Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи
Елистратов Сергей Львович
КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Новосибирск - 2010
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН
Научный консультант: доктор технических наук, профессор, академик РАН Накоряков Владимир Елиферьевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Дьяченко Юрий Васильевич доктор технических наук, профессор Федянин Виктор Яковлевич доктор физико-математических наук, профессор Логинов Владимир Степанович
Ведущая организация: Московский государственный университет инженерной экологии, г. Москва
Защита состоится 25 февраля 2011г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.при Новосибирском государственном техническом университете Адрес: 630092, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.
Автореферат разослан л___ _____________ 201__ г.
Ученый секретарь диссертационного совета:
доктор технических наук, доцент Чичиндаев А. В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Эффективное замещение с помощью тепловых насосов (ТН) в системах промышленного и гражданского теплоснабжения ископаемых видов топлива на тепло возобновляемых и вторичных источников является одним из практических направлений энергосбережения и охраны окружающей среды. Тепловая мощность действующего в мире парка ТН оценивается в 250 ГВт с годовой выработкой 1,0 млрд. Гкал тепла, что соответствует замещению ископаемых видов топлива в объеме до 80 млн. т у. т./год. По прогнозам Мирового энергетического комитета к 2020 году в 75 % всех систем теплоснабжения в развитых странах будут использоваться ТН. В России установленная мощность теплонасосных установок (ТНУ) всех типов не превышает МВт, что делает актуальным в условиях экономического курса страны на энергосбережение и энергоэффективность скорейшее устранение имеющегося отставания в этой сфере.
Однако, опыт практического применения ТН в развитых странах с мягким климатом, где для отопления широко используются тепло окружающего воздуха и грунта, малоприменим для России и особенно в Сибири. Здесь для работы ТН можно использовать практически неограниченные ресурсы природного и техногенного низкопотенциального тепла водных источников, в частности, поверхностных источников с температурой до 5С. Однако, при этом коэффициент преобразования ТНУ по причине больших перепадов температур в испарителе и конденсаторе снижается до предельных 2,5, определяющих грань конкурентоспособности с лучшими традиционными теплоисточниками.
С развитием малоэтажного строительства актуальными становятся задачи по разработке, созданию и апробации эффективных импортозамещающих парокомпрессионных ТН (ПКТН) теплопроизводительностью до 100 кВт и конкурентоспособных схем ТНУ на их основе, адаптированных к сибирским природно-климатическим условиям. Априори найденные решения будут применимы в других регионах России с более мягким климатом.
В качестве перспективных для широкого промышленного применения в мире рассматриваются мобильные абсорбционные бромисто-литиевые ТН (АБТН) со встроенной топкой и многоступенчатой регенерацией раствора, способные по энергетической эффективности превзойти ПКТН и традиционные теплоисточники. К разработке прототипов уже приступили ведущие зарубежные фирмы, что может привести к смене мировых приоритетов на рынке оборудования для отопления и кондиционирования. Ключевой проблемой исследований в этой области является разработка высокотемпературных генераторов с температурами поверхности нагрева свыше 200 С, при которых возможен кризис теплообмена при десорбции растворов.
Повышение эффективности ПКТН и АБТН за счет совершенствования их рабочих циклов и схем составляет основу современных исследований в области теплонасосных технологий. В настоящее время идеология создания ТН базируется на масштабном опыте разработки холодильных машин (ХМ), что не всегда оправдано, т. к. температурные режимы работы, охлаждаемые и нагреваемые среды, рабочие тела и термодинамические циклы, условия конкурирования на рынке тепла и холода для ТН и ХМ в общем случае сильно различаются. Для оценки их эффективности используются различные показатели, недостаточно полно отражающие специфику многих перспективных приложений, в частности, при совместной выработке тепла и холода в химических технологиях, при охлаждении парного молока с выработкой тепла на ГВС, при сопряжении АБТН с ТЭ - в рамках низкотемпературных систем централизованного теплоснабжения и т.д. Это делает необходимым разработку и использование универсальных подходов для анализа и поиска решений по повышению эффективности ТН различного типа и теплоснабжающих систем на их основе.
В целом термодинамическое совершенство обратных циклов ТН в значительной степени определяет технико-экономическую и экологическую эффективность теплонасосных технологий. Это особенно актуально для разработки децентрализованных систем теплоснабжения в рекреационных зонах, где имеются экологические ограничения на применение традиционных технологий получения тепловой энергии. К таким территориям в Сибири относятся Прибайкалье и Алтай, где государством планируется развитие особых экономических зон туристско-рекреационного типа (ОЭЗ ТРТ). Научное обоснование концепции применения ТН в таких зонах отсутствует.
Целью работы является комплексное исследование эффективности тепловых насосов нового поколения и разработка научно-практических основ их применения с учетом российских природно-климатических условий.
Решаемые задачи:
- разработка эксергетического подхода к анализу эффективности ТН, как термодинамических систем, в которых в процессе преобразования различных по качеству потоков энергии сопрягаются прямой и обратный термодинамические циклы;
- разработка способов минимизации термодинамических потерь и повышения эффективности циклов ПКТН в условиях больших перепадов температур в испарителе и конденсаторе;
- разработка методов оценки и интенсификации тепло и массообмена применительно к процессам неизотермической абсорбции и десорбции в основных аппаратах АБТН нового поколения;
- проведение сравнительных экспериментальных исследований по изучению неизотермической десорбции навесок водно-солевых растворов применительно к разработке высокотемпературных генераторов для АБТН со встроенной топкой и многоступенчатой регенерацией раствора;
- разработка импортозамещающих ПКТН нового поколения для утилизации возобновляемого тепла природных водных источников и проведение их апробации в условиях рекреационных зон Сибири;
- определение условий и границ энергоэффективного сопряжении ТНУ и традиционных энерго- и теплоисточников;
- разработка и апробация в природно-климатических условиях Сибири комплекса эффективных схем ТНУ на базе наиболее распространенных и технически доступных возобновляемых и вторичных источников тепла, как практической основы для региональных и отраслевых программ энерго- и ресурсосбережения.
Достоверность полученных результатов подтверждается комплексным методом изучения, опирающимся на известную методологическую основу, сравнительным анализом с известными в литературе результатами других авторов, а также их широкой апробацией.
Научная значимость и новизна работы состоит в следующем:
- развит эксергетический подход к исследованию теплонасосных систем, учитывающий их системные связи с внешним окружением, позволивший на их основе предложить новые решения по повышению термодинамической эффективности рабочих циклов ТН для широкого диапазона изменения рабочих параметров;
- обоснован подход по минимизации термодинамических потерь от горячего дросселирования в ПКТН, основанный на использовании процессов внутрицикловой и внешней регенерации тепловых стоков рабочих циклов;
- предложен новый метод оценки влияния неизотермичности на процессы массопереноса при абсорбции и десорбции, отличающийся широкими возможностями для анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований;
- развита теоретическая модель испарения навесок жидкости в сфероидальном состоянии, позволившая оценить влияние нерастворимых и растворимых примесей на устойчивость кризиса теплообмена;
- разработан комплекс новых экспериментальных методик для изучения процессов испарения (десорбции) навесок однокомпонентных жидкостей, растворов и смесей в сфероидальном состоянии, позволивший на основании прямых измерений их текущего веса установить количественные зависимости тепло -и массопереноса при кризисных и переходных режимах теплообмена;
- впервые получены экспериментальные данные по десорбции навесок водносолевых растворов в сфероидальном состоянии в широких диапазонах концентраций и температур греющей поверхности, позволившие количественно установить закономерности нарастания неустойчивости пленочного режима испарения с ростом относительной концентрации соли;
- развит подход к оценке эффективности комбинированных теплоисточников на базе ТН, позволивший предложить варианты их оптимальной структуры;
- предложены научно обоснованные эффективные схемы ТНУ, адаптированные к экстремальным условиям работы в сибирских природно-климатических условиях.
Положения, выносимые на защиту:
- методы, критерии и результаты комплексного анализа эффективности ТН;
- методики и результаты экспериментального исследования испарения однокомпонентных жидкостей и водно-солевых растворов в сфероидальном состоянии;
- методологические подходы по оценке совместно протекающих процессов тепломассопереноса в аппаратах АБТН;
- схемы ТНУ, адаптированные к природно-климатическим условиям Сибири;
- рекомендации по повышению эффективности работы ТН и теплоисточников на их основе.
Практическая значимость и реализация результатов.
Основные положения исследования отражены в коллективной монографии Исследования и разработки СО РАН в области энергоэффективных технологий (Новосибирск, 2009 г).
Результаты работы стали основой для совершенствования ПКТН теплопроизводительностью от 60 до 400 кВт и схем ТНУ, адаптированных к природно-климатическим условиям Сибири, в частности, в рекреационной зоне Прибайкалья для децентрализованного отопления здания Байкальского музея Иркутского научного центра СО РАН с использованием возобновляемого тепла (3Е7С) воды озера Байкал.
Рекомендации доведены до практической реализации при разработке и создании в течение 2002-2009 гг теплонасосных теплоисточников на 7 промышленных объектах в различных городах и населенных пунктах сибирского региона (Новосибирск, Барнаул, Горно-Алтайск, Новокузнецк, Мирный, поселки в Новосибирской и Иркутской областях).
На базе ОАО Машзавод (г. Чита, 2009 г) результаты исследования были использованы при разработке прототипа серийного образца импортозамещающего ПКТН номинальной теплопроизводительностью 70 кВт, а также других термотрансформаторов, предназначенных для создания экологически чистых систем отопления в природно-климатических условиях Сибири.
Рекомендации и прикладные результаты исследования использованы при разработке целевых программ: региональной программы по комплексному использованию субтермальных подземных вод для теплофикации и водоснабжения в западных районах Новосибирской области (отчет ОАО Новосибирскгеология, 2003 г, № госрегистрации 22-02-19/1), совместной программы Администрации Забайкальского края и Сибирского отделения РАН Научное и технологическое обеспечение социально-экономического развития Забайкальского края в 2010-2014 годах (Чита, 2009г) по направлениям Энергосберегающие технологии и возобновляемые источники энергии и Машиностроение.
