« Утверждаю »

Зав. кафедрой « Э и НИЭ»

_______________ Сафонов В.А.

«______» _____________ 2005 г.

Лабораторная работа

по дисциплине: Аккумулирование энергии

Тема: Исследование характеристик теплового аккумулятора с плавящимся теплоаккумулирующим материалом

Инструктивно-методические указания

обсуждены и одобрены на заседании

кафедры «Э и НИЭ»

Протокол № от 2005 г.

г. Севастополь

Цель работы:

1.Изучить принцип работы и конструкцию капсульного аккумулятора тепловой энергии, использующего теплоту фазового перехода.

2.Исследовать изменение температуры элементов теплового аккумулятора в режимах зарядки и разрядки.

3.Определить количество тепловой энергии, подведённой к аккумулятору в режиме зарядки и запасённой в аккумуляторе в режиме зарядки, а также потерь в этом режиме.

4.Определить количество тепловой энергии, полученной от аккумулятора в режиме разрядки за определённое время, и количество отдачи тепла в этом режиме.

5.Построить графики зависимости температур Т₁ … Т₄ от времени τ в режиме зарядки и разрядки аккумулятора.

Схема лабораторной установки

Лабораторная установка для исследования характеристик аккумулятора тепловой энергии, использующего скрытую теплоту фазового перехода (рис 1) , состоит из физической модели аккумулятора, вентилятора, электрического нагревателя, термсопротивлений и вторичного прибора для визуального снятия значений измеряемых температур.

Рис. 1. Модель теплового аккумулятора

Модель аккумулятора тепловой энергии выполнена в виде теплоизолированного корпуса 1, внутри которого помещены 23 цилиндрических капсулы 2 , заполненные парафином. Через корпус вентилятором 3 продувается воздух. В режиме зарядки аккумулятора воздух подогревается электрическим нагревателем 4, представляющим собой спираль.

Контроль за динамикой процесса нагрева, охлаждения, градиентом температур теплоаккумулирующего материала осуществляется с помощью четырёх термосопротивлений 5…8, расположенных на входе и выходе из аккумулятора и в одной из капсул в верхней и нижней её части.

Выводы всех термосопротивлений Т_р1…Т_р4 подключены к вторичному прибору. Снятие показаний термосопротивлений производится поочерёдным включением термосопротивления посредством переключателя.

Описание работы

В режиме зарядки аккумулятора парафин получает теплоту от нагретого воздуха, который продувается через корпус. Температурный режим выбран таким образом, что при этом происходит не только нагрев, но и расплавление парафина (изменение его фазового состояния), в результате чего значительно увеличивается количество запасённой энергии во время зарядки, равное

W_ак = W_П1 + W_П2 + W_К, кДж;

где W_П1 – количество энергии, запасённой парафином при нагревании от начальной температуры Т_Н до конечной температуры Т_К.

W_П1 = m_п c_п (T_К – T_Н ), кДж;

W_П2 – количество энергии, запасённой парафином при плавлении

W_П2 = m_п Δh, кДж;

W_К – количество энергии, запасённое корпусами капсул.

W_К = m_к c_к (T_К – T_Н ), кДж;

m_п.,m_к - масса парафина и корпусов соответственно, кг;

с_п, с_к - удельные теплоёмкости парафина и корпусов капсул соответственно, ;

Т_Н, Т_К – начальная и конечная температура, ⁰С;

Δh – удельная теплота плавления парафина .

Количество энергии, подведённое к аккумулятору нагретым воздухом, равно

W_В=G_вс_вτ_з (Т_вх-Т_вых),

где G_в- расход воздуха, кг/с

G_в=Vρ_в

V – объёмный расход воздуха м³/с,

ρ_в- плотность воздуха при температуре ;

с_в– удельная теплоёмкость воздуха, ;

τ_з - время работы нагревателя;

Т_вх – температура воздуха на входе в тепловой аккумулятор;

Т_вых – температура воздуха на выходе из теплового аккумулятора.

Для разрядки аккумулятора отключается электрический нагреватель и тепловой аккумулятор отдаёт теплоту холодному воздуху.

Количество энергии, отведённой от теплового аккумулятора воздуху за определённое время разрядки τ_р, равняется

W_Р = G_вс_в τ_р(Т_{р вых} – Т_{р вх}).

При разряде Т_{р вх} = Т_окр.

Коэффициент отдачи теплоты аккумулятором за время разрядки

К = W_Р/ W_ак

Параметры лабораторной установки:

Массы (кг) : парафина – 0,35; корпусов капсул – 0,16.

Удельные теплоёмкости ( ):

воздуха – 1; парафина – 2,9; корпусов – 0,92.

Удельная теплота плавления парафина ( ) - 150.

Объёмный расход воздуха (м³/с) – 3,8 · 10^-3 .

Фактические температуры, замеренные термосопотивлениями, равны

Т_i = Т_трi – ΔТ,

где Т_трi - показания i-го термосопротивления;

ΔТ – поправка, которая определяется для каждого термосопротивления.

ΔТ = Т_{тр окр} – Т_окр,

где Т_{тр окр} - температура окружающего воздуха, замеренная термосопротивления;

Т_окр – температура воздуха, замеренная термометром.

Плотность воздуха

Таблица 1

t , 0С	Плотность, кг/м3	t, 0С	Плотность, кг/м3
0	1,293	60	1,060
20	1,205	80	1,000
40	1,128