Analiza numeryczna pracy urządzeń grzewczych małej mocy zasilanych biomasą

• Autorzy: Szubel M. , Filipowicz M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.77

Warianty tytułu

EN

The numerical analysis of operation of the small – scale biomass heating devices

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesne urządzenie grzewcze niewielkiej mocy, do zastosowań w energetyce rozproszonej, powinno cechować się wysoką sprawnością konwersji energii i parametrami pracy spełniającymi wymagania, związane z ochroną środowiska. Ponadto istotne jest zachowanie prostoty budowy, co pozwala na redukcję kosztów wykonania takiej jednostki. Analiza numeryczna to obecnie najefektywniejsza forma prowadzenia procesu optymalizacji parametrów pracy pieców, czy kotłów, ze względu na szybkość uzyskiwania wyników i brak konieczności wykonania kolejnych prototypów. Sprowadzenie rzeczywistego urządzenia do postaci modelu teoretycznego pozwala na rozwiązanie wielu problemów, dotyczących m.in. optymalizacji transferu ciepła, dystrybucji powietrza w procesie spalania, charakterystyki procesu spalania, czy parametrów spalin. W artykule przedstawiono szereg możliwości zastosowania narzędzi analizy numerycznej do określenia parametrów pracy wymiennika akumulacyjnego, stanowiącego element instalacji pieca grzewczego małej mocy, zasilanego biomasą (głównie drewnem kawałkowym). W ramach prac badawczych wykonano pomiary temperatury spalin i prędkości ich przepływu wewnątrz kanału wymiennika. Walidację modelu przeprowadzono na podstawie pomiaru temperatury na wlocie i wylocie z przewodu, łączącego komorę spalania z czopuchem, przy czym osiągnięty został satysfakcjonujący stopień zgodności danych eksperymentalnych i rezultatów obliczeń. Prezentowane wyniki symulacji pozwoliły m.in. na ocenę wpływu geometrii akumulacyjnego wymiennika ciepła na stopień odzysku energii cieplnej ze spalin oraz obserwację rozkładu temperatury na powierzchni masy akumulacyjnej. Przeprowadzono także analizy, dotyczące charakterystyki przepływu gazów w obrębie kanału spalinowego wymiennika.

EN

Contemporary small-scale heating devices for applications in households have to be characterized by high efficiency of the energy conversion and operation parameters, which meet requirements related with the environment protection. Moreover, it is important to maintain relatively simple design, what provides reduction of the production costs. The numerical analysis is currently the most effective method for conduction of the optimization process, also in case of heating devices, such as biomass boilers or accumulative furnaces. The paper presents serie of possibilities to use numerical analysis tools for definition of the parameters of accumulative heat exchanger operation. Studied device is an integral element of system of small-scale biomass (mainly hardwood) furnace. In frames of experimental works, measurement of temperature and velocity of exhaust inside exchanger duct has been performed. The temperature distribution on the outer surface of accumulative mass has been found with use of infrared camera. Validation of numerical model was performed by measurement of temperature at the inlet and outlet of heat exchanger. Good agreement of experimental data and simulation has been reached. Results of numerical modeling, which are presented in the paper allowed to evaluate influence of exchanger geometry on degree of thermal energy accumulation and observation of temperature distribution on the surface of accumulative mass. Characteristic of the gas flux inside exhaust duct has been defined.

Słowa kluczowe

PL

układ grzewczy; gospodarstwo domowe; biomasa; piec opalany drewnem; wymiennik ciepła zintegrowany; akumulacja ciepła; modelowanie numeryczne; CFD

EN

heating system; household; biomass; wood furnace; integrated heat exchanger; heat accumulation; numerical modelling; CFD

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 62, nr 2
• Strony: 477--486
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., il.

Twórcy

autor

Szubel M.

• AGH Akademia Górniczo–Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Kraków

autor

Filipowicz M.

• AGH Akademia Górniczo–Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków

Bibliografia

• [1] Kordylewski W.: Spalanie i Paliwa, Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2008.
• [2] Kruczek K.: Kotły. Konstrukcje i obliczenia, Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001.
• [3] Ogrzewanie drewnem, http://www.viessmann.pl/content/dam/internetpl/pdf_documents/ogrzewanie_drewnem [dostęp: 8 maja 2014 r.].
• [4] Kotły na drewno, http://www.atmos.cz/poland/kotle-001-kotle-na-drevo [dostęp: 8 maja 2014 r.].
• [5] Materiału informacyjne firmy CEBUD, http://www.cebud.eu/index.php?page=news&kid=2&pkid=29 [dostęp: 7 maja 2014].
• [6] PN-EN 13229: wkłady kominkowe wraz z kominkami otwartymi na paliwa stałe. Wymagania i badania.
• [7] Chaoqun L., Jiyuan T., Guan-Heng Y., Computational Fluid Dynamics. A practical Approach, Butterworth-Heinemann, Oxford 2013.