Материалы работы использованы в лекционных курсах Инновационные производственные технологии (Новосибирск, НГТУ - 2006-2010гг), Современное тепловое оборудование предприятий и организаций (Новосибирский филиал ФГОУ ДПО Петербургский энергетический институт повышения квалификации - 2009,2010г).
Личный вклад. Автором выполнены анализ литературных источников и осуществлена постановка задач исследования, разработаны все экспериментальные методики, получены экспериментальные данные и произведена их обработка, сформулированы выводы по работе; при непосредственном участии разработаны ТН, схемы ТНУ и произведена их апробация. Соискатель являлся ответственным исполнителем исследовательских проектов и программ по тематике диссертационной работы. Научная проблематика исследования разрабатывалась при участии научного консультанта - академика РАН В. Е. Накорякова, которому диссертант благодарен за формирование комплексного подхода к изучению темы и всестороннюю поддержку при апробации результатов.
Апробация работы. Материалы и отдельные результаты исследований по теме диссертационной работы были апробированы на 22 семинарах и конференциях, в том числе: на Сибирском теплофизическом семинаре (Новосибирск, 2005г), на Семинарах ВУЗов Сибири и Дальнего Востока Проблемы теплофизики и теплоэнергетики (Владивосток, 2005 г; Иркутск, 2007 г; Красноярск, 2009г), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики (Барнаул, 2007, 2008 г), на международном круглом столе Энерго- и ресурсосбережение в XXI веке - пленарный доклад (Новосибирск, 2007 г), на Всероссийской научно-практической конференции Энергетика:
экология, надежность, безопасность (Томск, 2007 г), международной научнопрактической конференции Актуальные проблемы энергетики (Екатеринбург, 2007г), на международных научно-практических конференциях Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность (Кемерово, 2006, 2007 г), Обеспечение безопасности питьевого водоснабжения и водоотведения (Новосибирск, 2006 г), Решение проблем развития водохозяйственных систем Новосибирска и городов сибирского региона (Новосибирск, 2006 г), Обеспечение экологической безопасности систем водоснабжения и водоотведения Новосибирска и городов сибирского региона (Новосибирск, 2008 г), Современные технологии обеспечения надежности систем водоснабжения и водоотведения (Новосибирск, 2005 г), на международном семинаре Проблемы энергосбережения и рационального использования энергоресурсов в сибирском регионе (Новосибирск, 1997 г), на международном симпозиуме Ресурсо -и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве (Новосибирск, 2005 г), на международном конгрессе Ресурсо- и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве (Новосибирск, 2004 г), на конференции Перспективы развития малой энергетики в Алтайском крае (Бийск, 2005 г).
Кроме того, результаты обсуждались на ежегодных итоговых семинарах по подведению итогов целевой программы Энергосбережение СО РАН (Новосибирск, 2005-2008 гг), семинаре кафедры технической теплофизики Новосибирского государственного технического университета (2010г), семинарах лаборатории процессов переноса и отдела технической теплофизики Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН (2010г), в Институте систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН (2009г), на заседаниях Ученого совета Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН в период обучения диссертанта в очной докторантуре по специальности 01.04.14 Цтеплофизика и теоретическая теплотехника.
Работа выполнена при поддержке целевых программ и научных школ:
- Научной школы академика В. Е. Накорякова НШ-8888.2010.8 Процессы тепло - и массопереноса в энергетических и энергосберегающих установках;
- ФЦП Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013гг (гос. контракт № 02.740.11.0054) по теме Исследования термодинамических процессов и тепломассообмена в аппаратах низкотемпературной и водородной энергетики;
- Программы Энергосбережение СО РАН в 2000-2008 гг;
- Программы импортозамещения СО РАН, 2009 г;
- Программы экспедиционных работ СО РАН в 2006-2007 гг;
- Целевой программы Внедрение тепловых насосов на объектах ТЭК Новосибирской области в 1999-2002 гг Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных литературных источников из 360 наименований, приложения. Диссертация содержит 292 страницы основного текста, 97 рисунков, 24 таблицы.
Публикации. По теме работы опубликовано 29 научных работ, в том числе одна монография, 13 статей в журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций, 2 статьи в общетехнических журналах, 14 публикаций в сборниках материалов и трудах конференций.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели, задачи и методы исследования, определены новизна, научная и практическая значимость полученных результатов, приведены положения, выносимые на защиту, а также представлена общая структура работы.
В первой главе выполнен анализ современного состояния, перспектив развития ТН в мире и в России, показана специфика их использования в российских природно-климатических условиях, определены мировые тенденции развития и области перспективных научных исследований в области теплонасосных технологий, сформулированы актуальные научные проблемы и определены задачи диссертационного исследования.
В первом разделе обоснована актуальность и показаны объективные предпосылки для повышения роли ТН в тепловом хозяйстве страны: положительные системные эффекты, перспективы широкого внедрения при переходе на энергосберегающие низкотемпературные системы теплоснабжения, высокий потенциал замещения органического топлива за счет утилизации техногенных сбросов тепла и природного тепла грунта, водоемов и рек.
Во втором разделе приведены общая классификация, краткая характеристика основных типов ТН и уровня их практического развития в мире и в России. Отмечено, что в мире установлено порядка 90 млн. штук ТН всех типов, а уровень их продаж достигает 1 млн. штук в год. Показано, что уровень производства ТН в России находится на уровне единичного и мелкосерийного производства с созданием на их основе отдельных показательных объектов для ограниченных областей применения и режимов работы.
В третьем разделе на основе сравнительного анализа природноклиматических условий и уровня развития отечественной теплонасосной техники показаны объективные и субъективные трудности развития теплонасосных технологий в России, определены тенденции и актуальные технические задачи: переход на экологически безопасные рабочие вещества; необходимость разработки и серийного выпуска ТН малой (10Е100 кВт), средней (100Е10кВт) и большой ( 20 МВт) мощности в одном агрегате; переход к децентрализованным системам теплоснабжения; сокращение выбросов в атмосферу; освоение серийного производства газовых приводов с утилизацией теплоты сгорания отходящих газов в АБТН; создание демонстрационных объектов высокой энергоэффективности, в т.ч. на территории рекреационных зон и ОЭЗ ТРТ с использованием теплового потенциала поверхностных водных источников и тепла грунта.
В четвертом разделе выполнен подробный анализ критериев, используемых для оценки эффективности ТН. Традиционно энергетическую эффективность ТН принято оценивать соответственно по значениям QТ QНИТ N QНИТ qИ коэффициента преобразования (1) 1 1 N N N l QТ QНИТ qИ или термотрансформации 1 1 1, (2) QB QВ l которые определяют эффективность передачи определенного количества тепла низкого температурного потенциала QНИТ на более высокий температурный уровень при затратах электрической, механической энергии N или высокопотенциального тепла QВ. Их полезность для комплексного анализа определяется возможностью простого перехода к оценке эколого-экономической эффективности различных технологий производства тепла за счет сравнительного снижения затрат топлива, а также определения эффективности утилизации низкопотенциального тепла через удельные значения работы сжатия l и холодопроизводительности qИ термодинамических циклов.
В рамках более общего подхода при оценке системного энергосберегающего эффекта применяются показатели использования первичной энергии:
N QТ QНИТ N КПЭ (3), Э Э Э QВ QТ QНИТ QВ КПЭ Э Э Э где: Э - первичная энергия сжигания исходного топлива. При QНИТ 0 согласно (1) - (2) можно получить КПЭ.
Однако, используемые в настоящее время методы анализа эффективности КПЭ ТН только на основе,, нельзя признать достаточными, так они не позволяют определить направления дальнейшего совершенствования термодинамических циклов ТН. Показано, что универсальный эксергетический подход предоставляет для этого более широкие возможности.
Пятый раздел посвящен подробному анализу современных научных проблем по повышению эффективности ТН и систем на их основе. Определены актуальные направления ведущихся исследований: переход на экологически чистые однокомпонентные, азеатропные и неазеатропные рабочие вещества четвертого поколения, отличающиеся низким уровнем воздействия на глобальное потепление; разработка новых циклов с высокой степенью регенерации тепла; оптимизация схем совместной выработки тепла и холода положительных температур; эффективное сопряжение ТН с другими энерго- теплоисточниками для централизованного и автономного теплоснабжения.
Показано, что создание абсорбционных термотрансформаторов во всем мире идет в направлении использования водных растворов соли LiBr, которые обладают высокой экологичностью. Для повышения эффективности их работы осуществляется переход от кипения в больших объемах на испарение в тонких пленках, разрабатываются машины с многоступенчатой регенерацией растворов с использованием генераторов с огневыми топками. Это позволяет существенно расширить эффективный диапазон термокомпрессии рабочего тепла в АБТН: трехступенчатая регенерация раствора на 30% более эффективна, чем двухступенчатая. Однако, сведения по физике процессов десорбции на поверхностях нагрева с температурой выше 200 С в литературе отсутствуют, что обусловлено сложностью выполнения теоретических и экспериментальных исследований в этой области.
Как актуальная для ПКТН, представлена в литературе проблема горячего дросселирования. В России, где основным режимом работы ТНУ является выработка тепла на нужды отопления, эта проблема особенно актуальна.
Показано, что поиск ее решений в рамках традиционных подходов на основе оптимизации холодильных циклов малоэффективен.
Отмечено, что в России реализованы только отдельные схемы ТНУ, которые являются пробными попытками доказать саму возможность практического использования ТН в России. Работы в этой области не позволяют сформировать цельный пакет схемных решений ТНУ на базе импортозамещающего оборудования для широкого спектра практических применений. Показано, что для региона Сибири эта задача еще более усложняется благодаря климатическим особенностям, наличию сейсмичности, относительной дешевизне ископаемых видов топлива и структуре теплового хозяйства.
