ВИКОРИСТАННЯ ТРУБКИ РАНКА-ХІЛЬША ДЛЯ ОПАЛЕННЯ

Колосовський С.В., Должикова О.В., Пятишкін Г.Г.

Донецький національный технічний університет

Останнім часом при дефіциті природного газу як джерела опалювання і гарячого водопостачання використовуються теплогенератори різної конструкції. Дуже часто по назві (теплогенератор кавітаційного типу, теплогенератор гідравлічний, гідродинамічний нагрівач, вихрова система опалювання, теплогенератор струменевого типу, кавитаційно-роторний теплогенератор і т.д.) складно дізнатися про принцип їх роботи.

Більшість таких пристроїв використовує ефект вихрової труби. Вхідний потік рідини або газу за рахунок своєї орієнтації в просторі набуває обертального руху і при розширенні розділяється на два потоки. Перший прямує в кільцеву щілину, продовжуючи початкову поступальну ходу, а другий - повертається, рухаючись назустріч першому в центральній області труби, і виходить через діафрагму.

Можна припустити, що молекули середовища, що мають велику кінетичну енергію, сильніше захоплюватимуться потоком, що обертається, і відцентровою силою відхилятися на периферію труби, формуючи область з вищою температурою. У центрі накопичуються «повільні» молекули середовища, забезпечуючи створення потоку з нижчою температурою. Варіюючи шириною щілини, можна регулювати витрати і температури холодного і гарячого потоків.

У режимі обігріву вихід холодного потоку з вихрової труби перекривають, з надією про постійність вихідної температури гарячого потоку.

До достоїнств апаратів вихрового типу можна віднести:

- простота конструкції - вони не мають жодної рухомої частини;

- поєднання в собі два пристрої: холодильника і нагрівача;

- можливість виконання вихрової труби будь-якої потужності і будь-якого розміру - від декількох метрів до декількох міліметрів.

У справжній роботі автори приводять аналіз результатів експериментальних досліджень вихрового теплогенератора при обігріві їм виробничого приміщення.

Габаритні розміри установки - 1600 х 650 х16 мм, вага - 650 кг

Напруга електричної мережі - 380 В, потужність електродвигуна - 45 квт.

Щільність теплоносія складала 1 кг/л, тиск 7 - 8 атм.

Маса підігрітого теплоносія - 3400 кг

Температура навколишнього повітря дорівнювала 18 °С.

Вихрова труба в установці працює із закритим холодним виходом.

Було проведено 2 експерименти з різними початковими температурами рідини. Час проведення кожного досліду - 2,5 години. Виміри температур рідини проводилися з інтервалом в 30 хвилин.

Температури теплоносія, що нагрівається, у вихровій трубі tн і рідини в бойлері tб приведені на малюнку 1.

Була розрахована споживана енергія за час проведення досліду:

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3, Дж

де: Q1 - кількість тепла, використовувана на нагрів води;

Q2 - кількість тепла, використовувана на нагрів металу конструкції;

Q3 - тепловтрати системи в навколишнє середовище.

Рис. 1 - Значення температур теплоносія в ході експерименту.

Тепло, використовуване на нагрів води, знайдено по формулі:

Q1 = m*(t2 -t1)*c1,

де: m - маса теплоносія, кг;

с1 - питома теплоємність теплоносія, Дж/(кг*К);

dt = t2 - t1 - температура теплоносія на початку і кінці випробувань, K.

Тепло, використовуване на нагрів установки і трубопроводів:

Q2 = (m1+ m2+m3)*(t2 -t1)*c2,

де: m1,m2,m3 - маси електронасоса, теплогенегатора і трубопроводів;

с2 - питома теплоємність сталі, Дж/(кг*К).

Тепловтрати в навколишнє середовище знайдені по формулі:

Q₃ = A*dt *F*v,

де F - площа неізольованої поверхні системи, м2;

^{A - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні установки навколишньому середовищу, Вт/(м2*К);}

^{v - час проведення досліду, с.}

^{У результаті розрахований ККД установки:}

^{n = (Qобщ/ Qпотр)*100% = 92%.}

^{Досліджуваний нагрівач дозволяє нагрівати рідину безпосередньо при її русі, що забезпечує екологічну чистоту, виключає зміну якісного складу рідині, появу накипу і інших несприятливих явищ в рідині, що нагрівається.}

^{Дана установка для отримання тепла, працює від електроенергії. Вона виявилася ефективнішою, ніж звичайна, така, що працює за рахунок використання природного газу. Не дивлячись на відносну дешевизну природного газу порівняно з електрикою, витрати, пов'язані з його подачею і експлуатацією газового устаткування, у ряді випадків призводять до невигоди його використання. Тому в даному випадку економічно доцільним виявилося використання індивідуального джерела гарячого водопостачання, побудованого на базі вихрової труби.}