« 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 Тр1…Тр4 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
Wак = WП1 + WП2 + WК, кДж;
где WП1 – количество энергии, запасённой парафином при нагревании от начальной температуры ТН до конечной температуры ТК.
WП1 = mп cп (TК – TН ), кДж;
WП2 – количество энергии, запасённой парафином при плавлении
WП2 = mп Δh, кДж;
WК – количество энергии, запасённое корпусами капсул.
WК = mк cк (TК – TН ), кДж;
mп.,mк - масса парафина и корпусов соответственно, кг;
сп, ск - удельные теплоёмкости парафина и корпусов капсул соответственно, ;
ТН, ТК – начальная и конечная температура, 0С;
Δh – удельная теплота плавления парафина .
Количество энергии, подведённое к аккумулятору нагретым воздухом, равно
WВ=Gвсвτз (Твх-Твых),
где Gв- расход воздуха, кг/с
Gв=Vρв
V – объёмный расход воздуха м3/с,
ρв- плотность воздуха при температуре ;
св– удельная теплоёмкость воздуха, ;
τз - время работы нагревателя;
Твх – температура воздуха на входе в тепловой аккумулятор;
Твых – 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 τр, равняется
WР = Gвсв τр(Тр вых – Тр вх).
При разряде Тр вх = Токр.
Коэффициент отдачи теплоты аккумулятором за время разрядки
К = WР/ Wак
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
Тi = Ттрi – ΔТ,
где Ттрi - показания i-го термосопротивления;
ΔТ – поправка, которая определяется для каждого термосопротивления.
ΔТ = Ттр окр – Токр,
где Ттр окр - температура окружающего воздуха, замеренная термосопротивления;
Токр – 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 |
|
|