплообменников имеет один и тот же характер.

А именно:

- максимальным расходом характеризуется радиальное размещение теплообменников, минимальным - тангенциальное;

- расход воздуха для прямоугольного и тангенциального вариантов по отношению к радиальному измеряется а пределах соответственно от 0.75 до 1.0 и от 0.6 до 0.8;

- в среднем величина рзехода воздуха для тангенциального варианта на 20* меньше, чем для радиального, и на 101 меньше, чем для прямоугольного.

По результатам экспериментов на большой модели определялись:

- расход воздуха в градирне;

- коэффициент неравномерности поля скорости в сечении над теплообменниками;

- поле скорости в вертикальной плоскости, проходящей чаре з центр градирни.

Коэффициент неравномерности к определялся по формуле: i _

L Vk-Д5 1

к *-

V-S

где Vj - скорость на участке сечения площадью ЙБ

V, S - соответственно средняя скорость в едченйя и площадь' сечения.

Величина коэффициента для вариантов размещения теплообменников составила:,

- 14 -

1) радиальное к - 0.26; 0.24;

2) прямоугольное к - 0.26;

3) тангенциальное к - 0.22.

Поле скорости в вертикальном сечении, проходящем через цен-гр градирни, представлено на рис. ?.

Как видно на рисунка, поле скорости для тангенциального варианта характеризуется существенным снижением (в три раза) скорости потока в центре градирни. Поле скорости для радиального размещения в значительно большей мере походит на иавест: ное распределение установившегося потока в каналах и трубах.

Имеется в виду большая скорость потока в центра градирни, В меньшей степени это характеризует прямоугольный вариант размещения.

Известно, что при перестройке поля скорости от равномерного на входе в канал да профиля установившегося течения на удалении от входа сопротивление заметно больше, чем на участке стабилизированного течения.

Поток при радиальном размещении в большей степени соответствует стабилизированному движении, чем поток для тангенциального размещения. Этим, по-видимому, объясняется различие в величине расходов воздуха.

Соотношение величин средней скорости расхода для тангенциального и прямоугольного вариантов (относительно скорости для радиального варианта) составляет соответственно 82 и 90%.

Следует отметить, что этот результат исследований хорошо подтверждается данными измерений на малой модели.

В работа проведено определение коэффициента сопротивления градирни,

Измерения проведены для различных значений сопротивления теплообменников, что позволило построить графическую зависимость между сопротивлением градирни и сопротивлением теплообменников.

Спрэдбдшяг степени влияния ветра на расход воздуха и сопротивление градирни при трех вариантах размещения теплообменников проведена на модели высотой 0.5 м, установленной в и&мароязгическук трубу с размерами поперечного сечения 1.5 х 1.6 uqxра.

Результаты экспериментов представлены на рис. 8 . На громка, построенном по этой таблице, представлено отке-шени*

величины ерйднеыассовсй скорости потока в выходной сечении градирни при ветре (со скоростью V м/с) к соответствующей величине при Ш7ИД-Э У0.

Как видно, влияние ветра привадит к снижению средненацсо-всй скорости (расхода) воздуха в градирне на величину 40-80.'.. Максимальное снижение наблюдается при скорости ветра 1.5 м/с, С увеличением скорости ветра происходит возрастание расхода. Этот вывод косвенно может быть подтвержден измерениями на воздушно-радиаторной градирне Раэданскои ГРЭС С1043, результаты которых свидетельствуют об увеличении температуры воды в градирне на 3°С при скорости ветра 3 и/с, на 4°С при скорости ветра 4 м/с,

Если учесть, что снижение расхода воздуха на величину в 16Х приводит к возрастанию температуры на величину около \°0, то снижение расхода на воздушно-радиаторных градирнях Разданной ГРЭС составило Б0-60Х,

В четвертой главе представлены результаты разработки вет-роеолнечной энергоустановки.

Одной иа причин, сдеркиващей широкое использований нетрадиционных источников энергии, является существенно неравномерный характер выработки во времени. Время использования энергоагрегатов составляет 20 * 307. календарного времени.

В известных устройствах для преобразования солнечной энергии в электрическую используются либо фотоэлементы, либо получение и использование «ара с помощью концентрации энергии путем использования системы зеркал. И тот и-другой имеют ряд недостатков, что сдерживает та промышленное использование (сложность оборудования, значительная стоимость и др.).

В данной работе предлагается оригинальная конструкция устройства для совместного преобразования солнечной а ветровой энергии в электрическую и тепловую (положительное рвш.чяе по заявке N 950679.1), Суть устройства состой? в той, что для преобразования не только ветровой, но и солнечной энергии используется ветровое колесо (рис, Я).

