РАЗДЕЛ 2
установка ДЛЯ исследованиЯ грунтового аккумулирования теплоты
2.1. Описание экспериментальной установки
Установка предназначена для проверки адекватности математической модели
грунтового аккумулирования теплоты, которая разработана в отделе
теплофизических основ энергосберегающих технологий (ТОЭТ) ИТТФ НАН Украины [5 –
12]. Основной задачей, при её разработке и создании, была минимизация размеров
исследуемого модуля с обеспечением при этом получения достоверно фиксируемой
опытной информации в достаточном для анализа объёме.
Особенность разработанной теоретической модели ИТТФ состоит во введении
конечного радиуса R распространения теплоты в неограниченном массиве, что
весьма удобно с инженерной точки зрения. В результате расчетов было
установлено, что происходит первоначально умеренное, а затем достаточно быстрое
увеличение радиуса распространения теплоты с течением времени R(t). В связи с
этим, было принято нецелесообразным создание экспериментальной установки
больших размеров, поскольку при любых конечных значениях размеров начальные
условия для реального неограниченного грунтового массива Тм = const будут
нарушены за малый промежуток времени ф от начала аккумулирования. В основу
назначения габаритов исследуемого модуля закладывалось решение ограничиться
соблюдением условия Тм = const при r > R за временной промежуток ее работы ф ~
300 ч 500 с. Это определило радиус модуля Rу = 200 мм. В качестве
теплообменного устройства использовалась прямая труба. Ее выбор обусловлен
надежными зависимостями по теплопередаче для такой конструкции в случае, если
рабочему участку трубы предшествует участок гидравлической и тепловой
стабилизации потока. Небольшая рабочая высота модуля (H = 1250 мм) должна
обеспечить малую разность температур теплоносителя на входе и выходе (порядка 1
К, что характерно для реального теплообменника) и, следовательно,
преимущественно радиальное распространение теплоты.
Общий вид и фотография установки представлены, соответственно, на рисунках 2.1
и 2.2, где показаны расположение и габаритные размеры основных ее узлов. Она
состоит из замкнутого циркуляционного контура, заполненного теплоносителем
(водой), который может иметь температуру в пределах (10…80)°С. Циркуляционный
контур состоит из труб ГОСТ 9940-72 диаметром 25х1 мм из хромоникелевой
нержавеющей стали Х18Н10Т ГОСТ 5632-72. Исследуемый модуль 1 с размерами
1250х400 мм цилиндрической формы заполнен мелким речным сухим кварцевым песком.
Циркуляция теплоносителя обеспечивается насосом 4 центробежного типа
БЦ-1,2-20-У1.1 ГОСТ 26287-64. Для измерения расхода теплоносителя через
исследуемый модуль используется протарированная расходомерная диафрагма
(шайба), помещенная в трубе после выхода из исследуемого модуля, в паре с
U-образным дифференциальным манометром 2. Подогрев теплоносителя до задаваемой
в эксперименте температуры проводится при помощи трубчатых нагревателей
электрического сопротивления (ТЭН) 6, помещенных в теплоизолированную емкость –
напорный бак 5, объемом 0,043 м3. Электрическое напряжение для
электронагревателей подается от промышленной сети (~220 В, 50 Гц).
Электрическая мощность каждого равна 2 кВт, а суммарная, развиваемая группой
электронагревателей, составляет 12 кВт (предусмотрен резерв мощности в сторону
увеличения вплоть до 24 кВт).
В установке также предусмотрены: байпас (для регулирования расхода
теплоносителя), возможность опорожнения системы (для демонтажа установки и
профилактического ремонта, а также тарировки расходомерного устройства объемным
способом и проведения исследований переходных тепловых процессов при
аккумулировании теплоты).
Рис. 2.1. Общий вид экспериментальной установки для исследования грунтового
аккумулирования теплоты
Рис. 2.2. Фотография экспериментальной установки по исследованию грунтового
аккумулирования теплоты:
1 – исследуемый модуль, 2 – дифференциальный манометр,
3 – аппаратно-программный комплекс измерения температур засыпки и
теплоносителя, 4 – циркуляционный насос, 5 – напорный бак,
6 – электронагреватели.
Напорный бак служит для удаления воздуха при заполнении циркуляционного контура
и сглаживания возможных пульсаций расхода насоса при выходе на стационарный
режим работы потока. Применено фланцевое соединение крышек и обечайки
исследуемого модуля (для облегчения извлечения или замены засыпки, монтажа и
демонтажа установки) и фланцевое соединение места расходомерной диафрагмы.
На фотографии показаны отдельные узлы, расположение средств измерения расхода и
температуры теплоносителя, а также температуры грунтового массива в исследуемом
модуле. Установка расположена в лабораторной комнате. Измерения температуры
теплоносителя и грунтового массива осуществляются при помощи
аппаратно-программного измерительного комплекса 3. Расположение отдельных узлов
и частей позволяет осуществлять к ним беспрепятственный доступ для управления
процессами движения теплоносителя и контроля измеряемых температурных
параметров исследуемого модуля.
Конструкция экспериментальной установки, ее размеры и расположение отдельных
узлов, блоков и деталей, расположение контрольно-измерительных приборов
спроектированы таким образом, что отвечают необходимым для комфортной работы
эргономическим требованиям и обеспечивают безопасность проводящих исследования
как при работе на ней, так и при возникновении возможных аварийных ситуаций при
проведении исследований. Таким образом, экспериментальная установка является
средством, позволяющим провести физическое моделирование
- Киев+380960830922