Конференция посвященная 80-летию академика М.С.Саидова
г. Ташкент, 24 - 25 ноября 2010 г.
84
давление водяного пара в окружающей среды.
В нашем примере Рг = Ро- Рвл в таком случи парциальное давление водяного пара Рв и погра- ничном слое материала Рвмзависит от Ρв =f ( Vв, Ро) и Рвм=f (tв, Xв ) следовательно, расход воздуха также как: Vв= f ( Ро, tв, Xв). В процессе сушки поступающий сушильный агент (воздух) в камеру встречается с влажным материалом. В связи чего происходит нагрев материала и испарение влаги.
Количества поступающего воздуха можно сформулировать: Gв =Gвух +Gвотр. Здесь Gвух-количества уходящего воздуха; Gвотр-количества отработанного воздуха.
Таким образом, в нашем примере в процессе сушки часть отработавшего воздуха с парамет- ром φ2, t2, Х2, I2 смешивается со свежим воздухом, имеющие параметры φо, tо, Хо, Iо
Однако, парциальное давление водяных паров в циркулирующем воздухе уменьшает движу- щую силу процесса, это свои время требует регулировать определенный влажность, температуру и скорости воздуха в камере сушки. Предлагаемой сушильной (периодической) установке скорость выражается ,
п в
в S
=V
ϑ здесь объемный расход равно Vв =ϑв ⋅Sп. где Sп- площадь поперечного сечения пода, м2, который равно: Sп =L⋅В⋅ξ, В- ширина пода, м; L- длина пода, м; ξ - коэффици- ент прохода потока воздуха через слой продукт, равно от 0,25-0,33. При известной равновесной кон- центрации Хр можно воспользоваться уравнением переноса влаги из поверхности материала к газо- вой фазе:
(
Х Хр)
S d F
dm =β⋅ ⋅ −
τ
С другой стороны, определенный вклад вносит турбулизация газовой фазы, имеющая место сушильном аппарате и фиксируемая нами в форм типовой модели идеального перемешивания.
Литература
1. Гинзбург А.С., СавинаИ.М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов.-М.: Лег- кая и пищевая промышленность. 1982.-280 с.
2. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств./ С.М.Гребенюк, Н.С. Михее- ва, Ю.П. Грачев и др.-М.: Агропромиздат, 1987.-304с.
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ЭНЕР- ГЕТИКЕ
Захидов Р. А., Абдурахманов Г., Маматкулова С. А.
Институт энергетики и автоматики АН РУз, 100125 Ташкент, Дурмон йули, 29 E-mail: gulmirzo@mail.ru
Для современной цивилизации энерговооруженность и энергетическая безопасность являются важнейшими факторами, определяющими ее экономическое процветание. Однако наращивание энер-
Конференция посвященная 80-летию академика М.С.Саидова
г. Ташкент, 24 - 25 ноября 2010 г. 85 гетических мощностей зачастую наносит вред экологической безопасности.
Основные поставщики электроэнергии – тепловые электростанции – имеют первичный к.п.д.
менее 35%. Остальные 65% энергии, выделяющейся при сгорании топлива, используются для получе- ния горячей воды (тепла), а также рассеиваются в окружающей среде в виде так называемого энерге- тического мусора – низкопотенциального теплового потока. Даже с применением экономайзеров и рекуператоров тепла лучшие электростанции мира имеют итоговый к.п.д. не более 90 %. Если доба- вить к этому энергетический мусор, создаваемый двигателями внутреннего сгорания автомобилей, тракторов, дизель-генераторов и т. д., то преобразование даже 10 % энергетического мусора в полез- ную энергию даст доходы в сотни млрд долларов США. При этом мы не учли экологические послед- ствия уменьшения выбросов энергетического мусора.
Поэтому утилизация энергетического мусора от действующих и создаваемых источников энергии является чрезвычайно актуальной экологической и экономической задачей (см., например, [1]). Однако традиционные способы преобразования тепловой энергии в электрическую с механиче- ским звеном – паровые турбины, двигатели внешнего сгорания – экономически не оправданы из-за того, что температура рабочего тела низкая.
Наиболее подходящим для этой цели во всем мире считается термоэлектрический преобразо- ватель, основанный на эффекте Зеебека [2]. Общее достоинство термоэлектрических преобразовате- лей – простота конструкции, отсутствие технического ухода и большой срок службы (десятки лет).
Недостаток существующих термоэлектрических преобразователей – высокая цена (более 10000 долл.
США/кВт), обусловленная применяемыми материалами и сложностью технологии изготовления (на основе кристаллических полупроводников типа Bi2Te3-Sb2Te3 или Si-Ge). Для сравнения – цена ди- зель-генераторов составляет около 500 долл. США/кВт, а стационарных электростанций – около 1000 долл. США/кВт. К тому же термоэлектрический преобразователь создает постоянный ток, в то время как основные потребители рассчитаны на переменный ток с частотой 50 (60) Гц. Но здесь современ- ные полупроводниковые преобразователи на основе тиристоров и транзисторов (полевые, биполяр- ные и IGBT) решают проблему.
Важным моментом является правильный выбор критериев для оценки разных методов полу- чения электроэнергии. Используемые в настоящее время методы, основанные на сопоставлении к.п.д.