Основным элементом установки является бахни, бдхэкаа по форме к дымовой трубе или базда градирни. Вокруг основания башни размещен приемник солнечной энергии, предетааллсщл* собой объеы мэжду эеивоЯ поверхность» и прозрачной горизоиталъ-н'й или наклонной крылел, сооруженной на высот.} нескольких

метров и изготовленной из стекла (наподобие теплиц), полиэтилена, стеклопластика или оргстекла. Солнечные лучи, проникая черг-э прозрачную крьгзу, нагревают воздух под ней, который вследствие понижения плотности при нагреве поднимается вверх внутри башни, Установленное внутри Салил ветровое колесо приходит во вращение и обеспечивает выработку электроэнергии.

Таким образом, предлагаемый способ позволит применить для преобразования и солнечной к ветровой энергии одно и то хе устройство для комбинированного преобразования солнечной и ветровой энергии, что значительно упрощает установку и повышает ее эффективность. При этом приемник солнечной энергии одновременно является концентратором ветровой энергии.

По периметру приемника солнечной энергии установлены регулирующие воздушный поток устройства простой конструкции (имеется авторское свидетельство). С их помощью ветровая энергия собирается о площади, большей площади ветроколеса в несколько раз,

Это позволяет решить проблему использования энергии ветра малой и средней скор-сти (скорость потока в сечении колеса возрастает пропорционально площади приемника). Под приемником солнечной энергии может располагаться неглубокий бассейн (h -1 +0.5 ы), который позволит вырабатывать электрическую энергию в ночное время за счет солнечной энергии, накопленной днем.

• Работоспособность устройства проверена на действующей модели и опктно-промышленном агрегате мощностью N » 1 кВт.

Несмотря на значительное увеличение времени выработки при использовании в качестве преобразования ветросолнечного агрегата, дальнейшее увеличение числа часов работы является чрезвычайно важным.

С этой целью в работе проведен расчет параметров бассейна - аккумулятора энергии.

Выводы.

1. Проведен анализ особенностей еоЕободноконвективоных потоков в знергосооруже-кияг башенного типа. ,

„ 2.' Разработан новый способ защиты .башни градирни от влаги струей сухого и теплого воздуха, создаваемой с помощью установки теплообменников по периферии поперечного сечения градир-

ни на уровне оросителя.

3. Проведены эксперименты по исследовании движения и трансформации кольцевой струи сухого воздуха з градирне и спутной ей струи влажного воздуха. ¡Лирина струи сухого воздуха составляла от 10 до 505 радиуса основания градирни. Получены поля скорости, температуры и влажности для сухой и влажной струи воздуха.

4. На основании исследования движения конвективного потока при отключенном оросителе по периферии без использования теплообменников предложена модификация способа защиты балки градирни. Суть состоит в отключении зимой периферийных разбрызгивающие сопел в кольцевой зоне ширинок - S0% радиуса поперечного сечения. Образующейся над этой зоной устойчивый потек сухого воздуха исключает разрушение бздни.

5. Создан экспериментальный стенд для.моделирования аэродинамики Еоэдушно-радиаторной градирни, основными элементами которой являются модели высотой 2.0 и 0.5 метра с возможностей создания свободнококвективного потока, скорость которого составляет 0.05 ' 1.0 м/с, и шчяоетью нагревателей 4.5 И1.Б кВт; а также метеорологическая азротруба сечением 1.5 х 1.5 м.

Измерены поля скорости потока воздуха в градирне, определены коэффициенты сопротивления градирни для трех вариантов в зависимости от"величины сопротивления теплообменника, а также коэффициенты неравномерности поля скорости.

6. Проведена сравнительные эксперименты для трех вариантов размещения теплообменников (прямоугольное, радиальное и тангенциальное), которые показали, что расход воздуха максимален при радиальном варианте. Тангенциальный вариант (размещение по периметру основания, в окнах) характеризуется расходш воздуха на 20Z меньший.

?. Выявлено влияние ветрового потока на расход воздуха з кладом варианте, степень которого существенна (снижение рас зга-да на величину - до 1СО". . , -

8. Предложено устройство для совместной выработки 1 роэнергии за счет солнечной и ветровой энергии. Принцип действия устройства основан ка использовании солнечной энергии для зоедаяпа овободнокбявгктявясго потока и воздействия последним и Еетровоэ колесо. Нз установке проектной мощность» 1 кВт "оптверждека работоспособность st&ro устройства.

Основное содержание работы опубликована в следующих трудах!

1. Атагельдиева Л.Ж. Экспериментальные исследования движения кольцевой струи воздуха в градирне. В сб.Метеовоздейс-твия на энергоеооруления. - Алма-Ата. 1991, - 25с.

2. Атагел1ди?ва Л,Ж. Разработка способа защиты башни градирни от разрушающего воздействия тепла и влаги. Е сб.Тегксн докладов отраслевой конференции молодых исследователей пб энергетике, - Алма-Ата, 1989, - 21с.

