Определение геометрических параметров БГУ

 Как уже отмечалось, существуют биореакторы различной формы, однако наиболее широкое распространение получили биореакторы цилиндрической формы. Они наиболее эффективны и просты в эксплуатации. Для того чтобы увеличить КПД БЭУ, исследуем технические характеристики биореактора.

      Тепло, потребляемое на собственные нужды БЭУ затрачивается на подогрев биомассы и компенсацию теплопотерь через ограждающие конструкции (стенки, днище и крышку) биореактора и может быть определено по формуле

Q _{= =} ,                            (5.3.1)

где - коэффициент учитывающий степень заполнения биореактора,  = 0,9; с = 4,19*10^-3 МДж/кг – удельная теплоемкость субстрата; =1050 кг/м³ – плотность субстрата; А = 0,0864; -продолжительность цикла; V _б - объем биореактора;        t - температура в биореакторе; t _нв – температура наружного воздуха;

 - геометрический параметр, определяемый для цилиндрического биореактора по формуле

                 =3,69                                                       (5.3.2)

Объем цилиндрического биореактора 

                     V _б = , м³                                                                  (5.3.3)

Коэффициент теплопередачи может быть определен по формуле

                                                                                    (5.3.4)

где - коэффициент теплопередачи через стенки и днище биореактора; - коэффициент теплопередачи через крышку биореактора; - площадь стенок и длина биореактора; - площадь крышки биореактора.

  Коэффициент теплопередачи через стенки и днище биореактора

                ,                                                                             (5.3.5)

где - коэффициент теплопроводности изоляции; - толщина слоя изоляции.

Коэффициент теплопередачи через крышку биореактора

,                                                                          (5.3.6)

где - коэффициент теплопроводности газовой прослойки; - толщина газовой прослойки под крышкой биореактор

           , м                                                                                      (5.3.7)

Площадь цилиндрических стенок и круглого днища биореактора

, м²                                                                  (5.3.8)

Площадь круглой крышки биореактора

                                , м²                                                                       (5.3.9)

Подставляем формулы (4.3.2)-(4.39) в уравнение (2.3.1) получим

*

*                                          (5.3.10)

Минимальное значение затрат тепла на собственные нужды будет соответствовать условию 

                                                                                                 (5.3.11) 

т. е.

                  (5.3.12)

где ; ; ; ;

Отсюда оптимальное =0,79, сответствующее оптимальному значению геометрического параметра =5,57.

   Таким образом, оптимальные значения диаметра и высоты биореактора

                                      d _опт =   , м                                                        (5.3.13)

                                       H =0.79 d  , м                                               (5.3.14)

Результаты расчетов оптимальных размеров биореакторов с объемами от 1,0 до 125 м³ приведены в табл. 5.8.

 Таблица 5.8. Геометрические параметры биореакторов

V,м3	d,м	H,м	d опт,м	H опт,м
1,00	1,1	1,4	1,2	0,9
2,00	1,4	1,7	1,5	1,2
5,00	1,8	3,5	2,0	1,6
10,0	2,3	4,2	2,5	2,0
25,0	3,4	4,8	3,4	2,7
70,0	3,8	7,8	4,8	3,8
125,0	5,4	7,6	5,9	4,6

   

Как видно из табл. 2.8 для снижения теплопотерь через ограждающие конструкции целесообразно уменьшить высоту приблизительно на 30 % и увеличить диаметр биореактора на 10 %. Это позволяет существенно снизить теплопотери через ограждающие поверхности биореактора и затраты тепла на собственные нужды БЭУ и тем самым повысить КПД БЭУ.

 

 

Список литературы

1. Елистратов, В.В. Использование возобновляемой энергии: учебное пособие / В.В. Елистратов; Федеральное агентство по образованию, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. - СПб.: Издательство Политехнического университета, 2010. - 225 с.: схем., табл., ил. - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-7422-2110-4; То же [Электронный ресурс]. - URL: http: //biblioclub.ru/index.php?page=book&id=362973

2. Ляшков, В.И. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / В.И. Ляшков, С.Н. Кузьмин; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет». - Тамбов: Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. - 95 с.: ил., табл., схем. - Библиогр. в кн..; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=277820

3. Сибикин, Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. - М.; Берлин: Директ-Медиа, 2014. - 229 с.: ил., табл., схем. - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-4475-2717-4; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=257750

4. Удалов, С.Н. Возобновляемые источники энергии: учебное пособие / С.Н. Удалов. - 3-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск: НГТУ, 2014. - 459 с.: табл., граф., ил. - (Учебники НГТУ). - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-7782-2467-4; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=436051

5. Феткуллов, М.Р. Автономные системы теплоснабжения: учебно-практическое пособие / М.Р. Феткуллов; Министерство образования и науки Российской Федерации, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет, Институт дистанционного образования. - Ульяновск: УлГТУ, 2011. - 158 с.: ил., табл., схем. - Библ. в кн. - ISBN 978-5-9795-0720-0; То же [Электронный ресурс]. - URL: http:// biblioclub.ru/index.php?page=book&id=363224

6. Шишкин, Н.Д. Эффективное использование возобновляемых источников энергии для автономного теплоснабжения различных объектов: монография/ Астрахан. гос. техн. ун-т / Астрахан. гос. техн. ун-т — Астрахань: Изд-во АГТУ, 2012. — 208с.

7. Фортов В.Е., Попель О.С. Энергетика в современном мире: Научное издание – Долгопрудный: Изд. дом «Интеллект», 2011. 168 с.

8. Майдалян Т. Современные системы отопления: советы профессионала — М.:Дом.XXI век: Лада: РИПОЛ классик, 2007. — 170с. — [Дом для себя]

9. Никитенко, Г.В. Автономное электроснабжение потребителей с использованием энергии ветра: монография / Г.В. Никитенко, Е.В. Коноплев, П.В. Коноплев. - Ставрополь: Агрус, 2015. - 152 с.: табл., граф., схем., ил. - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-9596-1092-0; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=438729

10. Полонский В.М., Титов Г.И., Полонский А.В. Автономное теплоснабжение: учеб. пособие — М.: Издательство Ассоциации Строительных Вузов, 2006. — 152с.

11. Атдаев Д.И., Головчун С.Н. Автономные системы и источники энергоснабжения. Методические указания к практическим занятиям и самостоятельной работе по дисциплине «Автономные системы и источники энергоснабжения» для магистров направления 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» направленность «Тепломассообменные процессы и установки». Астрахань. АГТУ, 2017. 151 с. Образовательный портал АГТУ (portal.astu.org).