Численное моделирование теплообмена и вариантов его интенсификации в профилированных каналах термоэлектрической генераторной установки
DOI:
https://doi.org/10.5281/zenodo.10974658Ключевые слова:
термоэлектрические генераторные модули, эффект Зеебека, эффект Ранка-Хилша, энергетическая установка, генерация электроэнергии, перегородки, численное моделирование, теплообмен, каналы, прямоугольное поперечное сечениеЛицензия
Аннотация
В статье рассмотрено техническое решение, заключающееся в численном моделировании интенсификации теплообмена в автономных энергетических установках, служащих для генерации электроэнергии в районах, значительно удаленных от централизованной инфраструктуры, на которых присутствуют собственные энергоносители. Описана конструкция и принцип действия экспериментальной установки, созданной с целью проработки режимов эксплуатации и оптимизации конструкции. Представлены результаты численного моделирования процессов теплообмена в каналах указанной установки и различных вариантов его интенсификации. Выбранные варианты способствуют увеличению количества тепловой энергии, переданной термоэлектрическим генераторным модулям, росту мощности генерируемого тока, а также снижению капиталовложений за счет уменьшения количества модулей при той же величине электрической мощности, по сравнению с базовым вариантом исполнения.
Скачивания
Библиографические ссылки
1. Lee, Y-L. Metal Fatigue Analysis Handbook: Practical problem-solving techniques for computer-aided engineering / Y-L. Lee, M. E. Barkey, H-T. Kang // ButterworthHeinemann, Elsevier Inc., 2011. – 632 p.
2. Денисов, М. А. Математическое моделирование теплофизических процессов. ANSYS и CAE-проектирование: учебное пособие / М. А. Денисов. – Екатеринбург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2011. – 149 с.
3. Каплун, А. Б. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство / А. Б. Каплун. – М.: URSS, 2017. – 272 с.
4. Корякина, М. Л. Оценка возможностей утилизация тепла с помощью термоэлектрических генераторов в условиях Крайнего Севера / М. Л. Корякина // Энергия-2018: Тринадцатая международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: в 6 томах (Иваново, 03–05 апреля 2018 года). – Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2018. – С. 110.
5. Иброгимов, Р. И. К вопросу применения термоэлектрических генераторов для решения задач альтернативного электрического питания / Р. И. Иброгимов // Инновационные тенденции развития российской науки: Материалы XII Международной научно-практической конференции молодых ученых (Красноярск, 08–09 апреля 2019 года). – Красноярский государственный аграрный университет, 2019. – С. 161-163.
6. Гермагенов, С. С. Применение эффекта термоэлектрических элементов на основе законов Пельтье-Зеебека в условиях Крайнего Севера / С. С. Гермагенов, Р. Р. Ноговицын // Colloquium-Journal. – 2019. – № 13-2(37). – С. 30-34.
7. Сажин, И. Ю. Эффект Зеебека и его применение / И. Ю. Сажин, Е. А. Чабанов, Е. В. Чабанова // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. – 2020. – Т. 1. – С. 404-410.
8. Создание экспериментальной электрогенерирующей установки с применением вихревого эффекта Ранка-Хилша / Д. А. Базыкин, В. А. Ильичев, В. В. Курасов, А. В. Бараков // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды 24-й научно-технической конференции (Воронеж, 16 июня 2022 года). – Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2022. – С. 3-10.
9. Белоусов, А. М. Исследование возможностей повышения энергоэффективности вихревой трубы Ранка – Хилша / А. М. Белоусов, И. Х. Исрафилов, С. И. Харчук // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2015. – № 7-2. – С. 112-121.
10. Эксплуатация регулируемых вихревых труб Ранка-Хилша в экологически значимых промышленных установках очистки газов (аналитический обзор) / В. А. Девисилов, Д. А. Жидков, В. С. Спиридонов, О. В. Кирикова // Экология и промышленность России. – 2013. – № 12. – С. 14-19.
11. Chatterjee, M. 1-D model for mass transfer calculation in vortex tube using heat and mass transfer analogy / M. Chatterjee, S. Mukhopadhyay, P. K. Vijayan // American Journal of Heat and Mass Transfer. – 2017. – V. 4. – № 1. – P. 1-24. – DOI 10.7726/ajhmt.2017.1001.
