Энергоустановки на основе парового привода с замкнутой циркуляцией рабочего тела

Исследовали термодинамические характеристики теплоносителей и конструктивные компоненты энергоустановки, обеспечивающие эффективное преобразование тепловой энергии в механическую и электрическую.

(Цель исследования) Провести моделирование для расчета технологии изготовления конструкции и исследования характеристик энергоустановки на базе парового двигателя с заданными энергетическими параметрами.

(Материалы и методы) Осуществили математическое моделирование на основе законов тепло- и массообмена. Для создания модели опытного образца парового двигателя использовали принцип рекуперации на основе цикла «жидкость – пар – жидкость» с применением низкотемпературных теплоносителей.

(Результаты и обсуждение) Показали, что двойное преобразование агрегатного состояния рабочего тела гораздо производительнее его нагрева. Вычислили характеристики, связующие энергетические процессы парообразования низкотемпературного теплоносителя (фреона R-134а) в радиаторе и двигателе. Выявили зависимости: времени нагрева радиатора от 30 градусов Цельсия (температуры окружающей среды) до 100 градусов (предельной рабочей температуры) при различных мощностях источника нагрева (3; 4; 5 киловатт); плотности и средней плотности пара в радиаторе от температуры; мощности парового двигателя и расхода пара фреона от давления 0-3,97 мегапаскаля.

(Выводы) Определили, что количество рабочего пара, пропорционального его плотности при температуре 90 градусов и давлении 3,6 мегапаскаля, в 4,75 раз меньше количества жидкого фреона, пропорционального его плотности, а при 100 градусах Цельсия и давлении 3,97 мегапаскаля количество рабочего пара в 2 раза меньше, чем жидкого фреона. Выявили лимитированный интервал рабочих температур в паровом двигателе. Доказали, что приведенные методы расчета и характеристики определяют конструкционные и энергетические параметры разрабатываемых энергоустановок на основе парового двигателя.

1. Карно С. Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. М.–Л. 1923. 2009. 512.

2. Traverso A., Calzolari F., Massardo A. Transient Analysis of and Control System for Advanced Cycles Based on Micro Gas Turbine Technology. Journal of engineering for gas turbines and power. 2005. Vol. 127. N2. 340-347.

3. Gamou S., Yokoyama R., Ito K. Parametric Study on Economic Feasibility of Microturbine Cogeneration Systems by an Optimization Approach. Journal of Engineering for gas Turbines and power. 2005. Vol. 127. N2. 389-397.

4. Ingram G., Hogg S., Burton Z. The Influence of Inlet Asymmetry on Steam Turbine Exhaust Hood Flows. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2014. N136(4). 0426021-426029.

5. Tawney R., Khan Z., Zachary J. Economic and Performance Evaluation of Heat Sink Options in Combined Cycle Applications. Journal of engineering for gas turbines and power. 2005. Vol. 127. N2. 397-403.

6. Манежнов В.Г., Смородин Г.С., Копейкин Д.А. Методы повышения тепловой и экологической эффективности энергоустановок с газовыми турбинами // Молодой ученый. 2016. N20(124). С. 174-176.

7. Опарин Е.Г. Физические основы бестоплевной энергетики (ограниченность второго начала термодинамики). Едиториал УРСС. 2003. 136 с.

8. Опарин Е.Г. О забытых идеях К.Э. Циолковского в области термодинамики. ЖРФМ. 1997. С. 17-41.

9. Ощепков П.К. Жизнь и мечта. М.: Московский рабочий. 1984. 329 с.

10. Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. М.: Наука. 1977. 552 с.

11. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Методика выбора оптимального низкокипящего рабочего тела для использования в низкотемпературных средах // Инновационная наука. 2015. N11-2(11). С. 31-32.

12. Гафуров А.М., Калимуллина Р.М. Сжиженный углекислый газ в качестве рабочего тела в тепловом контуре органического цикла Ренкина // Инновационная наука. 2015. N12-2(12). С. 38-40.

13. Provenza A. J., Montague G.T., Jansen M.J., Palazzolo A.B., Jansen R.H. Temperature Characterization of a Radial Magnetic Bearing for Turbomachinery. Journal of engineering for gas turbines and power. 2005. Vol.127. N2. 434-445.

14. Доссат Р.Дж., Хоран Т.Дж. Основы холодильной техники. М.: Техносфера. 2008. 824 с.

15. Майоров В.А. Феноменологическая теория и исследование термодинамических характеристик и параметров реальных теплоносителей для приемников солнечного излучения // Вестник ВИЭСХ. 2017. N4(29). С. 83-89.

16. Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. M.: Высшая школа. 1975. 303 с.

17. Литвин А.М. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. М.– Л.: Госэнергоиздат. 1963. 312 с.