3. Доскемпиров Б.М., Атагельдиева Л.Ш. Разработка способов зашиты башни градирни от тепла и влаги. В сб.Метеововдейс-твия на энергоеооруления. - Алма-Ата, 1991, - 8с.

4. Доскемпиров В.М., Атагельдиева Л.Ж. Экспериментальны? исследования свободнэконв&ктивных спутных струй в градирне. Деп. 29.03.90, N 1660 - В90.

б. А,с. N 1763618. Градирня.

Доскемпиров Б.М., Атагельдиева Л.Ж. ШИ Е04Н5/12, Ешл. иаобр. N 35, 1992.

6. Решение о выдаче предварительного патента РК от 20.07,96 по заявке N 9323121. Градирня. Доскемпиров Б.М., Атагельдиева Л.Ш., Джуринский И.В./МКИ Р 28 С 1/00.

7. Решение о выдаче предварительного патента РК от 14.09.9В по заявке N 933246.1. Градирня. Доскемпиров В.И., Атагельдиева Л.Ж., ЫШ Р 28 С 1/00.

Решение о выдаче предварительного патента РК от 2i.08.S6 по заявке N В50679.1. Энергетическая установка. Доскемпиров В.М., Атагельдиева Л,*,, Кадыракунов К.В.

- к -

РисЛ- Аэродинамическая аащита йашнк

Рис.2. Распределение влажности в градирне. ■ Л/?//? = 2С$ ; «£/<Г « 0,75

,88

ч

I, , .1.. „1_1 1,1

■»»цу/а г*5$'с

с

\Ф

и--1-1-1-

Я}*

л__I__i_.Hi

/ 87 88 38 8? \

Ь ' ' ЧЙ щ

К9

?0

.1 . —и-

_!-1-1-5-

Изменение влажности повнооте башня- градирни ■ при ширше зонн

сухого воздуха $ - взртйкальпая координата,

отнесенная к высоте градирни^ Х- МГЛг » о,з

2-1[/(Г « С,?5

Рио. 3

Рис.4 Зависимость высоты щшмыкания влажной струи к поверхности башни от ^при а/?> =» 0,2 Я

0,5

О

кс — —- -----«

А. —

» *

---- —

--- —

— . { !' ..... ! ..(

I I

' ! -

, т,

0,5

ш

¡ТА 10

Ряс.5. Изменение влажности по рысоте грададйК'. у поверхности,при ширлкэ зоны сухого

воздуха ^/сг - 0,3,

100

30

во

70 60 50 40 О

J

/ / г

• / - •

Л д' 1х■- д V

и

1,

■п

Рис.6,Пола скорости над оросителем и в выходном сечении градирни №=С,5 м;/теПлооб7 3'5-* х; • - скорость в двух взаимно перпендикулярных сечениях. Радиальная компановка теплообменников.

Рис. 7. Поле скоростей в большой модели градирни (м/с). Радиальное расположение теплообменников. , Г « 25 + 26 °С

Рис.8. Влияние ветра на скорость выходящего потока в градирне ( Н » 2 м ).

У

Г.0

0,5

о / "'г з

Рис.9. Ватросолнечная установка

ЬУ, м/с V 0,6 м

г\ 1,0 № 0,45

г/х о,п 0,ш

г/ж 0,33 о,51 №

Резше

01.04.14 - жылу фиэикаоы жэне ыолекулярлыщ физика

мвмандагы бойыняа, " Энзрго^рьтшдарда врк!н цозгалыстагы вгымдарда зертгеу" атгы Атагельдаева Лэйлэ НУнхсбек вдзы техника гылымдарыньщ кандидаты гылыми дарежесш алуга арналган дкосертацияныц

Энврго^урылшларды ерк1и цозгалыстагы агымдарда эерттеуд1н /булангыш жэне ауа-радааторлык; су салкдадаткда мунара, желмен-кушиц анзргиясын пайдаланатык цондыргы/ нэтижелэрх келтхр1лрен.

Зэрттеу нэтикэлсрше сай эна.proKj/ры лым дардьщ жылу мен ылгалдац acepiHSH йулылукныц аэро^инаадкалык цоргаяыс адгс1 жэне жвл эсершен еуа-радааторлик; су саллдадатк^дп мунара курыядадарыньщ яиынтыгы келт!рглген .

Summary

on thesio of Lyatla Shuauflbelcoraa Atageldiere. ior the degree of kandidat of Science specialising In ibe'rno-phyaiks and Molekular Fhjreike "The Racearch of Free Oonrectional Currents in Sowar-type Power Buildings".

Resuls of research of free conTectional currents in tower-type power buildings (eraporational and air-radiator cooling towers} wind-power energetical unit). On the basis aetkod of protection of the cooling tower froa beat

end. noleture destruction Oooling-tower design was calibrated -te. wisA