энергосбережение

Высокая теплопередающая способность ее достигается за счет того, что в

тепловой трубе осуществляется конвективный перенос тепла, сопровождаемый

фазовыми переходами (испарением и конденсацией) жидкости-теплоносителя.

При подводе теплоты к одному концу тепловой трубы жидкость нагревается,

закипает и превращается в пар (испаряется). При этом она поглощает большое

количество теплоты (теплота преобразования), которое переносится паром к

другому более холодному концу трубы, где пар конденсируется и отдает

поглощенную теплоту. Далее сконденсированная жидкость опять возвращается

в зону испарения. Этот возврат может осуществляться разными способами.

Самый простой из них заключается в использовании силы тяжести. При

вертикальном расположении тепловой трубы, когда зона конденсации

находится выше зоны испарения, жидкость стекает вниз непосредственноУпод

действием силы тяжести. Такой вариант тепловой трубы называется

термосифоном. Естественно, эффективность работы термосифонаТзависит от

Б

его ориентации относительно направления силы тяжести. Для исключения этого

недостатка в наиболее распространенных типах тепловых труб для возврата

жидкости в зону испарения используются капиллярные эффектыН. Для этого на

й

внутренней поверхности тепловой трубы располагают слой капиллярно-

пористой структуры (фитиль), по которому под де ствием капиллярных сил и

и

происходит обратное движение жидкости.

трубы

Принципиальная схема тепловой

с ф т лем изображена на рис. 6.2.

о

т

и

з

о

п

е

Рис. 6.2. Принципиальная схема тепловой трубы:

Р

1 кор

ус; 2 капиллярно-пористый слой (фитиль); направление

движ ния пара (направление переноса теплоты); направление движения

Т

Наиболее характерными областями применения тепловых труб являются

энергетика, машиностроение, электроника, химическая промышленность,

Н

сельское хозяйство. Широкое применение находят тепловые трубы приУ

обеспечении тепловых режимов космических аппаратов, для охлаждения

электронных приборов и систем, создания регенеративных теплообменников.

Б

Экспериментальная установка

й

питания

Основными элементами лабораторной установки (рис. 6.3) являются

укрепленные на штативах 1 тепловая труба 5 медный стержень 6 одинаковой

длины l и диаметра d. На нижних концах трубы стержня установлены

электрические нагреватели 2 одинаковой мощности, на которые подается

электрическое напряжение от блока

9. Выделяемая на нагревателях

по

тепловая мощность W измеряется в льтмет ом (U) и амперметром (I) 8, и

находится W = I ·U. Верхние к нцы тепловой трубы и стержня находятся в

холодильнике 11 и охлаждаю сяпрт

чной водопроводной водой. По длине

и

трубы и стержня ус ановлены три термопары 4 (две по концам и одна в

центре), определяющ е емпера уры в соответствующих точках. Показания

через

термопар

коммутацтонные устройства 7 регистрируются измерителем

малых ЭДС – самоп шущ м потенциометром КСП-4 и выводятся на печать.

о

п

е

Р

У

Т

Н

Б

й

и

р

о

т

и

з

о

п

е

Рис. 6.3. Схема лабораторной установки:

Р

трубы и медного стержня и зафиксировать показания вольтметра и

амперметра. Определив общую мощность W и разделив ее пополам,

получить мощность каждого из нагревателей тепловой трубы и

медного стержня и занести эти данные в табл. 6.1.

ТУ

3. Включить питание потенциометра КСП-4.

Поочередно

медном

стержне

соответствующие

времени. Показания каждой термопары пропечатываются цифрами,

соответствующими номеру термопары. По мере прогрева тепловой трубы и

Б

медного стержня будет наблюдаться рост температуры в каждой точке с

постепенным выходом на постоянное значение (стационарный режим).

Стационарным можно считать такой режим, при котором Нпоказания каждой из

й

термопар в соседних по времени точках будут отличаться менее чем на 10%.

и

Обратить внимание на то, что выход тепловой трубы на стационарный режим

осуществляется гораздо быстрее, чем медного стержня.

р

Через каждые 2 минуты (до выхода на стац онарный режим) снимать показания

Тепловая

потенциометра и заносить их

табл. 6.1.

Т а б л и ц а 6.1

и

труба

Медный стержень

т

Мощность

нагревателя, Вт

о

п

1

2

3

4

5

6

Номера термзпар

е

Время, мин.

Показания термопар, С

Р

2

4

…

12

, Вт/(м·К)

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА

й

В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ

и

Цель работы: изучение принципа п еоб азования энергии ветра в

электрическую энергию, ус р йстварветроколеса и определение коэффициента

о

мощности ветроэнерге ическ й устан вки.