и цены, на наш взгляд, не отражают реальных возможностей этих методов. Например, все генератор- ные устройства с механическим звеном требуют постоянного технического ухода (смазка, замена из- ношенных узлов и элементов), что подразумевает квалифицированных специалистов, комплектую- щих, материалов и существенно влияет на стоимость производимой электроэнергии. Но при сравне- нии методов преобразования этот момент не учитывается. А термоэлектрические преобразователи, не имеющие подвижных элементов, практически не требуют ухода и соответственно не имеют эксплуа- тационных расходов. Они бесшумны, постоянно готовы к работе. Поэтому основным показателем термоэлектрического преобразователя при утилизации энергетического мусора следует считать не коэффициент полезного действия, а его стоимость – преобразуемая тепловая энергия не только бес- платная, но даже приходится прямо или косвенно платить за ее выброс!
Исходя из изложенных соображений, в последние десятилетия возобновился интерес к иссле- дованиям термоэлектрических материалов и их свойств. Исследования ведутся в нескольких направ- лениях:
- изучение путей повышения эффективности классических материалов – халькогенидов вис- мута с различными добавками и модификацией структуры, при одновременном совершенствовании технологии и снижении себестоимости преобразователей;
- исследование термоэлектрических свойств различных силицидов и сульфидов, которые, как ожидается, могут обеспечить высокую эффективность преобразования. Например, уже достигнут к.п.д. 10 % против 5-7 % в халькогенидах висмута. Сообщалось даже, что достигнут к.п.д. 40 % на сульфидах, однако мы считаем эти цифры сильно завышенными;
- кристаллические и поликристаллические материалы на основе редкоземельных и переход- ных элементов;
- кремний и его твердые растворы;
- различные наноструктуры и наноструктурированные материалы, сверхрешетки;
Конференция посвященная 80-летию академика М.С.Саидова
г. Ташкент, 24 - 25 ноября 2010 г.
86
- легированные оксидные стекла.
Был оценен коэффициент термоэдс графена [3] и получено рекордное значение в 30 мВ/К, что может открыть широкие перспективы для этого пока экзотического материала.
К сожалению, все перечисленные материалы, кроме оксидных стекол, относятся к редким и дòроги (табл.), а технология производства преобразователей из них сложна. Поэтому термоэлектриче- ские преобразователи на их основе имеют высокую удельную стоимость.
Исследования термоэлектрических свойств легированных оксидных стекол, выполненные впервые авторами настоящего доклада [3,4], показали, что в них достигаются значения коэффициента термоэ.д.с., сравнимые с коэффициентом термоэ.д.с. классических материалов (80 – 1000 мкВ/К).
Термоэлектрические генераторы на основе этих стекол могут быть дешевыми (500 – 1000 долл. США/кВт), так как
- исходные материалы (кварцевый песок, свинцо- вый сурик, борный ангидрид, оксиды железа, марганца, меди и т. д.) сравнительно дешевые;
- технология производства этих стекол и преобра- зователей не требует вакуумного оборудования или особых рабочих сред, все технологические операции выполняются на воздухе;
- технология изготовления преобразователей из этих стекол приспособлена для массового производства (форма и размеры задаются сетчатым трафаретом);
- активные элементы преобразователей можно на- носить на металлические листы большой площади (напри- мер, 0,25 – 0,5 м2);
- имеют низкие значения теплопроводности и удельного сопротивления;
- малая толщина активного слоя преобразователя (≈25-100 мкм) облегчает сборку в пакет пластинчатых пре-
образователей - общая толщина отдельной пластины преобразователя определяется металлической подложкой и может составить 0,5 – 1,5 мм. Это также позволяет устанавливать такие преобразователи вдоль дымоходов или выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин и других тепловых машин, не создавая заметного аэродинамического сопротивления.
Толстопленочные термоэлектрические преобразователи на основе дешевых оксидных стекол могут стать перспективным направлением в автономных маломощных (до 2-5 кВт) системах электро- снабжения, поскольку позволяют использовать практически любой источник тепла.
Литература
1. С. Алексеенко. Энергетика, нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение // Наука в Сибири, N 50 (2536), 23 декабря 2005 г.
2. http://www.ictt.by/NanoAdvertisment/pojectcomments.html
3. D. Dragoman and M. Dragoman, Giant thermoelectric effect in graphene // Appl. Phys. Lett. 91, 203116 (2007); doi:10.1063/1.2814080.
4. Abdurakhmanov G., et all, Phys. St. Solidi (a) 202,1799 (2005).
5. Абдурахманов Г., и др. Узбекский физический журнал 7, №3, 187 (2005).
СИСТЕМА ТЕПЛО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ СОЛНЕЧНОЙ ТЕПЛОНАСОС- НОЙ УСТАНОВКИ.
Захидов Р.А., Анарбаев А.И.
Институт энергетики и автоматики, anizan6004@mail.ru
Солнечные коллекторы для эффективного и надежного решения задач тепло- и хладоснабже- Материал Цена, долл. США/кг
Bi 4 987
Sb 10 280,8
Te 2 067,5
Se 1 420,0
S 694,38
Ge 11 416,8
Ag 8 974,4
Pb 1 002,5
Sn 7100,0
Si поликр. 25 - 400
Si монокр. 8000 - 9000 Стоимость материалов для термоэлек- трических преобразователей
