Получение энергии, используя области с различной температурой фазового перехода

Вестник ТюмГУ. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика.


Выпуск:

2016. Том 2. №4

Название: 
Получение энергии, используя области с различной температурой фазового перехода


Об авторах:

Зубков Павел Тихонович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры фундаментальной математики и механики, Тюменский государственный университет; eLibrary AuthorID, pzubkov@utmn.ru

Нарыгин Эдуард Игоревич, аспирант кафедры фундаментальной математики и механики, Тюменский государственный университет; e.i.narygin@yandex.ru

Аннотация:

В этой статье показано численное исследование температурных волн в прямоугольной, цилиндрической и сферической областях. В данной работе рассматриваются области, в которых возможен фазовый переход между жидким и твердым агрегатным состоянием; коэффициент теплопроводности существенно различается для жидкой и твердой фазы. Для всех областей на границе заданы одинаковые периодические во времени граничные условия. Для численного решения задачи использовался алгоритм CONDUCT с использованием метода энтальпии. Наличие фазового перехода оказывает существенное влияние на распределение температуры внутри области. Было получено, что в момент времени, который находится достаточно далеко от начального момента времени, температура в точке никак не зависит от начального распределения температуры в начальный момент, а температура в любой точке внутри области будет изменяться с тем же периодом, что и температура на границе, а амплитуда колебания будет тем меньше, чем глубже внутри области будет находиться точка. В точках, находящихся далеко от границы области, будет поддерживаться постоянная температура — меньшая, чем средняя за период температура на границе области. Также была установлена зависимость постоянной температуры в центре рассматриваемых областей от температуры фазового перехода для различных значений скрытой теплоты плавления. Если соединить центры двух пластин, двух цилиндров, двух сфер с различными температурами фазового перехода, получим отличный от нуля средний тепловой поток за период. Объединяя это явление с эффектом Зеебека, мы получили схему источника энергии, основанного на термоэлектрическом эффекте.

Список литературы:

  1. Атманских М. Б. Температурные волны в грунте вблизи основания тепловыделяющего сооружения / М. Б. Атманских, И. П. Рило, А. В. Татосов // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2013. № 7. С. 146-153.
  2. Атманских М. Б., Зубков П. Т. Использование температурных волн для создания источника энергии. РНКТ-6 / М. Б. Атманских, П. Т. Зубков. М.: МЭИ, 2014. С. 1284-1287.
  3. Калиткин Н. Н. Численные методы / Н. Н. Калиткин. М.: Наука, 1978. 512 с
  4. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена / С. С. Кутателадзе. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.
  5. Лыков А. В. Теория теплопроводности / А. В Лыков. М.: Высшая школа, 1967. 599 с.
  6. Патанкар С. В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах / С. В. Патанкар. М.: МЭИ, 2003. 312 с.
  7. Патанкар С. В. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости / С. В. Патанкар. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с., ил.
  8. Сивухин Д. В. Общий курс физики: В 3 тт. / Д. В. Сивухин; Том 2. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Наука, 1975. 519 с.
  9. Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики / А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. М.: Наука. 1972. 736 с.
  10. Шамсундар Н. Применение метода энтальпии к анализу многомерной задачи теплопроводности при наличии фазового перехода / Н. Шамсудар, Е. М. Спэрроу // Теплопередача. 1976. № 3. С. 14-20.