В шестом разделе в качестве актуальных для настоящего исследования определены следующие проблемы: горячего дросселирования при работе ПКТН в режиме отопления, расширения рабочего диапазона термокомпрессии в перспективных АБТН со встроенной топкой, разработки научнопрактических основ эффективного применения ТН в природно-климатических условиях Сибири и создания для этого импортозамещающих образцов новой техники и демонстрационной базы на территории рекреационных зон. Их решение предопределило в целом комплексный характер исследования и его задачи.
Во второй главе ТН рассмотрены как специфические технические системы, в которых сопрягаются прямой и обратный термодинамические циклы во взаимосвязи с внешним окружением. На основе эксергетического подхода показано, что повышение термодинамической, энергетической и экологоэкономической эффективности ТН возможно за счет рационализации этих связей.
В первом разделе на основе эксергетического подхода показана связующая роль ТН в системе преобразования различных по качеству потоков энергии (рис.1), оцененных в единицах эксергии.
Первичные энергоресурсы Возобновляемые Невозобновляемые Энергоустановки Котельные установки Рис. 1. Основные связи ТН с элементами Приводная Тепло Тепловой термодинамической энергия ( 40 C ) системы.
насос Низкопотенциальные источники тепла Природные Техногенные ( 40C) Отмечено многообразие способов получения приводной энергии для ТН, в т. ч. на основе возобновляемых энергоресурсов (гидропривод, ветряной и др.), что повышает их конкурентоспособность по сравнению с традиционными технологиями получения тепла.
Представление, через эксергетический КПД e, температуры высокопотенциального источника тепла TB, отвода тепла потребителю и окруT жающей среде TOC :
Т (4) e Т ТOC (TВ TOC ) T (5) e (T TOC ) TB позволяет в простейших случаях учесть обратимость процессов термодинамических циклов и условия взаимодействия с внешним окружением. При = idem e, значения возрастают с ростом TOC,TВ и со снижением. С учетом того, T что TВ T TОС, при прочих неизменных величинах в (4) и (5) увеличение TOC приводит к росту и. Отмечено, что в отличие от энерготехнологий для ТН значения величин TOC В, и,T T весьма близки, что требует более четкого определения нулевого уровня отсчета эксергии, особенно для анализа циклов по совместной выработке тепла и холода. На основе (1)-(5) развита методология сравнительного анализа эксергетической эффективности систем на основе ТН различного типа.
Во втором разделе представлены результаты оценки эксергии различных видов первичных энергоресурсов и низкопотенциальных источников тепла с eУ.Т.
учетом того, что эксергия условного топлива =29,3 МДж/кг у.т. Показано, что ресурсный потенциал возобновляемых энергоресурсов в России соизмерим с затратами ископаемых видов топлива, ежегодно расходуемых на тепловые нужды.
В третьем разделе сформулированы общие принципы и особенности определения эксергетической эффективности ТН на основе уравнений материального, энергетического и связанного с ними эксергетического балансов. Показано, что для теплонасосных систем принцип неэквивалентности эксергии и эксергетических потерь исключительно важен, так как ТН являются замыкающим звеном в эксергетической цепочке преобразования энергетически ценных первичных энергоресурсов и тепла низкого температурного потенциала. С этих позиций рассмотрены эксергетические потоки и потери эксергии при сжигании топлива в котельной, необходимые для анализа эффективности ТН с тепловым приводом (термокомпрессором).
Четвертый раздел содержит сравнительный анализ эксергетической эффективности водогрейного котла и АБТН со встроенной топкой. Эксергетические потери при теплоснабжении от водогрейного котла определены как сумма потерь от неравновесности процессов горения топлива и последующего теплообмена между продуктами горения и сетевой водой. Его эксергетический КПД TОС (1 ) eК ~ (6) TB B2 К, ~ TВ ВК где: - термический КПД, - среднелогарифмическая температура отводатепла к внешнему теплоносителю системы теплоснабжения. Показано принципиальное различие в использовании исходного эксергетического потенциала топлива для отопительных и энергетических котлов. При температуре горения К топлива 2300 К, = 0,90 и нагреве воды в системе отопления с 50 до 80С для Э eК eК водогрейного котла = 0,16, а энергетического - = 0,5. Показано, что это объективно создает преимущества для ПКТН по сравнению с топливными котельными.
Встроенная топка АБТН рассмотрена как аналог топливного котла, поэтому величину ее внутренних эксергетических потерь предложено оценивать ~ TВ Всогласно (6) с заменой на температуру подвода тепла к раствору в генераTГЕН. TГЕН.
торе. Прогрессирующее увеличение с ~80..90C до ~220Е230С дает АБТН 1 АБТН еК еК соответственно для одно-, двухЦи трехступенчатой схемы = 0,16, = АБТН еК К 0,28 и = 0,36 при = 0,90. Эти оценки принципиальны для объективного сравнения ТН различного типа. Отмечено, что для ПКТН важно получить эксергию от теплоэнергетической технологии в чистом виде (электроэнергия, механическая энергия), а для АБТН - извлечь ее в виде теплоэксергии из подводимой к раствору в десорбере высокопотенциальной тепловой энергии. Повышением для этого температурного уровня передачи эксергии в цикл АТН определяется потребность в разработке высокотемпературных генераторов, способных обеспечить большую экономию топлива.
На основе выполненного термодинамического и теплового расчетов цикла одноступенчатой АБТН со встроенной газовой топкой доказана целесообразность его применения взамен квартальных газовых котельных в перспективных энергосберегающих отопительных системах при условии работы системы местного отопления по графику 30 / 77С и охлаждении теплоносителя низкотемпературной централизованной системы теплоснабжения ТЭ - с 35 до 20С.
В пятом разделе произведено сравнение эффективности использования исходной эксергии топлива (рис.2) для различных теплоисточников.
Перспективные пути повышения эффективной интеграции ТН в потоки энергии связаны с минимизацией эксергетических потерь при получении приводной механической или электрической энергии для ПКТН, и увеличением уровня температур, при которой происходит передача теплоэксергии в цикл АБТН, т.е. температуры десорбции. Отмечено, что в АБТН с газовой топкой в отличие от ПКТН с электродвигателем имеется дополнительная возможность увеличения значений КПЭ за счет тепла отходящих газов. Показано, что использование АБТН с газовой топкой и многоступенчатой регенерацией раствора в распределенных системах теплоснабжения более эффективно, чем газовых котельных. Совмещение в одной технической системе машин с прямыми и обратными циклами позволяет (рис.2, в,д) обеспечить более полное использование химической эксергии исходного топлива, что определено, как прогрессивное направление для термодинамической оптимизации систем теплоснабжения в будущем.
Рис. 2. Сравнительная Потери 0,Потери 0,эффективность испольЭл. энергия ТЭС+ Электро ТЭС+ зования химической экТопливо В=1,а) 0,ЛЭП котел сети сергии топлива:
0,а) электрокотел;
Потери 0,б) топливный котел;
в) понижающий термоТоплив.
Топливо В=1,б) трансформатор;
0,котел г) ТН с электроприводом;
Потери 0,д) ТНУ с газомоторным приводом;
АБТН 1,в) Топливо В=1,НИТ 0,64 при = 1,Потери 0,Эл. энергия ТЭС+ ТЭС+ г) 1,ПКТН Топливо В=1,сети ЛЭП 0,НИТ 0,96 при = 4,Тепловая энергия 0,Потери 0,Мех. энергия ДВС, 1,д) ПКТН Топливо В=1,0 газовая 0,турбина НИТ 0,90 при = 4, Третья глава посвящена обоснованию направлений повышения термодинамической эффективности рабочих циклов ПКТН для работы в расчетном режиме отопления с использованием тепла воды низкой температуры ( 5С).
В первом разделе на конкретном расчетном примере изложены методики термодинамического и теплового расчетов цикла с одноступенчатым сжатием (рис.3) на озонобезопасном R-134a в привязке к параметрам расчетного режима отопления Байкальского музея Иркутского научного центра СО РАН на базе низкопотенциального тепла воды озера Байкал: TS1 = 276 К, TS 2 = 274 К, TW 2 = TК 335 К ; TИ = TS 2 -To = 3 К; TК = -TW 2 = 5 К; TF1 TS1. Определены удельные и общие тепловые нагрузки основных аппаратов, которые были использованы при разработке конструкций ПКТН для применения в рекреационных зонах.
Отпущенное потребителю количество теплоты TW1 TWТ 3* 3* TFПР 4 TК, РК К КМ TWОК TFTW TSTF2 TF1 TS РТ 7 T0, P0 S ДР И TSTSа) б) Рис.3. Принципиальная схема парокомпрессионного теплового насоса (а) и его термодинамический цикл (б): ПР - электрический привод ; КМ-компрессор; К - конденсатор; ОК - охладитель конденсата; РТ - фреоновый регенеративный теплообменник; ДР - дроссель; И - испаритель.
Во втором разделе выполнена оценка внешних и внутренних потерь эксергии в отдельных аппаратах и в целом по ТН, определены поэлементно и в целом по ТН значения эксергетических КПД. В качестве исходных параметров окружающей среды приняты среднелогарифмическая температура низкопотенциального теплоисточника TОС = 274,8К и PОС= 0,1 МПа. Для принятой схемы термодинамического цикла с глубоким охлаждением конденсата рабочего тела:
d dПР dКМ dК dОК dТР d dИ - потери эксергии: = = i ДР i = 2,88+7,93+5,14+6,00+0,36+0,30+2,58 = 25,19 кДж/кг = 0,438 eВХ (7) - суммарные внутренние потери эксергии:
n n dВНУТР. di dВНЕШН. = 25,19 - 2, 88 = 22,31 кДж/кг = 0,388 eВХ (8), 1 - эксергетический КПД цикла:
n ТН eВЫХ eВХ (eВХ di ) / eВХ = (57,54 - 25,19)/57,54 = 0,5 (9) e ТН q q (qK W qОК F )/(lД / qИ S ) = e ЭЛ.М.
= (164,330,1668 + 76,350,06476) /(54,68/0,95+0,0) = 0,562. (10) Здесь: eВХ. eВЫХ. - соответственно удельные значение эксергии на входе и выи ходе; qК, qОК И и l - соответственно удельная теплота конденсации, охлажде,q Д q q q ния конденсата, испарения и удельная работа сжатия в цикле;, и - К ОК И эксергетические температурные функции; - электромех. КПД привода.