12. Rafiee, S. E. Three-dimensional computational prediction of vortex separation phenomenon inside the Ranque-Hilsch vortex tube / S.E. Rafiee, M. B. M. Sadeghiazad // Aviation. – 2016. – V. 20. – № 1. – P. 21-31. – DOI 10.3846/16487788.2016.1139814.
13. Chatterjee, M. Experimental study of heat and mass transfer in RanqueHilsch Vortex tube / M. Chatterjee, S. Mukhopadhyay, P. K. Vijayan // Int J Adv Res. – 2016. – V. 4. – № 7. – P. 665-674. – DOI 10.21474/IJAR01.
14. Коновалов, В. И. Разработка расчета вихревых труб Ранка-Хилша / В.И. Коновалов, А. Ю. Орлов, К. Т. Кудра // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2012. – Т. 18. – № 1. – С. 74-107.
15. Орлов, А. Ю. Влияние конструктивных особенностей вихревых труб на параметры процесса термосепарации / А. Ю. Орлов, Н. В. Орлова, М. В. Савушкин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2013. – Т. 19. – № 3. – С. 619-624.
16. Численное моделирование интенсификации теплообмена в каналах термоэлектрической генераторной установки / Д. А. Базыкин, В. А. Ильичев, Е. А. Орехов, А. В. Бараков // Энергетические системы. – 2022. – № 3. – С. 8-16. – DOI 10.34031/ES.2022.3.001.
17. Лемминг, А. Э. Решение задач энергетического обеспечения автономных объектов на основе термоэлектрических модулей / А.Э. Лемминг, П.Г. Шостаковский // Инновации. – 2018. – № 5(235). – С. 9-13.
18. Шостаковский, П. Г. Современная промышленная термоэлектроэнергетика / П. Г. Шостаковский // Энергия: экономика, техника, экология. – 2017. – № 1. – С. 8-17.
REFERENCES LIST
1. Lee, Y-L. Metal Fatigue Analysis Handbook: Practical problem-solving techniques for computer-aided engineering / Y-L. Lee, M. E. Barkey, H-T. Kang // ButterworthHeinemann, Elsevier Inc., 2011. – 632 p.
2. Denisov, M. A. Matematicheskoe modelirovanie teplofizicheskikh protsessov. ANSYS i CAE-proektirovanie: uchebnoe posobie / M. A. Denisov. – Ekaterinburg: Federalnoe gosudarstvennoe avtonomnoe obrazovatelnoe uchrezhdenie vysshego professionalnogo obrazovaniia Uralskii federalnyi universitet im. pervogo Prezidenta Rossii B.N. Eltsina, 2011. – 149 s.
3. Kaplun, A. B. ANSYS v rukakh inzhenera: Prakticheskoe rukovodstvo / A. B. Kaplun. – M.: URSS, 2017. – 272 s.
4. Koriakina, M. L. Otsenka vozmozhnostei utilizatsiia tepla s pomoshchiu termoelektricheskikh generatorov v usloviiakh Krainego Severa / M. L. Koriakina // Energiia-2018: Trinadtsataia mezhdunarodnaia nauchno-tekhnicheskaia konferentsiia studentov, aspirantov i molodykh uchenykh: v 6 tomakh (Ivanovo, 03–05 aprelia 2018 goda). – Ivanovo: Ivanovskii gosudarstvennyi energeticheskii universitet im. V.I. Lenina, 2018. – S. 110.
5. Ibrogimov, R. I. K voprosu primeneniia termoelektricheskikh generatorov dlia resheniia zadach alternativnogo elektricheskogo pitaniia / R. I. Ibrogimov // Innovatsionnye tendentsii razvitiia rossiiskoi nauki: Materialy XII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii molodykh uchenykh (Krasnoiarsk, 08–09 aprelia 2019 goda). – Krasnoiarskii gosudarstvennyi agrarnyi universitet, 2019. – S. 161-163.
6. Germagenov, S. S. Primenenie effekta termoelektricheskikh elementov na osnove zakonov Pelte-Zeebeka v usloviiakh Krainego Severa / S. S. Germagenov, R. R. Nogovitsyn // Colloquium-Journal. – 2019. – № 13-2(37). – S. 30-34.
