Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования

Диссертационная работа:

Кириллов Вадим Васильевич. Теоретические основы создания и оптимизации свойств хладоносителей для систем косвенного охлаждения : диссертация ... доктора технических наук : 05.04.03 / Кириллов Вадим Васильевич; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т низкотемператур. и пищевых технологий].- Санкт-Петербург, 2009.- 306 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/348

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы. Холод широко используется во многих отраслях промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, на спортивных сооружениях, в быту. Высокая значимость холодильной отрасли находит отражение в федеральных научно-технических программах. В настоящее время на российских предприятиях для создания искусственного холода широко используются аммиачные холодильные установки.

Аммиак, хотя и не имеет предусмотренных международными соглашениями ограничений, токсичен и образует взрывоопасные смеси с воздухом. Поэтому для обеспечения биологической и химической безопасности при использовании аммиачных холодильных установок приоритетной является задача максимального снижения их аммиакоемкости.

Один из путей ее решения – создание систем косвенного охлаждения, при которых перенос тепла от охлаждаемого объекта к хладагенту холодильной машины осуществляется посредством промежуточной среды – хладоносителя (ХН). Холодильные установки с промежуточным хладоносителем требуют дополнительных финансовых и энергетических затрат на создание контура циркуляции. Эти затраты можно существенно уменьшить или даже полностью компенсировать за счет выбора хладоносителей с совокупностью оптимальных теплофизических, физико-химических и эксплуатационных свойств.

Практика и анализ литературных данных показывают, что для широкого использования в качестве поставщика холода температура замерзания промежуточного хладоносителя должна быть не выше –30–40 С, при этом нижний предел фактически не ограничен. По нашей оценке при температуре –20С хладоноситель, воплотивший в себе лучшие свойства используемых, должен иметь: теплоемкость не менее 2850 Дж/(кгК); теплопроводность не менее 0,280 Вт/(мК); динамическую вязкость не более 20-22 мПас.

В качестве хладоносителей, как правило, используются растворы. Развитие науки и производства привело к необходимости использования растворов на основе неводных и смешанных растворителей, в частности, водно-органических. Эти системы характеризуются широким набором разнообразных свойств, связанных с различным характером внутри- и межмолекулярных взаимодействий, в частности, процессов ассоциации, комплексообразования, сольватации. Важную роль растворов для науки и производства во многом определяют растворы электролитов. Тенденция развития холодильной техники показывает, что системы косвенного охлаждения, широко используемые в настоящее время, имеют недостатки, в частности, высокие эксплуатационные расходы. Это во многом связано с тем, что используются хладоносители, свойства которых требуют модернизации.

Важную научно-техническую проблему выбора хладоносителя во многих научно-производственных центрах как у нас в стране, так и за рубежом пытаются решить эмпирически – путем подбора рецептур, предположительно способных обеспечить раствору хладоносителя комплекс свойств по указанным параметрам. Между тем можно и необходимо с учетом межмолекулярных и ионных взаимодействий в растворе разработать научную методологию по созданию хладоносителей с совокупностью прогнозируемых свойств – таких, которые позволят с наибольшей эффективностью их использовать в системах хладоснабжения. Изучение литературы по данной теме позволило установить, что практически нет публикаций по теоретическим основам выбора промежуточных хладоносителей и оптимизации их физико-химических свойств. Применяемые на практике жидкие хладоносители наряду с их достоинствами имеют существенные недостатки. В частности, на основе хлоридов Na и Са – коррозионноактивны, пропиленгликоль и этанолсодержащие – обладают высокой вязкостью и взрывоопасностью соответственно. Хладоносители на основе солей органических кислот недостаточно устойчивы в открытых системах. С учетом потребляемой холодильными системами электроэнергии (15% от общего энергетического баланса развитых стран) оптимизация свойств хладоносителей даст существенную экономию энергии при производстве холода.

Исходя из сказанного, разработка теории выбора ХН с комплексом оптимальных свойств, основанная на учете взаимодействий между компонентами раствора, на использовании математико-аналитических методов, и призванная решить важную для народного хозяйства научно-техническую проблему по повышению эффективности работы систем хладоснабжения, является актуальной.