ЭЛ.М.
В третьем разделе произведена оценка собственных и технических потерь эксергии в элементах ТН, все виды эксергетических потерь сведены в таблицы и представлены в потоковых диаграммах. Показано, что в принятой схеме цикла для серийного образца ПКТН доля неустранимых собственных потерь эксергии от дросселирования минимальна и составляет 1,2% от всех потерь, а предельный эксергетический КПД при устранении технических потерь состаMAX вит =0,828.
e В четвертом разделе на основе поэлементного анализа всех видов эксергетических потерь сформулированы предложения по повышению термодинамической эффективности основных аппаратов и рабочего цикла ТН в целом за счет сведения к минимуму эффекта горячего дросселирования. На примере конкретных расчетов показана ограниченность внутрицикловой регенерации за счет подогрева пара перед сжатием в компрессоре. Предложено дополнительно реализовать в рабочих циклах ТН нетрадиционную схему регенеративного теплообмена, когда вся или большая часть теплоты от конденсата рабочего тела направляется на подогрев теплоносителя низкопотенциального источника тепла (TS1*>TS1), которая затем утилизируется в испарителе (рис.4).
WS, TSWSОК ОК WS, TSWS, TS1* TS1* WS, TSИ И WS, TSWS а) б) Рис.4. Принципиальная схема потоков теплоносителя при внешней регенерации.
И - испаритель; ОК- охладитель конденсата.
На основе сравнительных расчетов холодильных и теплонасосных циклов ПКТН показано, что внешняя регенерация для исходных условий расчета почти в 2 раза увеличивает значения qИ со сравнению с циклами без регенерации и повышает значения на 2Е3%. Практическим достоинством цикла с внешней регенерацией является также возможность повысить без изменения удельной холодопроизводительности значение TS2, уменьшив при этом вероятность образования ледяной шуги и обмерзания теплообменной поверхности при утилизации тепла природных водных источников с исходной температурой до 5С.
Приведены сравнительные оценки эффективности использования цикла с внешней регенерации применительно к R-134a и R-600а для режимов отопления и ГВС. На основании проведенного анализа для разработки импортозамещающих ПКТН рекомендован усовершенствованный термодинамический цикл на озонобезопасном R-134a, сочетающий внутрицикловую и внешнюю регенерации тепла охлаждения конденсата.
В пятом разделе представлены методики расчета и сравнительный анализ результатов термодинамических и тепловых расчетов основных схем циклов со ступенчатым сжатием однокомпонентных рабочих тел и двух вариантов каскадного цикла (табл.1). Исходные условия такие же, как для цикла с одноступенчатым сжатием в первом разделе главы. Промежуточные давления сжатия определены по формулам РМ PК PО для двухступенчатой и последовательно по РМ PК PО и РМ 3 PК 2 PО для трехступенчатой схемы сжатия.
Температурный напор в испарителеЦконденсаторе для каскадной схемы принимался равным 5С.
Таблица Результаты расчета циклов АД Схема цикла (рабочие тела) АД.
1. Двухступенчатое сжатие рабочего тела с однократным 3,84 2,88 3,37 2,дросселированием и неполным промежуточным охлаждением (R-134a) 2. Двухступенчатое сжатие с однократным дроссели- 3,81 2,89 3,35 2,рованием и полным охлаждением (R-134a) 3. Двухступенчатое сжатие с двукратным дросселиро- 3,98 2,94 3,43 2,ванием и неполным охлаждением (R-134a) 4. Двухступенчатое сжатие с двукратным дросселиро- 3,97 2,96 3,40 2,ванием и полным охлаждением (R-134a) 5. Трехступенчатое сжатие с полным промежуточным 4,10 3,13 3,67 2,охлаждением (R-134a) 6. Двухступенчатое сжатие с регенеративным внут- 3,64 3,00 3,22 2,ренним теплообменом (R-134a) 7. Каскадный цикл без регенеративного внутреннего 3,74 2,74 3,10 2,теплообмена (R-22 +R-134a) 8. Каскадный цикл с регенеративным внутренним теп- 3,78 2,78 3,31 2,лообменом (R-22 +R-134a) Показано, что ступенчатое сжатие рабочего тела по сравнению с одноступенчатым позволяет существенно повысить термодинамическую эффективность ПКТН при работе на тепле водных источников с предельно низкими температурами (до 5С). Теоретические значения с адиабатным сжатием (см.
АД АД.
и ) снижаются с учетом реальных процессов сжатия (см. и ). Определены сравнительные значения для других циклов при Т =70С, ТИ = -1,0С:
К для цикла Карно- = 4,83 и =3,83; для базового теоретического с однократК К ным сжатием и отсутствием регенеративного теплообменника и охладителя * АД конденсата - АД *=3,23 и =2,23, а с учетом действительного процесса од* * Д Д нократного сжатия - = 2,72 и = 1,72.
В шестом разделе проведен анализ положительных и отрицательных сторон влияния внешней регенерации на эффективность циклов с однократным, ступенчатым сжатием, а также для каскадных циклов. В качестве недостатка указан отвод тепла на низкий температурный уровень, снижающий его эксергетическую ценность. В тоже время отмечено, что утилизация неиспользуемых тепловых стоков цикла (охлаждение конденсата, охлаждение компримированного пара в промежуточных теплообменниках при многоступенчатом сжатии и др.) особенно в случае утилизации тепла водных источников с предельно низкими температурами (рис.3, TS1 =3,0С, ТS 2 =1,0С; T TS 2 TО =2,0С) способствует увеличению уровня температуры TO в испарителе.
Показано, что для циклов со ступенчатым сжатием и промежуточным дросселированием влияние внешней регенерации проявляется через перераспределение расходов рабочего тела в ступенях сжатия, что может дать при фиксированной холодопроизводительности QО значения = 4,00 и = 2,84. С другой стороны отмечено, что это позволяет рассматривать внешнюю регенерацию тепловых стоков цикла как фактор регулирования нагрузок испарителя и конденсатора на переменных режимах работы. На практике это предложено использовать для оптимизации циклов термотрансформаторов для совместной выработки тепла и холода на основе современных спиральных и винтовых компрессоров с промежуточным впрыском пара.
В седьмом разделе выполнена сравнительная оценка эффективности регенеративных циклов на R-134a, R-600а и R-407C при утилизации тепла водных источников с предельно низкими температурами (до 5С). Показано, что в условиях небольших перепадов температур теплоносителя НИТ использование неазеатропных смесей неэффективно. Отмечено, что применение R-600a вместо R-134a приводит при прочих равных условиях к снижению общей теплопроизводительности. Однако при этом необходимо принять во внимание высокую разность в цене этих рабочих тел и экологическую безвредность природного хладагента R-600a и подобных ему соединений углеводородного ряда.
Сделан вывод о том, что внешняя регенерация тепла позволяет повысить эффективность широкого спектра термодинамических циклов ТН различного типа за счет утилизации их тепловых стоков, обеспечить максимально эффективную утилизацию с помощью ПКТН низкопотенциального тепла возобновляемых и вторичных источников.
В четвертой главе предложены подходы к оценке влияния неизотермичности на массоперенос при абсорбции и десорбции в аппаратах АБТН, на основе моделирования оценено влияние растворимых и нерастворимых примесей на испарение жидкости в сфероидальном состоянии, определены факторы, инициирующие неустойчивость кризиса кипения для растворов.
В первом разделе для термодинамически неравновесного раствора коэффициент теплоотдачи предложено определять для случая неизотермической абсорбции на стекающей пленке раствора (рис.5) по формуле:
q (TЕ TО) (11) Р где: TЕ и T О - соответственно термодинамически равновесная и реальная температуры раствора для исходной концентрации СО, разность которых определяет движущую силу процесса неизотермической абсорбции:
CЕ СО B Т TO E (12) Для состояния термодинамического равновесия на межфазной поверхности пленки равновесная концентрация определена на основании закона Генри:
cS k1 k2TS, (13) kгде k и - постоянные величины при данном давлении.
Получены выражения, отражающие в общем виде соотношения основных параметров процесса неизотермической абсорбции:
x xТ :
y для начального участка TE TO q TS TО cО, 1 (14) rАБ B TW x q TЕ TО T 1 T j xT (15) rАБ rАБ B сs для участка с линейным профилем Д температуры:
TS TW q (16) u rАБ B TS q TS TW j (17) rАБ rАБ TW B сS сo Д Коэффициенты теплоотдачи и массопереноса определены как:
Рис.5. Расчетная схема задачи аб q / TS TO (18) сорбции чистого пара на стекающей пленке раствора j / cS cO, (19) Для неравновесных состояний раствора тепловыделение приводит к снижению интенсивности массопереноса. Полезность комплексов (14) - (17) заключается в возможности оценки тепломассообмена для сложных случаев и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований. В качестве примера их использования приведен алгоритм определения выражений для оценки неизотермической абсорбции на турбулентной пленке:
TS TW cР aТУРБ.
q (20) 7 3 12 5 0,37 Re 10,53Sc Re Le K g АБ сS сО K АБ ТУРБ.
j (21) 7 3 12 5 0,37 Re 10,53Sc Re Le K g АБ сS cО где: Re Q ; ~ aТУРБ в турбулентном потоке; и - соответственно ТУРБ равновесные концентрации абсорбируемого вещества на поверхности и внутри K rАБ B cР - аналог критерия фазового превращения для пленки; Le D a ;
АБ процесса абсорбции. Взаимосвязь процессов тепло -и массопереноса при абсорбции определены через критерии Le и K. Тепловыделение ( K 0, АБ АБ, ) приводит согласно (21) к уменьшению массопереноса, что соSc 1 Le гласуется с результатами аналитических решений задач неизотермической абсорбции, полученными В. Е. Накоряковым и Н.И. Григорьевой.
