AP08857319 «Жылу сорғыларының жоғары өнімділігін қамтамасыз ету үшін тік ұңғымалы топырақтағы жылу алмастырғыштың жылу алмасу қасиеттерін жақсарту жолдарын зерттеу»
Жобаның өзектілігі.
Қазіргі таңда жер асты жылу сорғылары континенттік климаттық жағдайларда жылумен жабдықтаудың тұрақты технологияларының бірі болып табылады [1-2], өйткені топырақтың температурасы атмосфералық ауамен салыстырғанда маусымдық өзгерістерге байланысты үлкен өзгерістерге ие емес. Халықаралық энергетикалық агенттіктің (IEA) деректеріне сәйкес жылу сорғылары ЖЭК қолдану арқылы жылыту және салқындату жүйелеріне жатады ( https://www.eu4energy.iea.org/ ). Сонымен бірге жылу сорғылары энергетикалық тиімділік технологиясы ретінде санатталуы мүмкін. Алайда, қолданыстағы жер асты жылу сорғылары жылдар бойы өнімділік коэффициентін жоғалтады (COP). Бірнеше факторлар жер асты жылу сорғыларының COP төмендеуінің себебі болып табылады: алынған жылу мөлшерін қалпына келтірмей жер астының төмен әлеуетті жылуының азаюы, жер астының геологиялық және жылу физикалық қасиеттерінің жеткілікті есепке алынбауы, жер астындағы физикалық процестерді түсінуді ескере отырып, жер асты жылу алмастырғыштарды дәл жобалау жеткіліксіз. Соңғысы монтаждаушылардың инженерлік есептеуіне байланысты, олардың кейбір жағдайлар үшін жеткіліксіз болуы мүмкін (жер асты суларының, ағындардың болуы және т.б.). Осыған байланысты жер асты жылу сорғыларын монтаждау және орнату кезінде жылу алмастырғыш пен жер астында өтетін гидродинамикалық және жылу алмасу процестерін түсіну қажет. Бұл құрамдастарды есепке алу жылуды сақтау және жер асты жылу қасиеттерін қалпына келтіру мүмкіндігімен жер асты жылу алмастырғыштарын дұрыс үлгілеуге, жер асты жылу алмастырғыштарының геометриялық параметрлерін назарға алуға, "су-су"типті тиімді жылу сорғысын таңдауға мүмкіндік береді. Осы сұрақтарға жауап беру үшін есептеу гидродинамикасы мен жылу алмасу әдістерін қолдану қажет.
Ұсынылып отырған жоба үй-жайларды жылыту/салқындату және ыстық сумен қамтамасыз ету мақсатында жылу сорғысының түрлендіру коэффициентін арттыру үшін тік түрдегі жер асты ұңғымалық жылу алмастырғыштың жылу алмасу сипаттамаларын арттыру механизмдерін зерттеуге бағытталған. Сонымен қатар, жазғы маусымда күн су жылытқышы жүйесінің артық жылуы және үй-жайдың салқындату режимінде жылу сорғысының тастамалы жылуы болған жағдайда, жылуды жер астында сақтау мүмкіндігі бар. Аталған әдіс жылыту маусымында жылу сорғысының жылу өнімділігін арттыруға мүмкіндік береді. Бұл мақсаттарға гидродинамикалық және жылу алмасу процестерін сандық үлгілеу, термодинамикалық талдау негізінде және инженерлік үлгілеу әдістерімен жер асты ұңғымалық жылу алмастырғыштың әртүрлі геометриялық конфигурацияларын зерттеу жолымен қол жеткізілетін болады. Сондай-ақ, есептік деректер негізінде жер асты жылу сорғысының ең тиімді конфигурациясының бір эксперименттік прототипі жиналады. Зерттеу қорытындысы бойынша континенттік климаттық жағдайларда жылумен жабдықтау үшін жер асты жылу сорғысын орнату және пайдалану бойынша ұсынымдар әзірленетін болады.
Жобаның негізгі мақсаты:
Жобаның мақсаты континентал климатта жылу сорғыларының өнімділік коэффициентін арттыру үшін жер асты ұңғымалық жылу алмастырғыштардың жылуалмасу қасиеттерін жақсарту механизмдерін зерттеу және ұсыныстарды әзірлеу. Ұсынымдар жер асты жылу сорғысының жасалған прототипін эксперименттік зерттеулерге, лицензияланған БҚ және жоба авторлары жасаған гидродинамикалық және жылу алмасу процестерін есептеудің компьютерлік алгоритмдері негізінде болады.