Цель настоящей работы – повышение энергетической и экономической эффективности работы холодильной машины с промежуточным хладоносителем за счет научной методологии выбора хладоносителей на уровне предъявляемых к ним требований.

Для реализации этой цели были поставлены задачи:

- определить комплекс необходимых свойств растворов ХН – параметров оптимизации, выделить факторы, на них влияющие, дать им характеристику и выбрать наиболее значимые;

- разработать методологические основы оптимизации состава хладоносителей с помощью метода планирования эксперимента, построить математические модели, связывающие факторы и параметры оптимизации;

- провести исследования водных и водно-органических растворов галогенидов щелочных металлов с позиций влияния природы электролита на их вязкость, температуру замерзания и коррозионную активность;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать научные основы создания и оптимизации свойств хладоносителей;

- провести стендовые испытания неэлектролитных ВПГ хладоносителей, показать возможность их применения при замораживании пищевых продуктов, разработать рекомендации по внедрению разработанных хладоносителей в практику.

Научная новизна. На основе зависимостей между природой и составом растворов и их физико-химическими свойствами, закономерностей сольватации в растворах, с использованием математико-статистического подхода впервые разработан научный метод выбора хладоносителей с прогнозируемыми свойствами, позволяющий также оптимизировать эти свойства. На основании научной базы метода созданы водно-органические электролит-содержащие хладоносители нового поколения, применение которых повышает технико-экономическую эффективность холодильных систем с косвенным охлаждением.

Практическая ценность.

– На основании теоретических и экспериментальных исследований созданы трехкомпонентные хладоносители, по свойствам, превосходящие водно-солевые и водно-пропиленгликолевые.

– Расчетные данные, результаты стендовых испытаний и практика использования хладоносителей при замораживании пищевых продуктов позволили выдать рекомендации по их внедрению в практику.

– Определены технико-экономические показатели систем хладоснабжения с разработанными хладоносителями.

– Предложенные хладоносители реализованы и внедрены на ряде промышленных предприятий, использующих искусственный холод, в частности в спортивном комплексе «Юбилейный», ОАО «Невские берега». ООО «Автоматизация и технология» включило разработанные ХН в проекты ряда холодильных систем с косвенным охлаждением. Научные результаты диссертационной работы рекомендованы к использованию в учебном процессе при подготовке магистров и бакалавров соответственно по направлениям 140500 «Энергомашиностроение» и 190500 «Эксплуатация транспортных средств» и специалистов по специальности 140504 «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование».

Апробация. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международных, Всесоюзных и Всероссийских научно-технических конференциях: «Повышение эффективности процессов и оборудования холодильной и криогенной техники», Ленинград, 1981; «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах». Иваново, 1995 г.; «Холод и пищевые производства», СПбГАХиПТ, Санкт-Петербург, 1996 г.; «Теория и практика процессов сольватации и комплексообразования в растворах». Красноярск, 1996 г.; «Методы и средства измерений», Нижний Новгород, 2001 г.; «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке». Санкт-Петербург, 2003 г.; XI Российская конференция по теплофизическим свойствам веществ. Санкт-Петербург, окт. 2005 г.; «Безопасный холод». Санкт-Петербург, янв. 2006 г.; «Искусственный холод: новые технологии, старые проблемы и их решения. Безопасность аммиачных холодильных установок». Москва, апр. 2006 г; «Глобальные проблемы холодильной техники». Санкт-Петербург, янв. 2007 г.; «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке». Санкт-Петербург, ноябрь 2007 г.; «Холод и климат Земли. Стратегия победы или выживания». Санкт-Петербург, февраль 2009 г.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 30 работах, 14 из них опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получены 1 авторское свидетельство на изобретение СССР и 2 патента РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, приложений и содержит 226 страниц основного машинописного текста, 45 рисунков, 43 таблицы, 80 страниц приложений. Список литературы содержит 259 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net