ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР-ДЕСТРУКТОР

Полезная модель относится к теплотехнике и предназначена для деструкции биомасс с целью получения биогаза в фермерских хозяйствах и крестьянских подворьях.
Известен гидравлический теплогенератор для нагрева жидкостей, который может быть использован в системах отопления зданий и сооружений, транспортных средств, подогрева воды для производственных и бытовых нужд, сушки сельхозпродуктов, для подогрева непосредственно в трубопроводе вязких жидкостей типа нефти с целью снижения их вязкости и улучшения ее реологических свойств.
Этот теплогенератор содержит струе закручивающий узел, вихревую цилиндрическую камеру с выходным патрубком, тормозное устройство и перепускную магистраль.
В процессе вихревого движения и торможения жидкость в рабочей камере активируется, нагревается, и из выходного патрубка истекает горячая вода. Часть горячей воды для повышения эффективности работы теплогенератора может отводиться от его выхода на вход через перепускную магистраль (трубу).
Вихревые теплогенераторы статичны и достаточно просты, они не содержат подвижных элементов, за исключением, рабочего тела.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой полезной модели является теплогенератор для нагрева жидкостей, патент России №2045715. Опубликован 10.10.1995.
Однако известный теплогенератор имеет существенные недостатки: не оптимизированные геометрические параметры конструкционных узлов и, применительно к использованию заявляемой модели, сложен, громоздок и дорог. Целью предложения является устранение названных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что: а) теплогенератор оснастили ускорителем движения жидкости диаметром 170 мм и шириной 40 мм, выполненным в виде циклона, в котором наклонной поверхностью является только одна сторона, торцевая часть соединена с цилиндрической частью корпуса и закрывается боковой крышкой; б) в основании цилиндрической части теплогенератора, противолежащей циклону, смонтирован резонатор в виде шести камертонных пластин с размерами 100×34×8, закрепленных на крышке реактора с выходным отверстием диаметром 40 мм; в) для усиления резонансного эффекта теплогенератор выполнен с соотношением диаметра цилиндрической части корпуса к ее длине 1 к 8, то есть при диаметре 100 мм корпус имеет длину 800 мм.
На фиг.1 показан чертеж модернизированного теплогенератора-деструктора и его составные части.
Теплогенератор-деструктор содержит крышку (1), улитку (2) (показан набор сменных улиток), вихревую цилиндрическую камеру (3), представляющую собой трубу с обеих торцов оснащенную фланцами (4), резонатор (5), выходной патрубок с фланцем (6).
Теплогенератор-деструктор позволяет получать биогаз путем деструкции биомасс и, кроме того, осуществлять исследование удельного энергопотребления для нагрева 1 кг воды на 1°C (Вт·ч/кг·°C).
Работа теплогенератора-деструктора заключается в том, что среда (вода, биомасса) нагнетается насосом в улитку, обеспечивающую тангенциальный ввод потока холодной жидкости в пристеночную область цилиндрической вихревой камеры. В вихревой камере тангенциально введенный поток закручивается, ускоряется и, вращаясь, движется вдоль камеры по направлению к выходному патрубку, перед которым затормаживается специальным устройством и поступает наружу потребителю через выходной патрубок.
Для оптимизации геометрических параметров основных узлов разработана имитационная модель теплогенератора-деструктора и, сначала, выполнена конструкционная часть имитационной модели с использованием пакета Solid Works 2010 for Windows для ПЭВМ на основании оптимальных геометрических параметров, определенных при спланированных многофакторных экспериментах. Затем выполнено решение полученной математической модели методом граничных условий и ее визуализация в прикладном пакете Cosmos Flo Works. Имитационная модель подтвердила адекватность расчетных данных модели, в том числе, зависимость нагрева жидкости от давления на входе в теплогенератор-деструктор.
уд
Определение удельного расхода электроэнергии (W) для нагрева 1 кг воды на 1°C (Вт·ч/кг·°C) осуществлялось на основании экспериментальных данных по уравнению:
уд
ф
1
=
WW/(G·Δt),
где W - количество электроэнергии, потребленной электродвигателями насосов в течение часа, Вт·ч;
ф
G - количество воды, нагретой в течение часа, кг;
1
Δt - разница, между температурой воды на выходе из теплогенератора-деструктора и на входе в него в начале испытаний, °C.