Күтілетін нәтижелер
1) Математикалық модельдеу және жобалау
1.1) Жер асты тік жылу алмастырғышы бар жер асты жылу сорғы прототипінің схемасы әзірленеді
1.2) Жер астының жылуфизикалық қасиеттерін ескере отырып, жер асты жылу алмастырғыш жұмысының тиімді режимдерін анықтау үшін лицензияланған БҚ және дербес әзірлеудің компьютерлік алгоритмдерінің көмегімен CFD әдістерімен гидродинамикалық және жылу алмасу процестерін математикалық модельдеу жүргізілетін болады.
1.3) Жылу түсіру мен жылу берудің неғұрлым тиімді режимдерін анықтау үшін әртүрлі геометриялық конфигурациялы тік жер асты жылу алмастырғышта гидродинамикалық және жылу алмасу процестерінің математикалық есептері жүргізілетін болады.
2) Құрастыру және тестілеу
2.1) Жер асты жылу алмастырғыштың бір тиімді конфигурациясы құрылатын болады.
2.2) Жер асты жылу алмастырғыш жұмысының энергетикалық тиімді режимдері айқындалатын болады.
2.3) "Су-су" жылу сорғысы құрылады және жер асты жылу алмастырғышпен қосылады.
2.4) Жер асты жылу сорғысының тиімді пайдалану сипаттамалары айқындалатын болады: жылыту/салқындату режиміндегі жылу сорғысының түрлендіру коэффициенті (COP), жылуды сақтау мүмкіндігі бар жер асты жылу алмастырғыштың тиімділігі, тестіленетін үй-жайдың жылу жүктемесі.
3) Мониторинг және талдау
3.1) Жер асты жылу сорғысының энергетикалық тиімділігі мен жылу өнімділігінің мониторингі жүзеге асырылатын болады;
3.2) Бірінші және екінші типтегі жер-асты жылу сорғысының энергетикалық және термодинамикалық талдау негізінде эксергетикалық тиімділігі айқындалатын болады;
3.3) Жылуды сақтау мүмкіндігі бар жер асты жылу сорғысын орнату және оны пайдалану бойынша ұсынымдар әзірленетін болады;
3.4) Қазақстандағы жылу сорғыларының нарығына талдау жасалады және технологияны коммерцияландыру жолдарын іздеу жүзеге асырылады.
Қол жеткізілген нәтижелер:
Ұшақ жылдамдығы сияқты белгісіз параметрі бар бір өлшемді стационарлық емес сызықты Больцман теңдеуі жағдайында таралу функциясы үшін қозғалатын шекараның бетінің температурасына тәуелді микроскопиялық Масквелл шекаралық шартын жуықтау есептері. және макроскопиялық Максвелл-Ауган шекаралық шарттарда үшінші жуықтаудағы бір өлшемді стационар емес сызықты емес момент теңдеулері жүйесі үшін бастапқы-шектік есептің дұрыстығы алғаш рет зерттелді. Макроскопиялық шекаралық жағдайларда үшінші жуықтауда момент теңдеулер жүйесін пайдалана отырып, ұшақтың аэродинамикалық сипаттамаларын анықтау сирек кездесетін газ динамикасының зерттелмеген жаңа мәселесі болып табылады.
Зерттеу тобы мүшелерінің аты-жөні және идентификаторлары:
- Беляев Ержан Келесович – ғылыми жетекші
- Ердеш Елнар Бақытханұлы – ғылыми қызметкер
- Толеуханов Аманкелды Елешевич – жетекші ғылыми қызметкер
- Әлиұлы Абдурашид - ғылыми қызметкер
- Шакир Есен Қайрат - ғылыми қызметкер
- Сейтов Абзал Ниязбекұлы - ғылыми қызметкер
- Аманжолов Таңнұр Ерсинұлы - ғылыми қызметкер
Басылымдар тізімі:
1. Yang L.W., Xu R.J., Hua N., Xia Y., Zhou W.B., Yang T., Belyayev Ye., Wang H.S. Review of advances in solar-assisted air source heat pumps for the domestic sector // Energy Conversion and Management. – 2021. - vol. 247. – 114710 (Impact Factor 9,709).