Рассмотренный подход к оценке совместно протекающих процессов тепло - и массопереноса, напрямую не связанный с решением сложных дифференциальных уравнений, предложено использовать для оценки неизотермической абсорбции и десорбции, обобщения теоретических и экспериментальных результатов применительно к каплям, струям и другим объектам с более сложной геометрической формой межфазной поверхности и гидродинамикой, что актуально для разработки абсорбционных термотрансформаторов.
Во втором разделе проведено моделирование (рис.6) процесса стационарного испарения однокомпонентной жидкости из пористого диска диаметром и толщиной, поддерживаемого слоем пара испаряющейся жидкости во D взвешенном состоянии над поверхностью нагрева с температурой ТСТ.
D Жидкость Т Рис. 6. Схема модельной задачи стационарного испарения плосПАР Т w кого сфероида w ТСТ Поверхность нагрева На верхнюю часть диска равномерно по времени и по поверхности вводится жидкость с температурой T, которая испаряется на нижней поверхности при T. Для различных V V получены выражения для толщины парового слоя:
1 (ТСТ Т ) D g {[(1 ) ] } r (22) и коэффициента конвективной теплоотдачи без учета лучистого теплообмена:
r 32 g {[(1 ) ] } К (ТСТ Т ) D (23) Отмечено, что при =' выражения (22) и (23) с точностью до константы совпадают с известными решениями С.С. Кутателадзе для жидкого сфероида.
В третьем разделе развита известная модель нестационарного испарения плоского сфероида применительно к жидкостям, содержащим растворимые, например соли, и нерастворимые примеси (рис.7).
При отсутствии испарения с верхней и торцевой поверхностей сфероида получены решения:
DО Жидкость + примеси Рис. 7. Схема задачи о нестационарном испареПар Т w w нии плоского сфероида с примесями Поверхность нагрева ТСТ 1 (TСТ Т )D g {[ (1 ) ] } ПР [r c(T T )] (24) [r c(T T )] 32 g {[ (1 ) ] } К ПР (ТСТ Т )D, (25) 1/ 32 (TСТ Т ) 1/ 1/ V01/ 4 V g {[ (1 ) ] t ПР 4,1 [r c(T Т )], (26) VПР V 1,0; t -текущее время процесса испареЗдесь: VПР - объем примесей;
и ПР ния;
- плотность жидкости и примесей При VПР. =0 решения (24) -(26) с точностью до константы совпадают с известными решениями С.С. Кутателадзе для однокомпонентных жидкостей.
В четвертом разделе проведен подробный анализ полученных решений.
Показано, что стабильность процесса испарения в сфероидальном состоянии определяется величиной С уменьшением может вследствие развития.
волновой неустойчивости межфазной поверхности произойти соприкосновение с поверхностью нагрева. Анализ показал, что толщина слоя уменьшается с ростом, при увеличении плотностей жидкости и примесей уменьшеT ПР, TСТ нии пористости, D и температуры.
В пятом разделе выполнены оценки толщины парового динамического слоя для водных растворов солей NaCl, СaСl2 и LiBr. Получены зависимости от температуры греющей поверхности TСТ, а также от средней концентрации раствора в сфероиде . Характер полученных зависимостей (рис.8) указывает на наличие выраженной тенденции к снижению с увеличением средней концентрации соли в растворе. Предложена гипотеза о потере устойчивости паровой пленки с ростом концентрации соли в растворе вследствие депрессии пара над межфазной поверхностью, получившая дальнейшее экспериментальное подтверждение.
1, 10-6м Рис. 8. Расчетная толщина парового 60 слоя под сфероидом водного раствора LiBr:
- H2O, концентрация соли:
- 10 %, - 30 %, 20 - 50 %, - 70 % 100 150 200 250 300 350 4T C В пятой главе представлено подробное описание новых экспериментальных методик, приведены сравнительные результаты исследования испарения навесок H2O, С2H5OH, R-113, водных растворов солей NaCl, CaCl2 и LiBr в сфероидальном состоянии и переходных (субкризисных) режимах кипения.
В первом разделе приведено описание экспериментальных установок (рис. 9 и 10) для изучения процессов испарения (кипения) для закона теплообмена ТСТ =const. В качестве рабочей поверхности (рис.9) в верхней части массивного (D = 0,122м, H = 0,182м) медного цилиндра использовалась горизонтальная поверхность цилиндрической выемки (d = 0,50м, h = 0,007м), во втором случае (рис.10) поверхность плоского дна цилиндрической выемки диаметром 0,070 м и глубиной 0,025 м в верхней части титанового цилиндра диаметром 0,1м и высотой 0,2 м. Температура поверхности ТСТ определялась по показаниям индивидуально проградуированной термопары (рис.10, поз.6), которая была размещалась по центру на расстоянии 1,510-3 м от рабочей поверхности нагреm TСТ ва. В ходе опытов измерялись одновременно текущий вес раствора,, во всех опытах производилась видеосъмка и выборочно тепловизионная съемка.
В качестве основного измерительного инструмента использовались весы марки Vibra с пределом взвешивания до 4,2 кг и разрешением 0,01г. Соединение установки с индивидуально проградуированными термопарами и источником электроэнергии осуществлялось через тонкие полоски медной фольги, существенное влияние которых на динамику и точность измерений в ходе специальных тестовых опытов обнаружено не было.
А-А 8 rD rd А А 1 V A 2 Рис.9. Принципиальная схема экспериментальной установки:
1 - медный цилиндр; 2 - электрический нагреватель; 3 - многослойная экранная теплоизоляция; 4 - индивидуально проградуированные термопары; 5 - сосуд Дьюара со льдом; 6 - электротрасформатор; 7 - регулятор-измеритель температуры ОВЕН; 8 - термопарный переключатель; 9 - милливольтметр; 10 - средства фото-, кино- и тепловизионной съемки; 11 - измеритель температуры ИП-1; 12 - накладной датчик температуры.
h s H 9 A 6 11 V A Рис. 10. Принципиальная схема установки для работы с водно-солевыми растворами:
А - поверхность нагрева; 1 - цилиндр из титана; 2 - электрический нагреватель; 3 - многослойная экранная теплоизоляция; 4 - регулируемые опоры; 5 - аналитические весы; 6 - термопары; 7 - гибкий разъемный элемент термопары; 8 - сосуд Дьюара со льдом; 9 - термопарный переключатель; 10 - милливольтметр; 11- гибкий разъемный элемент электропроводки; 12 - ЛАТР; 13 - регулятор температуры; V и А - вольтметр и амперметр; 14 - ухо съемника; 15 - дозирующее устройство; 16 - защитный экран; 17 - средства кино- и видеосъемки, тепловизор.
Во втором разделе приведены данные по определению температур Лейденфроста для навесок H2O, C2H5OH, R-113 и водных растворов солей при испарении навесок с начальным объемом Vо=1,00 мл с массовой концентрацией соли 3% на медной поверхности нагрева.
Рис.11. Время полного испарения навесок чистых жидкостей:
1 - вода;
2 - этиловый спирт 3 - фреон R-1 Образование видимых следов контакта водно-солевых растворов на поверхности нагрева в начальный момент кипения связано с образованием в испаряющемся микрослое раствора под растущими пузырьками пара твердой мелкодисперсной фазы соли. Отмечено, что при ТСТ 200 С испарение для воды и водных растворов солей малой концентрации приобретает устойчивый кризисный характер.
В третьем разделе приведены результаты тепловизионных исследований последовательных стадий испарения на медной поверхности в сфероидальном состоянии навесок Н2О, C2H5OH и R-113. Результаты свидетельствуют о сильной неизотермичности межфазной поверхности (рис. 12 и 13).
D а) b) c) d) e) k) = 0,00с =85с =130с =290с =380 с =395с Рис.12. Последовательные фазы испарения навески воды в сфероидальном состоянии:
a - слой жидкости; b,с - многопузырчатые сфероиды; d,e - однопузырчатые сфероиды; kбеспузырчатый сфероид. (для всех рисунков D =710-2 м, ТСТ = 286 С).
Удаление пара через медленно вздувающиеся и лопающиеся пузыри завершается образованием сухого пятна (рис. 12,а и рис. 13,а, т.1), заполнение которого приводит к кратковременному контакту жидкой навески с поверхностью нагрева.
D D CФ. 310-М а) б) Рис. 13. Характеристика температурных профилей наружной поверхности навесок Н2О при испарении в сфероидальном состоянии для ТСТ = 286 С:
а) - многопузырчатый сфероид (локальные температуры т.1- 286С, т.2 - 96 С, т.3 - 91С, т.- 93С, т.5 - 85С, т.6 -91С); б) - боковой профиль поверхности сфероида воды.
Установлено, что среднестатистические расстояния между периодически образующимися пузырями пара в сфероидальном состоянии для H2O, C2H5OH и R-113 соответствуют критической длине волны возмущений границы раздела фаз жидкость-пар, определяемой по теории гидродинамического кризиса кипения С.С. Кутателадзе:
LКР 2 (27) g( ) В навесках с размерами L LКР пузыри практически не образовывались (рис.
12, k), что соответствовало выполнению условия устойчивости поверхности пленки при пленочном кипении.
Четвертый раздел посвящен экспериментальному моделированию испарения в режиме, приближенному к стационарному, для оценки коэффициента теплоотдачи и при испарении Н2О, С2Н5ОН и R-113. Применялись модельные плоские сфероиды (рис.14), с приведенными в таблице 2 характеристиками.
Расчет и производился соответственно по формулам:
V r, (28) DСФ 2 (ТСТ T ) ( ) 2 /, (29) где: - равновесная нормальная температура испарения жидкости без учета T r перегрева, - скрытая теплота испарения; - плотность жидкости;
- теплопроводность пара при нормальной температуре испарения, TСТ - показания рабочей термопары до начала опыта, и - время начала и окончания ввода 1 жидкости, V - объем испарившейся жидкости.
Показано (рис.16), что результаты теоретических решений и модельных экспериментов одинаковым образом отражают характер изменения и при испарении в сфероидальном состоянии.
