Авторы

Анализ циркуляционной системы термостатирования вращающегося теплообменника с однофазным водородом

DOI: 10.21047/1606-4313-2017-16-1-56-61
УДК 621.59

Анализ циркуляционной системы термостатирования вращающегося теплообменника с однофазным водородом

Борзенко Е.И., Зайцев А. В., Большаков Н.С., Заикин Е.И., Литвинович А.В.

Ссылка для цитирования: Борзенко Е.И., Зайцев А.В., Большаков Н.С., Заикин Е.И., Литвинович А.В. Анализ циркуляционной системы термостатирования вращающегося теплообменника с однофазным водородом // Вестник Международной академии холода. 2017. № 1. С. 56-61

Аннотация
Использование Nb₃Sn и Nb₃Ge в качестве сверхпроводящих материалов для изготовления сверхпроводниковых обмоток возбуждения позволяет повысить температуру в зоне криостатирования до водородных температур. Для уменьшения влияния повышения давления на тепловую стабилизацию сверхпроводника, происходящего от воздействия центробежного ускорения на теплоотдачу от сверхпроводника к криоагенту при свободной конвекции и кипении, может быть применен циркуляционный поток однофазного вещества при сверхкритических параметрах. Разработана комбинированная математическая модель циркуляционного контура криотурбогенератора, состоящая из элементов с распределенными и сосредоточенными параметрами. Представлены математические модели рекуперативного теплообменного аппарата с кипением криоагента в межтрубном пространстве и радиационного теплообменного аппарата с распределенными параметрами. Приведены результаты численного эксперимента для циркуляционного водорода. Показано, что при использовании водорода тепловая нагрузка криогенной установки на температурном уровне 18 К составляет 186 Вт, температура водорода при изменении расхода от 0,05 кг/с до 0,2 кг/с возрастает лишь на десятые доли градуса. Для всех исследованных режимов теплообмена характерны достаточно высокие значения коэффициента теплоотдачи α_i, находящиеся в пределах от 2000 Вт/(м2·К) до 2120 Вт/(м2·К).

Ключевые слова: криостатирование, сверхпроводники, теплообмен, коэффициент теплоотдачи, математическая модель.

Список литературы

1. Российская академия наук. Инновационные технологии в энергетике. Кн. 2. Инновационные водородные и сверхпроводниковые технологии для энергетики. Сборник статей. Под ред. О.М. Бударгина и С.П. Малышенко. – М.: Наука, 2012. 162 с.

2. C. Aprea, A. Greco, A. Maiorino, C. Masselli.The energy performances of a rotary permanent magnet magnetic refrigerator // International Journal of Refrigeration, 2016. Vol. 61. P. 1-11.

3. Архаров A.M., Беляков В.П. и др.Криогенные системы. Т. 2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем. – М.: Машиностроение, 1999. – 719 с.

4. Есельсон Б.И., Григорьев В.И. и др.Свойства жидкого и твердого водорода. − М.: Изд-во стандартов, 1978. 127 с.

5. Гамбург Д.Ю., Семенов В.П., Дубровин Н.В. и др.Водород: свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справочник. − М.: Химия, 1982. 672 с.

6. Зотов И.Л.Анализ термического состояния сверхпроводящих роторов электрических машин // Вопросы современной криогеники. − М. 1975. С. 55-69.

7. Куавда В.П., Счастливый Г.Г., Шаревский Б.А.Ротор электрической машины с криогенным охлаждением. Авторское свидетельство SU604086, 25.04.1978.

8. Антонов Ю.Ф., Данилевич Я.Б.Криотурбогенератор КТГ-20: опыт создания и проблемы сверхпроводникового электромашиностроения. – М.: Физматлит, 2013. 600 с.

9. Новотельнов В.Н., Суслов А.Д., Полтараус В.Б.Криогенные машины. – СПб.: Политехника, 1991. 335 с.

10. AkulovL.A., BorzenkoE.I., IsakeevA.I., NovotelnovV.N.Simulationduprocessusderefroidissamentd’unenroulementd’excitationsupraconducteurd’unalternateurdansdel’heliumhypercritiquesousrefroidissement// Documentsde16^eCongres. Jninterdusroi. Paris, 1983. P. 157-162.

11. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М.П. Малкова. − М.: Энергоатомиздат, 1985. 432 с.

12. G. Klempner, I. Kerszenbaum.Operation and Maintenance of Large Turbo Generators. 2004. Р. 580.

13. Антонов Ю.Ф., Данилевич Я.Б.Сверхпроводниковые топологические электрические машины. – М.: Физматлит, 2009. 362 с.

14. Акерман Р.А., Ласкарис Е.Т., Хуан С., Брэй Д.В.Система и способ для охлаждения сверхпроводящей роторной машины. Авторское свидетельство RU 2372675, 10.11.2009.

15. Борзенко Е.И., Зайцев А.В.Установки и системы низкотемпературной техники. Автоматизированный расчет и моделирование процессов криогенных установок и систем. Учеб. пособие. − СПб.: СПбГУНиПТ, 2006. 232 с.

Читать статью полностью