МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ТЕПЛООБМІНУ В ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНОМУ ГЕНЕРАТОРІ, ПРИЗНАЧЕНОМУ ДЛЯ РЕКУПЕРАЦІЇ ЕНЕРГІЇ ПОБУТОВОЇ ОПАЛЮВАЛЬНОЇ ПЕЧІ
DOI:
https://doi.org/10.32782/KNTU2618-0340/2021.4.2.2.11Ключові слова:
термоелектричний генератор, теплообмін, математична модель, побутова піч, рекуперація, димові газиАнотація
Зменшення запасів органічного палива у світі та його подорожчання для споживачів викликає необхідність скорочення витрат на енергоспоживання будівель. В українських селах у більшості випадків використовується грубне опалення. Тому актуальним є забезпечення вироблення електричної енергії за рахунок використання термоелектричного генератора (ТЕГ), що приєднується до димоходу і використовує енергію димових газів. В результаті будинок в опалювальний сезон генеруватиме електричну енергію і може бути практично незалежним по цьому виду енергії. Незважаючи на те, що існує значна кількість досліджень, присвячених термоелектричним матеріалам, роботі різних пристроїв теплообміну, різним конструкціям ТЕГ (включаючи опис правил їх проектування), математична модель безпосереднього використання енергії відпрацьованих газів побутової печі, в якій біомаса спалюється на відкритому вогні, досі відсутня. В роботі розглянуто математичну модель процесу теплообміну під час використання ТЕГ для утилізації залишкової енергії димових газів побутової печі, що дозволяє одержати електричну енергію для внутрішньо-побутового споживання. За основу генератора обрано термоелектричний модуль Альтек-1024 виготовлення української фірми. За певною конструкцією термоелектричного генератора проведений тепловий розрахунок на основі рівнянь теплового балансу. Було отримано систему двох рівнянь переносу енергії димових газів через поверхню ТЕМ. Вирішення цієї системи з урахуванням залежності від температури основних характеристик димових газів, таких як щільність, питома теплоємність, коефіцієнт теплопровідності, надало можливість одержати залежність потужності відбору теплової енергії від площі внутрішньої поверхні генератора. З одержаної залежності випливає, що застосування модулів Альтек-1024 у кількості 3 штук надає можливість відібрати із димових газів потужність біля 1 кВт. Відповідна розрахункова кількість електричної енергії складає 100 Вт. Таке значення, у середньому, перекриває мінімальну норму споживання електричної енергії індивідуального будинку.
Посилання
Punnachaiya S., Kovitcharoenkul Р., Thong-aram D. Development of low grade waste heat thermoelectric power generator Songklanakarin. Journal of Science and Technology. 2010. Vol. 32, № 3. Р. 307–313.
Favarel С., Champier D. et all. Thermoelectricity, a Promising Complementarity with Efficient Stoves in Off-Grid-Areas. Journal of Sustainable Development of Energy Water and Environment Systems. 2015. Vol. 3. Issue 33. P. 256–268. DOI:10.13044/j.sdewes.2015.03.0020.
Weidenkaff A. Thermoelectricity for future sustainable energy technologies. The European Physical Journal Conferences. 2017. Vol. 148. P. 11. DOI:10.1051/epjconf/201714800010.
Исмаилов Т. А., Мирземагомедова М. М. Исследование стационарных режимов работы устройств термоэлектрического теплообмена. Вестник Дагестанского Государственного Технического Университета: Технические науки. 2016. Т. 40, № 1. С. 23–30. DOI 10.21822 / 2073-6185-2016-40-1-23-30.
Politicin B. M., Litvinova M. B., Shtanko O. D., Karpova S. O. Energy recovery device for the internal combustion engine. Naukovyi visnyk Natsionalnohо hirnychoho unіversytetu. 2017. № 3. P. 82–89.
Хамза А. А. Вибір та обгрунтування параметрів дизель-електричної станції із системою утилізації теплоти: дис. … канд. техн. наук за спец. 05.05.03. НТУ "Харьківський політехнічний ун-т". Харків, 2017. 254 с.