Таблица Параметры модельных сфероидов Материал Диаметр DСФ, Толщина, Объемная по10-3м 10-3м ристость Спечный порошок, (1Х18Н10Т) 30, 20,15, 10 0,61 0,Спечный порошок стекла 32, 20 1,5 0,Металлорезина (медь, 1Х18Н10Т ) 10,15 1,0 0, V Рис. 14. Схема эксперимента по стационарному испарению модельных сфероиDсф дов:
1 - пористый диск; 2 - коронка;
3 - устройство для подачи жидкости;
4 - поверхность нагрева.
Пар Пар Тст Рис. 15. Характерные зависимости коэффициента теплоотдачи и толщины парового слоя '' от температуры стенки ТСТ.
В пятом разделе представлены результаты опытов по испарению навесок воды и водного раствора NaCl в сфероидальном состоянии, выполненные на медной поверхности нагрева (рис.16,17).
m/mo 0.0.8% 5% 2.5% 1% 0.5% 0.0., сек 0 100 200 300 4Рис. 16. Относительное изменение массы сфероидов воды и водных растворов NaCl с различной начальной весовой концентрацией в зависимости от времени испарения при температуре поверхности нагрева TСТ = 310 C.
- H2O; растворы: - 0,5 %, - 1,0 %, + - 2,5 %, - 5,0 %, - 8,0 % В этой серии опытов применялись таблетки льда воды и растворов одинаDО mО кового размера 0,010м с массой 10-3 кг с начальной весовой концентрацией соли 8%. В процессе эксперимента они помещались на поверхность нагрева, плавились без значительного разбрызгивания и отделялись от нее слоем пара.
m/mo 0.0.0.8% 5% 2.5% 1% 0.5% 0., сек 0 100 200 300 4Рис.17. Относительное изменение массы сфероидов воды и водных растворов NaCl с различной начальной весовой концентрацией в зависимости от времени испарения при температуре поверхности нагрева TСТ = 350 C.
- H2O; растворы: - 0,5 %, - 1,0 %, + - 2,5 %, - 5,0 %, - 8,0 % В момент после отделения от поверхности нагрева ( > 0 0 =0,0c) навеска удалялась с помощью тампона гигроскопической ваты и определялась их общая масса (вес) на аналитических весах с ценой деления 0,01г. Вертикальные линии на рис.16,17 соответствуют моментам образования в донной части сфероида видимых кристаллов соли. Для водных растворов CaCl2 и LiBr получение таких зависимостей было осложнено химическим взаимодействием соли и материала поверхности нагрева. Опыты были продолжены на модернизованной установке с рабочей поверхностью из титана (рис. 10).
В шестом разделе приведены результаты контрольных опытов по Рис.18. Динамика испарения однокомпонентных жидкостей при TСТ = 400С:
1 - Н2О (результаты различных опытов, характеризующие их воспроизводимость);
2 - C2H5OH; 3 - хладон R1изменению текущей массы навесок Н2О, C2H5OH и R-113 с mO = 1,00 г в процессе их испарения в сфероидальном состоянии для TСТ 400С на поверхности из титана. Отмечена высокая воспроизводимость результатов (рис.18, кривая 1).
В седьмом разделе представлены экспериментальные данные по динамике испарения навесок водных растворов солей NaCl, CaCl2 и LiBr при температурах TСТ 400С.
Рис. 19 Схема проведения экспериментов по изучению испарения беспузыр3 чатых сфероидов водно-солевых рас0,0 0...
0 0 творов и основные фазы их испарения:
ПАР а) создание сфероида-носителя (=0,0);
б) ввод раствора фиксированной концентрации (=0Е0); в) начало нестаТст Тст Тст ционарного испарения сфероида с начальной концентрацией соли 0; г) оба) б) в) разование в зоне пересыщения раствора 4 0 твердой фазы; д) первое контактирование с поверхностью нагрева; е) периодическое контактирование с поверхностью нагрева;
Тст Тст Тст 1 - дозирующее устройство с дистиллированной водой; 2 - то же с водным г) д) е) раствором соли; 3 Цсфероид; 4 - твердая фаза (соль).
Рис.20. Испарение навесок воды и водного раствора LiBr при ТСТ = 4С для различных начальных весовых концентраций раствора.
Отмечено, что вследствие более высокой абсорбционной способности соли LiBr по сравнению с CaCl2 и NaCl, процесс перехода навесок ее растворов из стадии испарения в сфероидальном состоянии в более активный режим испарения происходит взрывоообразно.
В восьмом разделе на основе анализа полученных результатов сделан вывод о возможности организации процесса высокотемпературной десорбции и предложен новый тип генератора, в котором процесс десорбции происходит в переходном (субкризисном) режиме испарения (рис. 19, д, е), даны рекомендации по разработке конструкции высокотемпературного десорбера АБТН для реализации термодинамически эффективного регенеративного цикла с многоступенчатым подводом тепла от греющего источника.
В шестой главе выполнен сравнительный анализ энергетической эффективности теплонасосных и традиционных теплоисточников, в том числе, в условиях их совместной работы.
В первом разделе проведен подробный анализ факторов повышения комплексной эффективности ТН в составе теплоисточников: среднегодового коэффициента преобразования, среднегодовой загрузки установленной мощности, температурного уровня производимой тепловой энергии, среднегодового коэффициента использования первичной (приводной) энергии, эффективного сопряжения с традиционными теплоисточниками. Положительная роль последнего фактора проявляется в возможности использования абсорбционных ТНУ в составе низкотемпературных систем централизованного теплоснабжения ТЭ - или ПКТН совместно с газопоршневыми или газотурбинными энергоустановками. Представлены (рис. 21) сравнительные результаты расчетов удельного потребления топлива для разных технологий выработки тепла, позволяющие Рис.21. Удельные затраты усb, кг у.т./ГДж ловного топлива на выработку 1тепловой энергии:
1 - котлы и домовые печи, использующие органические виды топлива (уголь, мазут, дрова, природный газ и т.п.);
2 - ПКТН с электроприводом*;
3 - электрокотлы*; 4 - АБТН 40 1,---- - перспективные с мно2,гоступенчатой регенерацией,.
2,K * - учтено, что электроэнергия 1,0 0,8 0,6 0,поставляется от ТЭС с затратами 0,33 кг у. т. / кВтч и 10% 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,потерями в подводящих сетях.
выполнить оценки сравнительной эколого-экономической эффективности применения ТН. Разработанные для этого методики и примеры расчетов представлены в приложении к диссертационному исследованию.
Во втором разделе определены условия энергоэффективной работы ПКТН с электроприводом в составе комбинированных теплоисточников. Показано (рис.22), что при использовании ТН затраты первичной энергии (ископаемых видов топлива) могут быть существенно сокращены. В представленных расчетах для ПКТН и электроотопительных устройств учтены затраты топлива при выработке электроэнергии для привода ТН на ТЭС с КПД = 0,37, а также 10% потери при ее транспортировке.
B, т у.т./год 10Рис. 22. Затраты топлива =0,К за отопительный сезон =1,= 0,ЭЛ.К комбинированными теплопроизводящими ус= 0,4 тановками для расчетК 8= 1,2 ной отопительной на= 1,Р грузки QОТ. =1,0 МВт:
= 0,К К, ЭЛ.К - соответствен= 1,но КПД топливных котлов и электронагрева=0,К ~ тельных устройств; QТН 6=1,- относительная доля среднегодововой выра= 0,К ботки тепла ТНУ.
=2,= 0,К 4=2,= 0,К =2,= 1,К 2= 3,= 4,= 10,~ QТН 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, Комбинирование ТН с электрокотлами предложено для использования в рекреационных зонах, в частности, в Прибайкалье в зоне действия Иркутской энергосистемы.
Третий раздел посвящен сравнительному анализу эффективности использования АБТН с газовой топкой в качестве квартальной котельной и как технологического устройства для совместной выработки тепла и холода положительных температур. Показано, что дальнейшее совершенствование АБТН с газовой топкой целесообразно проводить в направлении использования многоступенчатой регенерации раствора с расширением диапазона работы термокомпрессора на основе выявленных в настоящей работе физических закономерностей десорбции водно-солевых растворов.
В четвертом разделе представлена схема серийного ПКТН на озонобезопасном R-134a номинальной теплопроизводительностью 70 кВт для работы в рекреационных зонах Сибири. Заводские испытания на ОАО Машзавод (г.
Чита) показали возможность устойчивой работы машины на холодной воде с T T температурой = 3С на входе и = 1С на выходе из испарителя и темпеS1 S ратурой на подаче в систему отопления TW 2 65С.
В рекреационных зонах предложено использовать по экологоэкономическим соображениям схему ТНУ с электрокотлами и другими электроотопительными установками.
В седьмой главе представлены целостным пакетом имеющие большой потенциал практического внедрения апробированные в природноклиматических условиях Сибири схемы ТНУ мощностью от 60 до 1600 кВт на основе импортозамещающих ПКТН с электроприводом единичной теплопроизводительностью от 60 до 400 кВт, на базе низкопотенциального (3-40С)тепла водных источников.
В первом разделе выполнен анализ сравнительных преимуществ и недостатков воды, как носителя природного и техногенного тепла низкого температурного потенциала, которые должны быть учтены при разработке схем ТНУ:
широкое распространение в природе, ЖКХ и промышленности, высокая удельная теплоемкость, удовлетворительные теплопроводность и вязкость, но льдообразование при 0С, наличие растворенных и нерастворенных примесей и др.
На основе сопоставления с воздухом и грунтом сделан вывод о приоритете этого вида теплоносителя для применения схем ТНУ на основе циклов с внешней регенерацией тепла. Показано, что в зонах рекреации вода поверхностных источников, подрусловые воды с температурой до 5 С являются самым распространенным источником низкопотенциального тепла для создания экологически чистых ТНУ для систем отопления и ГВС.
Во втором разделе обоснованы схемы ТНУ на базе тепла воды хозяйственно-питьевого назначения с температурой 5Е40С, добываемой из подземных водоносных горизонтов. Целесообразность таких схем определена возможностью комплексного использования воды питьевого качества, как ценного природного ресурса. Санитарное качество охлажденной в ТНУ воды при этом улучшается. Обосновано подключение ТНУ к системе кольцевых водозаборов отдельных поселений. Схема с реализацией подземной водяной петли с подающими и закачными скважинами рекомендована для перспективного комплексного водо- и теплоснабжения коттеджных поселков.