Общие сведен я т

Ветер представляет собой движение воздушных масс земной атмосферы,

и

вызванн е перепадом температуры в атмосфере из-за неравномерного нагрева

ее С лнцем.зТаким образом, используемая энергия ветра является

ре браз ванн й в механическую энергией Солнца.

о

Устройства, реобразующие энергию ветра в полезную механическую,

эл ктрическую или тепловую виды энергии, называются ветроэнергетическими

п

установками (ВЭУ) или ветроустановками.

е

Энергия ветра в механических установках, например, на мельницах и в водяных

насосах, используется уже несколько столетий. После резкого скачка цен на

Рнефть в 1973 году интерес к таким установкам резко возрос. Большая часть

существующих ветроустановок построена в конце 1970-х–начале 1980-х годов

При правильной организации использования ветроэнергетики такой дешевый и

Т

неиссякаемый источник энергии, как ветер, может удовлетворить большую

часть потребностей в любой отрасли народного хозяйства. Установки,

Н

преобразующие энергию ветра в электрическую, тепловую и механическуюУ,

могут обеспечить:

Б

– автономное энергоснабжение различных локальных объектов (оросительные

системы, механизмы животноводческих ферм, вентиляцию, устройства

микроклимата и т.п.);

й

– горячее водоснабжение, отопление, энергообеспечение холодильных

агрегатов;

и

р

– подъем воды для садовых участков, на пастб щах и т.п.;

– откачку воды из систем вертикального гор зонтального дренажа и прочих

систем.

о

т

По сравнению с другими видами ист чников энергии ветроэнергетические

следующие

преимущества:

установки имеют

затрат

– отсутствие

на добычу и транспортировку топлива;

более

чем в 10 раз трудозатрат на сооружение ветроэнергетической

– снижение

устан вки по сравнению со строительством тепловых или атомных станций;

п

– шир кий техн л гический диапазон прямого использования энергии

е

ветроустановок (автономность или совместная работа с централизованными

с тями, совместимость с другими источниками возобновляемой энергетики и

т. .);

Р

– минимальные сроки ввода мощностей в эксплуатацию;

Вращение ветроколеса под действием ветра обуславливается тем, что в

принципе на любое тело, обтекаемое потоком газа со скоростью u0, действует

сила F , которую можно разложить на две составляющие: 1 – вдоль скорости

У

набегающего потока, называемую силой лобового сопротивления FC , и 2 – в

направлении, перпендикулярном скорости набегающего потока, называемую

подъемной силой FП (рис. 7.1).

Т

Н

Б

Рис. 7.1. Силы, действующ е на тело, обтекаемое потоком газа

формы

Величины этих сил зависят от

тела,йор ентации его в потоке газа и от

скорости газа. Действием этих сил

абоч й орган ветроустановки (ветроколесо)

приводится во вращение.

о

и

т

Ветроустановки классифицирую ся по двум основным признакам –геометрии

ветроколеса и его положению н сительно направления ветра.

ри

Если ось вращен я ве роколеса параллельна воздушному потоку, то установка

з

называется гор

онтально-осевой, если перпендикулярна – вертикально-осевой.

лесо

онтальной осью, использующее подъемную силу (двухили

Ветр к

г

пастн

ветроколесо), показано на рис. 7.2 (а, б, в, г).

трехл

е

Р

зависящим от конструкции ветроколеса;

o коэффициентом быстроходности Z, представляющим собой

отношение скорости конца лопасти к скорости ветра.

У

Т

При скорости ветра u0 и плотности воздуха ветроколесо с ометаемой

площадью S развивает мощность N = CN S u0

3/2 .

Н

Из этой формулы видно, что эта мощность пропорциональна кубу скорости

ветра.

Б

ВЭУ с большим геометрическим заполнен ем ветроколеса развивают

значительную мощность при относ тельно слабом ветре, и максимум мощности

й

достигается при небольших обо отах колеса. ВЭУ с малым заполнением

достигают максимальной мощности п больш х оборотах и дольше выходят

и

на этот режим. Поэтому первые исп льзуются, например, в водяных насосах и

р

храняют

аб тоспособность, а вторые – в качестве

даже при слабом ветре с

электрогенераторов, где

ребуе ся высокая частота вращения.

и

Экспериментальная усановка

Скор сть в

здушного потока в рабочей области трубы определяется с помощью

Работа выполняется на аэродинамической трубе 1 (рис. 7.3). В трубе воздушный

Пито

поток создается осевым вентилятором (на рисунке не показан). Величина

скор сти п т ка в трубе регулируется изменением тока питания вентилятора.

п

-Прандтля 2 и микроманометра 3. В рабочую зону трубы 1

трубки

е

установлено ветроколесо 4 с электрическим генератором 5. К генератору

одключена нагрузка 6. В цепь нагрузки подключены также вольтметр 7 и

Р

амп рм тр 8.