Исследование эффективности теплоаккумулирующей системы на основе веществ с фазовым переходом для космической техники

21 Apr 2021, 14:15
15m
oral Sustainable cold chains Sustainable cold chains

Speaker

Mariia Volkovich (ITMO University)

Description

Ключевые слова: энергоэффективность, тепловой аккумулятор, вещества с фазовым переходом, космический аппарат.
Надежность и устойчивость энергоснабжения — важнейшие показатели современных энергетических систем. Необходимость повышения этих параметров — актуальная задача, которую необходимо решать с учетом непрерывного мирового роста потребления энергии, ограниченности ресурсов и перехода к возобновляемой энергетике. В последние годы быстрыми темпами растут инженерные и научные исследования в области разработки технологий накопления энергии [1]. Один из перспективных способов хранения энергии — применение аккумуляторов теплоты на основе различных веществ с фазовыми переходами (ВФП) [2,3].
В работе описывается экспериментальное и расчетное исследование эффективности теплоаккумулирующей системы термостабилизации космической техники посредством применения веществ с фазовым переходом «твердое тело-жидкость». Аккумулирование тепловой энергии позволяет стабилизировать температуру прибора в периоды максимального тепловыделения, а также предотвратить переохлаждение конструкции за счет скрытой теплоты плавления данного класса веществ [4]. В связи с непрерывно меняющимися энергетическими параметрами тепловой режим космической установки не является стационарным.
Выбор правильного теплоаккумулирующего материала жизненно важен, так как он напрямую влияет на тепловые характеристики теплоаккумулирующих устройств. В качестве вещества с фазовым переходом рассматривается стеариновая кислота (C18H36O2), характеризующаяся химической стойкостью и экономической доступностью [5].
В качестве теплоносителя выступает вода (H2O). Устройство теплового аккумулятора представляет собой систему тонких трубок цилиндрической формы, пронизывающих весь объем плавящегося вещества. Проведен ряд вычислительных экспериментов по моделированию работы испытательного стенда, исходя из которых, получена удобная для инженерного прогнозирования протекания процесса зависимость, определяющая распределение температуры теплоносителя t1 по времени. Также математическая модель позволяет определить приращение радиуса границы фазового перехода r2 в плавящемся веществе по мере увеличения температуры жидкости.
Анализ соотношения экспериментальных и расчетных данных позволяет оценить пригодность математической модели для расширения диапазона рабочих температур исследуемых веществ, а также определить величину нестационарного теплового потока.
1. Кубарьков Ю.П., Мурзакова И.М., Кулагина Т.А., Анисимов А.И. Проблемы и достижения технологии накопления энергии и ее применения в энергетических системах // Инновационные процессы в науке и образовании: межд. науч. - практ. конф. (Пенза, 5 января 2019). Пенза: Изд-во: "Наука и Просвещение"., 2019. – С. 92-95.
2. Nazir H., Batool M., Bolivar Osorio F.J., Isaza-Ruiz M., Xu X., Vignarooban K., Phelan P., Inamuddin, Kannanai A.M. Recent developments in phase change materials for energy storage applications: A review. Int. J. Heat Mass Tran., 2019, Vol. 129, P. 491-523. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.126
3. Бараненко А.В., Кузнецов П.А., Захарова В.Ю., Цой А.П. Применение веществ с фазовыми переходами для аккумулирования тепловой энергии //Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2018. – Т.18. - №6. – С. 990 – 1000.
4. Zeinelabdein, R., Omer, S., Gan, G., 2018. Critical review of latent heat storage systems for free cooling in buildings. Renew. Sustain. Energy Rev. 82, P. 2843–2868.
5. Cabeza L.F., Castell A., Barreneche C., De Gracia A., Fernández AI. Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011, Vol. 15, Issue 3. Р. 1675–1695. https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.11.018

Position of speaker Engineer
Affiliation of speaker Student, ITMO University
Publication International journal «Resource-Efficient Technologies»

Primary author

Mariia Volkovich (ITMO University)

Co-authors

Victoria Zakharova (ITMO University) Vladimir Korablev (ITMO University)

Presentation Materials