Обґрунтування параметрів та режимів роботи теплового акумулятора з твердим акумулюючим матеріалом пористої структури для геліотермічних установок

Abstract

Розроблено новий тип акумулятора з твердим теплоакумулюючим матеріалом пористої структури для геліотермічної установки, який базується на використанні екологічно чистого і відновлюваного джерела теплової енергії – сонячного випромінювання та акумульованого тепла. Обґрунтовано конструктивно-технологічну схему насадного теплового акумулятора з використанням гальки та проаналізовано режими його роботи. Для оцінки ефективності акумулятора встановлені такі чинники: спектральний склад поглиненого випромінювання, що визначає швидкість нагрівання гальки, організація поля випромінювання за рахунок керування потоком теплоносія, властивості досліджуваного матеріалу і нещільності середовища, зміна умов теплообміну, геометричні параметри акумулятора. Отримано математичну модель, за допомогою якої можна розрахувати значення поглинання температурного градієнта в умовах нерухомого пористого шару гальки і регламентувати глибину проникнення теплового потоку для конкретного шару акумулятора, в якому відбуваються фазові перетворення. Запропоновано методику інженерного розрахунку теплових полів для нерухомого пористого шару гальки та рекомендації щодо їх успішного використання в геліотермічній установці для забезпечення її роботи в нічний час та в умовах часткової хмарності. Вибір таких теплоакумулюючих елементів передбачав дослідження теплового потоку в пористому шарі і енергії конвективного теплообміну. Встановлено, що найперспективнішим щодо використання як акумулятора сонячної радіації в режимі температур 30…50 ºС є шар гальки з пористою структурою за використання якого енергія, що підводиться до теплового акумулятора, становила 615,4 кДж, а нагрівання теплоакумулюючого матеріалу масою 50 кг на 1 ºС дало змогу акумулювати 42,25 кДж/ºС тепла.