В третьем разделе представлены варианты схем ТНУ, использующих тепло неочищенных и условно-чистых сточных вод из напорных и безнапорных коллекторов. Представлены схемы и методики расчета самоочищающихся промежуточных теплообменников, обеспечивающих передачу теплой энергии чистой воде промежуточного контура, отличающихся от аналогов компактностью и минимальными гидравлическими потерями. В качестве перспективных предложены ТНУ для нефтедобывающей отрасли для подогрева транспортируемой нефти на основе природного тепла попутных пластовых вод.
Четвертый раздел посвящен анализу схемы по совместной выработке тепла и холода положительных температур при интегрировании ТНУ в систему оборотного технического водоснабжения промышленных предприятий. В качестве потребителей тепла в регионах с вечной мерзлотой грунта рекомендовано использовать теплоспутники систем водоснабжения и продуктопроводов предприятий.
В пятом разделе обоснована возможность практической реализации теплонасосного отопления в рекреационных зонах на примере промышленной :
Обозначения:
Система ЭДИСОН отопления И - испаритель КМ - компрессор WWWWМО - маслооотдели тель МО КД - конденсатор ОК - охладитель конденсата КД СВ - соленоидный вентиль ТРВ - терморегулиОК рующий вентиль КМ РТ - регенеративный теплообменник ЭДИСОН - электрокотел индукционный РТ ПРЭМ - регулятор WSрасхода воды НИТ И - температурные СВ датчики ТРВ - водосчетчики WS Низкопотенциальный WS источник тепла WSПРЭМ Рис.23. Схема ТНУ в Байкальском музее ИН - СО РАН на базе импортозамещающего НТ-апробации схемы ТНУ в Байкальском музее ИН - СО РАН на базе холодной (3Е7С) воды озера Байкал (рис.23). Результаты испытаний показали возможность достижения в ТНУ с внешней регенерацией тепла среднегодового = 3,5 в рекреационных зонах Прибайкалья и Алтая.
Схемы ТНУ на базе ПКТН нового поколения, апробированные в природно-климатических условиях Сибири, рекомендованы для широкого применения в других регионах России.
В приложении приведены методики и примеры расчета сравнительной эколого-экономической эффективности теплонасосных систем и традиционных теплоисточников на основе показателей их энергетической эффективности, а также представлены материалы, подтверждающие практическое внедрение результатов настоящего исследования.
В заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе:
1. Обоснован и развит эксергетический подход к термодинамическому анализу действительных циклов ТН различного типа, как систем, в которых сопрягаются прямой и обратный термодинамический циклы с различными по эксергетической ценности потоками энергии на границах. Сформулированы принципы и определены условия их оптимального сопряжения с внешним окружением для повышения эффективности утилизации тепла возобновляемых и вторичных источников. Установлено, что с увеличением температуры десорбции увеличивается рабочий диапазон термокомпрессии за счет более полного использования исходной теплоэксергии высокотемпературного теплоносителя.
Показано, что объединение в одной технической системе по выработке тепла энергетических и теплонасосных технологий позволяет получить максимальный эффект от использования первичного топлива.
2. Обоснованы, разработаны и проверены метод минимизации термодинамических потерь от горячего дросселирования при работе ПКТН в расчетном режиме отопления и комплексная методика оценки его термодинамической эффективности. Предложено решение в виде осуществления глубокого охлаждения конденсата рабочего тела перед дросселированием холодным потоком теплоносителя низкопотенциального источника возобновляемого или сбросного тепла; после подогрева теплоноситель подается в испаритель. Относительное увеличение при этом удельной холодопроизводительности цикла и средней температуры испарения представляет положительные эффекты предложенного способа внешней регенерации тепла. Показано, что метод универсален по отношению ко всем видам тепловых стоков термодинамических циклов ПКТН с одноступенчатым и многоступенчатым сжатием с промежуточным охлаждением и повышает термодинамическую эффективность циклов на всех режимах эксплуатации.
3. Предложен простой метод теоретической оценки неизотермических процессов абсорбции и десорбции на пленках со сложной геометрией межфазной поверхности и гидродинамикой течения, отличающийся широкими возможностями для анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований. Развита модель испарения жидкости в сфероидальном состоянии на горизонтальной поверхности нагрева применительно к задаче испарения смесей и растворов. Показано, что по сравнению с однокомпонентными жидкостями увеличение в процессе испарения относительной концентрации нерастворимых и растворимых компонентов приводит к уменьшению толщины динамического слоя пара между жидкой навеской и поверхностью нагрева. Установлено удовлетворительное соответствие расчетов толщины слоя по модели результатам опытов для однокомпонентных жидкостей.
Теоретически обоснована принципиальная возможность осуществления в АБТН с топкой новых регенеративных циклов с многоступенчатой регенерацией раствора. Показано, что физической причиной развития неустойчивости режима пленочного кипения при температурах поверхности выше точки Лейденфроста является увеличение концентрации растворимых и нерастворимых примесей на границе межфазной поверхности, инициирующее полное или частичное нарушение сплошности пленки пара под сфероидом.
4. Экспериментально выявлены новые закономерности и механизмы интенсификации неизотермической десорбции водно-солевых растворов в сфероидальном состоянии, влияющие на повышение эффективности работы высокотемпературных генераторов АБТН. Установлено, что увеличение относительной концентрации соли в процессе десорбции приводит в зависимости от степени ее растворимости в воде к образованию видимых частиц твердой фазы в донной части навески раствора или е взрывному разрушению. Одновременно идут два процесса: образуются термодинамически неустойчивые зоны перегрева и пересыщения раствора в донной части навески, а нарастающая депрессия пара у межфазной поверхности уменьшает толщину паровой пленки.
Показано, что после выделения первых видимых кристаллов NaCl в донной части навески раствора происходит ее периодическое контактирование с поверхностью нагрева с выбросом по периферии образующихся соединений твердой фазы. Процесс десорбции навесок водных растворов хорошо растворимых солей CaCl2 и LiBr преимущественно завершается вследствие нарастания термодинамической неустойчивости раствора взрывным распадом. Предложены новый метод интенсификации высокотемпературной десорбции водно-солевых растворов и схема высокотемпературного генератора щелевого типа для его технической реализации.
5. Обоснованы, разработаны и проверены методы повышения эффективности ПКТН нового поколения для работы в режиме отопления на базе низкопотенциального тепла водных источников с предельно низкими температурами (до 5 С). Показано, что повышение термодинамической эффективности циклов при большой разнице температур в испарителе и конденсаторе возможно за счет внешней регенерации тепла, обеспечивающей до 100 % относительное увеличение удельной холодопроизводительности цикла и относительное повышение на 1..2 С температуры кипения рабочих тел в испарителе ПКТН с одноступенчатым сжатием. При этом существующие методы: внутрицикловая регенерация тепла охлаждения конденсата рабочего тела его холодным паром для решения проблемы горячего дросселирования, использование промежуточных рассольно-водяных теплообменников и использование неазеатропных смесей рабочих тел дают незначительные локальные эффекты при существенном усложнении общей тепловой схемы машины. Предложена схема и выполнена конструктивно-компоновочная проработка импортозамещающего серийного прототипа ПКТН теплопроизводительностью 70 кВт для создания в рекреационных зонах Сибири децентрализованных систем отопления на базе возобновляемого тепла природных водных источников. Установлено соответствие расчетных показателей эффективности результатам заводских и промышленных испытаний.
6. Установлены условия и границы эффективного сопряжения ПКТН с электроприводом с топливными и электрическими котлами в составе энергосберегающих комбинированных теплоисточников при совместной работе на систему децентрализованного отопления. Предложены соотношения, определяющие условия равного топливопотребления различных вариантов комбинированных теплоисточников в зависимости от их структуры, степени индивидуальной загрузки и показателей энергетической эффективности структурных элементов. Показано, что с учетом среднероссийских затрат на выработку электроэнергии 0,33 кг у.т./кВтч и ее 10 % потерь при транспортировке годовое топливопотребление системы ПКТН + электрокотел для = 4,0 будет меньше, чем у идеальной топливной котельной, при условии не менее 65 % покрытия годовой тепловой нагрузки за счет ТН. Энергосберегающие системы на базе ПКТН в различных вариантах предложены для организации экологически чистого теплоснабжения в рекреационных зонах.
7. На основе полученных результатов разработаны, предложены и апробированы в природно-климатических условиях Сибири обладающие широким потенциалом практического внедрения усовершенствованные схемы ТНУ на базе импортозамещающих ПКТН нового поколения. Конкретные варианты схем ТНУ использовались при разработке и создании по заказам коммерческих и бюджетных организаций теплоисточников мощностью от 60 до 1200 кВт для различных вариантов теплоснабжения, в т.ч. в п. Козино Новосибирской области (700 кВт, артезианская вода, 37Е40 С, отопление поселка), в МУП Горводоканал г. Новосибирска (60 кВт, неочищенные сточные воды, 20Е25 С, отопление здания КНС), в ООО Барнаульский водоканал (600 кВт, условно чистые стоки 15Е20 С, отопление комплекса КОС), в АК АЛРОСА в г.
Мирном Р. Саха-Якутия (1200 кВт, техническое водоснабжение, 30Е35 С, тепло-и холодоснабжение рудника Мирный), ЗАО Корунд в г. Новокузнецке (120 кВт, неочищенные стоки, 12Е25 С, отопление и ГВС промышленного здания), ОАО Сибгипрокоммунводоканал в г. Новосибирске (240 кВт, подрусловые воды р. Катунь, 3..5 С, проект теплоснабжения насосной станции в г. Горно-Алтайске Р. Алтай), в п. Листвянка Иркутской области (130 кВт, вода озера Байкал 3Е7 С, отопление здания Байкальского музея ИН - СО РАН).