7. Sazhin, I. Iu. Effekt Zeebeka i ego primenenie / I. Iu. Sazhin, E. A. Chabanov, E. V. Chabanova // Innovatsionnye tekhnologii: teoriia, instrumenty, praktika. – 2020. – T. 1. – S. 404-410.
8. Sozdanie eksperimentalnoi elektrogeneriruiushchei ustanovki s primeneniem vikhrevogo effekta Ranka-Khilsha / D. A. Bazykin, V. A. Ilichev, V. V. Kurasov, A. V. Barakov // Fiziko-tekhnicheskie problemy energetiki, ekologii i energoresursosberezheniia: trudy 24-i nauchno-tekhnicheskoi konferentsii (Voronezh, 16 iiunia 2022 goda). – Voronezh: Voronezhskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet, 2022. – S. 3-10.
9. Belousov, A. M. Issledovanie vozmozhnostei povysheniia energoeffektivnosti vikhrevoi truby Ranka – Khilsha / A. M. Belousov, I. Kh. Israfilov, S. I. Kharchuk // Izvestiia Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. – 2015. – № 7-2. – S. 112-121.
10. Ekspluatatsiia reguliruemykh vikhrevykh trub Ranka-Khilsha v ekologicheski znachimykh promyshlennykh ustanovkakh ochistki gazov (analiticheskii obzor) / V. A. Devisilov, D. A. Zhidkov, V. S. Spiridonov, O. V. Kirikova // Ekologiia i promyshlennost Rossii. – 2013. – № 12. – S. 14-19.
11. Chatterjee, M. 1-D model for mass transfer calculation in vortex tube using heat and mass transfer analogy / M. Chatterjee, S. Mukhopadhyay, P. K. Vijayan // American Journal of Heat and Mass Transfer. – 2017. – V. 4. – № 1. – P. 1-24. – DOI 10.7726/ajhmt.2017.1001.
12. Rafiee, S. E. Three-dimensional computational prediction of vortex separation phenomenon inside the Ranque-Hilsch vortex tube / S.E. Rafiee, M. B. M. Sadeghiazad // Aviation. – 2016. – V. 20. – № 1. – P. 21-31. – DOI 10.3846/16487788.2016.1139814.
13. Chatterjee, M. Experimental study of heat and mass transfer in RanqueHilsch Vortex tube / M. Chatterjee, S. Mukhopadhyay, P. K. Vijayan // Int J Adv Res. – 2016. – V. 4. – № 7. – P. 665-674. – DOI 10.21474/IJAR01.
14. Konovalov, V. I. Razrabotka rascheta vikhrevykh trub Ranka-Khilsha / V.I. Konovalov, A. Iu. Orlov, K. T. Kudra // Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. – 2012. – T. 18. – № 1. – S. 74-107.
15. Orlov, A. Iu. Vliianie konstruktivnykh osobennostei vikhrevykh trub na parametry protsessa termoseparatsii / A. Iu. Orlov, N. V. Orlova, M. V. Savushkin // Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. – 2013. – T. 19. – № 3. – S. 619-624.
16. Chislennoe modelirovanie intensifikatsii teploobmena v kanalakh termoelektricheskoi generatornoi ustanovki / D. A. Bazykin, V. A. Ilichev, E. A. Orekhov, A. V. Barakov // Energeticheskie sistemy. – 2022. – № 3. – S. 8-16. – DOI 10.34031/ES.2022.3.001.
17. Lemming, A. E. Reshenie zadach energeticheskogo obespecheniia avtonomnykh obieektov na osnove termoelektricheskikh modulei / A.E. Lemming, P.G. Shostakovskii // Innovatsii. – 2018. – № 5(235). – S. 9-13.
18. Shostakovskii, P. G. Sovremennaia promyshlennaia termoelektroenergetika / P. G. Shostakovskii // Energiia: ekonomika, tekhnika, ekologiia. – 2017. – № 1. – S. 8-17.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Статьи журнала «Вестник Донецкого университета. Серия 04. Технические науки» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Донецким Государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