Доказана возможность практического создания в рекреационных зонах Сибири экологически чистых теплонасосных систем отопления на базе возобновляемого тепла воды природных источников с исходно низкой температурой (до 5 С). Результаты термодинамической и схемной оптимизации импортозамещающих ТН, разработанные схемы ТНУ и методики расчета сравнительной эффективности ТН предложены для разработки региональной программы Научное и технологическое обеспечение социально-экономического развития Забайкальского края в 2010-2014 гг.
Основные результаты работы представлены в следующих публикациях:
В научных монографиях:
1. Исследования и разработки СО РАН в области энергоэффективных технологий /Под общей редакцией чл.-корр. РАН С. В. Алексеенко. - Новосибирск: Наука, 2009. - 405с.
Разделы: 4.2. Накоряков В. Е. Тепло-и массообмен в основных аппаратах бромисто-литиевых термотрансформаторов / В. Е. Накоряков, С. Л. Елистратов, Н. И. Григорьева - С. 160-170; 4.4. Накоряков В.Е. Тепловые насосы для теплоснабжения в рекреационных зонах / В. Е. Накоряков, С. Л. Елистратов, А. М.
Клер, А. Ю. Маринченко - с. 184-193.
В журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций по направлениям Энергетика и Физика:
2. Накоряков В. Е. Метод оценки тепломассообмена при неизотермической абсорбции / В. Е. Накоряков, С.Л. Елистратов // Теплоэнергетика.- 2009.- №3. - С. 30-33.
3. Накоряков В. Е. Передовые схемные решения теплонасосных установок / В. Е. Накоряков, С. Л. Елистратов // Известия Вузов. Серия: Проблемы энергетики.- 2007.- № 11-12. - С.64-75.
4. Накоряков В. Е. Энергетическая эффективность комбинированных отопительных установок на базе тепловых насосов с электроприводом / В. Е. Накоряков, С. Л. Елистратов // Промышленная энергетика.- 2008.- №3, - С.28-33.
5. Елистратов С. Л. Оценка границ технико-экономической эффективности применения тепловых насосов / Елистратов С. Л. // Вестник ЮУрГУ. Серия:
Энергетика. - 2009. - №15. - С.72-78.
6. Накоряков В. Е. Экологические аспекты применения парокомпрессионных тепловых насосов / В. Е. Накоряков, С. Л. Елистратов // Известия РАН. Серия: Энергетика. - 2007.- № 4. - С.76-83.
7. Накоряков В. Е. К проблеме экологически чистого теплоснабжения на территории рекреационных зон Сибири / В. Е. Накоряков, С. Л. Елистратов, М.
В. Засимов, В. А. Фиалков // Известия Вузов. Серия: Проблемы энергетики. - 2007. - № 9-10. - С.81-86.
8. Накоряков В. Е., Елистратов С.Л. Оценка экологической эффективности теплоисточников малой мощности / В. Е. Накоряков, С.Л. Елистратов // Промышленная энергетика. - 2009. - №2, - С. 44-52.
9. Nakoryakov V. E. Peculiarities of transfer processes in major units of lithium bromide thermotransformers [Особенности процессов переноса в основных аппаратах бромисто-литиевых термотрансформаторов] / V. E. Nakoryakov, N. I. Grigoryeva and S. L. Elistratov // Journal of Engineering Thermophysics. - 2009.- Vol.
18, № 1. - Р.13-19.
10. Nakoryakov V. E. Simple estimates of heat and mass transfer at nonisothermal absorption [Простые оценки тепломассообмена при неизотермической абсорбции] /V. E. Nakoryakov and S. L. Elistratov // Journal of Engineering Thermophysics. - 2009. - Vol.18, № 1. - Р. 8-12.
11. Nakoryakov V. E. Experimental investigation of the nonstationary desorption of water-salt solutions in the spheroidal state [Экспериментальное исследование нестационарной десорбции водно-солевых растворов в сфероидальном состоянии] / V.E. Nakoryakov and S. L. Elistratov // Journal of Engineering Thermophysics. - 2009. - Vol. 18, № 2. - Р. 87-92.
12. Nakoryakov V. E. Peculiarities of Bubble Spheroid Evaporation [Особенности испарения пузырчатых сфероидов] / V. E. Nakoryakov and S. L. Elistratov //Journal of Engineering Thermophysics. - 2009. Vol.18, № 2. - Р. 183-186.
В журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций по направлению Строительство, архитектура:
13. Елистратов С. Л. Технико-экономическое обоснование применения тепловых насосов для теплоснабжения водохозяйственных объектов С. Л. Елистратов, А. И. Бивалькевич, Н. В. Карпов, В. М. Шварц // Водоснабжение и санитарная техника. - 2009.- №3. - С.59-63.
14. Елистратов С. Л. Использование теплоты неочищенных сточных вод в качестве теплоносителя / С. Л. Елистратов, В. Е. Накоряков, Ю. Н. Похил и др.
// Водоснабжение и санитарная техника. - 2004. - № 3. - С.1-3.
В специализированных журналах:
15. Nakoryakov V. E. A Method of Evaluating heat Transfer during Nonisothermal Absorption /V. E. Nakoryakov and S. L. Elistratov [Метод оценки влияния теплопереноса на неизотермическую абсорбцию] // Thermal Engineering. - 2009. - Vol.
56, №3. - Р. 210-213.
16. Елистратов С. Л. Автономные теплоисточники на базе низкопотенциального (15-25С) тепла сточных вод / С. Л. Елистратов, В. Е. Накоряков, А. И. Бивалькевич и др.// Вестник Энергосбережение и энергоэффективность экономики. - 2005. - №2 /9. - С.74-77.
В сборниках материалов, трудах конференций:
17. Елистратов С. Л. Новые возможности электроотопительных технологий / С. Л. Елистратов // Cб. матер. III Междунар. научно-практ. конф. Актуальные проблемы энергетики. Екатеринбург, 21-23 ноября 2007г. - Екатеринбург:
Изд-во: ИРА УТК, 2007. - С. 369-372.
18. Елистратов С. Л. Энергосберегающая отопительная технология на базе теплового насоса с электроприводом / С. Л. Елистратов, А. И. Бивалькевич // Труды IX междунар. научно-практ. конф. Водоснабжение и водоотведение:
качество и эффективность, Кемерово, 14-17 ноября 2006г. - С. 14-17.
19. Елистратов С. Л. От опытных образцов к серийному производству тепловых насосов / С. Л. Елистратов, А. И. Бивалькевич, Н. А. Кадушкин, В. А. Казарез // Матер. V Междунар. научно-производ. конф. Решение проблем экологической безопасности в водной отрасли, Новосибирск, 28-29 октября 2009г. - С. 80-82.
20. Елистратов С.Л. Возможности применения тепловых насосов для теплоснабжения водохозяйственных объектов / С.Л. Елистратов, А.И. Бивалькевич // Матер. II Междунар. научно-практ. конфер. Решение водохозяйственных проблем в сибирском регионе, 27-28 октября 2005г, -Новосибирск. - Новосибирск: Изд.-во МУП Горводоканал, 2005. - С.26-27.
21. Елистратов С. Л. Теплоснабжение на базе неочищенных сточных вод с применением тепловых насосов / С. Л. Елистратов // Сб. матер. научно-практ.
сем. Современные технологии обеспечения надежности систем водоснабжения и водоотведения, 2005, Новосибирск. - Новосибирск: Изд-во МУП Говодоканал, 2005. - С. 58-59.
22. Елистратов С. Л. Комбинированные отопительные системы на базе тепловых насосов с электроприводом / С. Л. Елистратов // Матер. докл. Всероссийск. научно-практ. конф. с международным участием Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики / Под ред. Д. Д. Матиевского, П. К. Сеначина / Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова, г. Барнаул, 1720 октября 2007 г. - Барнаул: изд-во ОАО Алтайский дом печати, 2007. - С.
55-56.
23. Елистратов С.Л. Особенности применения тепловых насосов в природноклиматических условиях Сибири / С.Л. Елистратов // Сб. докл. X Всероссийск.
cовещ. Энергосбережение, энергоэффективность и энергетическая безопасность регионов России, Томск, 18-20 ноября 2009 г. - С. 102-105.
24. Елистратов С. Л. К вопросу создания ТНУ на базе поверхностных водных источников / С. Л. Елистратов // Cб. матер. V Семинара ВУЗов Сибири и Дальнего Востока Проблемы теплофизики и теплоэнергетики. Иркутск, 26-30 сентября 2007г. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. - С.50-53.
25. Елистратов С. Л. Экологические проблемы малых теплоисточников / Cб.
матер. V Семинара ВУЗов Сибири и Дальнего Востока Проблемы теплофизики и теплоэнергетики. Иркутск, 26-30 сентября 2007г. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. - С. 89-93.
26. Елистратов С. Л. Термокотельная как эффективный способ экономии органического топлива, повышения энергетической и экологической безопасности / С. Л. Елистратов, В. Е. Накоряков // Cб. материалов Программа энергоэффективности и энергобезопасности Новосибирской области до 2020 года. - Новосибирск, 2005. - Вып.1. - С. 257-265.
27. Елистратов С. Л. Тепловые насосы - одна из основных технологий энергосбережения в Новосибирской области / С. Л. Елистратов, В. Е. Накоряков // Cб. материалов Программа энергоэффективности и энергобезопасности Новосибирской области до 2020 года. - Новосибирск, 2005. - Вып.1. - С. 244 -248.
28. Елистратов С. Л. Автономные теплоисточники на базе низкопотенциального (15-25С) тепла сточных вод / С. Л. Елистратов, В. Е. Накоряков, А. И. Бивалькевич и др.// Cб. материалов Программа энергоэффективности и энергобезопасности Новосибирской области до 2020 года. - Новосибирск, 2005. - Вып.1. - С. 249-256.
29. Елистратов С. Л. Особенности использования теплового потенциала субтермальных подземных вод для создания теплонасосных систем теплоснабжения / С. Л. Елистратов // Cб. материалов Программа энергоэффективности и энергобезопасности Новосибирской области до 2020 года. - Новосибирск, 2005. - Вып.1. - С.266-272.