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:

Пустовалов Станислав Борисович. Разработка и исследование водонагревателей тепловых насосов, работающих на R744 в качестве рабочего вещества : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.03 : Москва, 2004 105 c. РГБ ОД, 61:04-5/4292

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ЭНЕРЕГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ НАГРЕВА СЕТЕВОЙ ВОДЫ. СОСТОЯНИЕ

ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9

  1. Области применения ТН 9

  2. Рабочие вещества ТН 11

  3. Основной водонагревающий элемент ТНС02 23

  4. Выводы 33

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА

ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ТНС02 34

  1. Определение рабочих параметров ГО ТНС02 34

  2. Математическая модель теплообмена в ГО ТНС02 43

  3. Алгоритм проектного расчёта 49

  4. Алгоритм поверочного расчёта 51

  5. Выводы 59

-3-ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ТНС02. ОБОБЩЕНИЕ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 60

  1. Объект исследования 60

  2. Программа проведения исследования 62

  3. Методика проведения исследования 63

  4. Стендовое оборудование и средства измерения 63

  5. Методика обработки результатов измерений 71

  6. Погрешности определения основных величин при испытаниях и обработке результатов 73

  7. Обобщение результатов исследования 76

3.8. Выводы 80

ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ТНС02 81

  1. Методика проведения численного исследования 81

  2. Результаты численного исследования водонагревателей

в составе ТН 85

4.3. Выводы 91

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 93

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 94

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

R744

ТН ТНС02

ГО ГО ТНС02

КМ МКМ ИНТ

ODP GWP

К&Р

обозначение диоксида углерода (СОг) по международной классификации хладагентов (refrigerant);

тепловой насос (термотрансформатор);

тепловой насос, использующий R744 в качестве рабочего вещества;

газоохладитель;

теплообменный аппарат для нагрева сетевой воды (водонагреватель) в составе ТНС02;

испаритель;

конденсатор;

переохладитель;

компрессор;

мембранный компрессор;

источник низкопотенциального тепла;

источник высокопотенциального тепла;

озоноразрушающий потенциал (Ozone Destroy Potential);

потенциал глобального потепления (Global Warming Potential);

сокращённое обозначение корреляции Краснощёкова-Протопопова, принятое в иностранных источниках;

- массовый расход , —;

- коэффициент теплопроводности, ;

м -К

- удельная теплоёмкость при постоянном давлении, ^;

кг-К

- среднемассовая удельная теплоёмкость при постоянном

кДж давлении, ——; кг'К

- удельная энтальпия (теплосодержание),

> кг

абсолютная температура, К; температура, С;

рабочее вещество (R744); теплоноситель; стенка со стороны R744; ядро потока R744;

- показатели степени.

Введение к работе:

Энергосбережение - одна из основных проблем, решаемых мировым сообществом в настоящее время. Преследуются две основные цели — сохранение невозобновляемых энергоресурсов и сокращение вредных выбросов в атмосферу продуктов сгорания, являющихся, в частности, основным фактором глобального потепления.

В связи с этим заметное развитие получает так называемая нетрадиционная энергетика, использующая солнечную, ветровую, геотермальную энергию, энергию биомассы и другие виды возобновляемых источников энергии.

В этом ряду особое место занимают тепловые насосы (ТН, термотрансформаторы), использующие для теплоснабжения низкопотенциальное тепло природных, промышленных и бытовых источников.

Основным рабочим веществом ТН, в настоящее время, являются фреоны. Однако, в соответствии с Международными соглашениями, происходит постепенный отказ от этих экологически не безопасных веществ и их замена на природные рабочие вещества. Одним из наиболее перспективных природных рабочих веществ ТН является диоксид углерода (R744, СО2), который не горюч, не токсичен, не разрушает озоновый слой и имеет минимальный потенциал глобального потепления. Его уникальные термодинамические и теплофизические свойства позволяют создавать высокоэффективные ТН весьма большой тепловой мощности.

В настоящее время в России в соответствии с Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы» по теме №24: «Создание технологий и оборудования

для использования низкопотенциальных тепловых ресурсов для целей теплоснабжения», с участием МГУИЭ, создаются ТН, работающие на R744 (ТНС02). Это принципиально новые машины, практически все элементы которых разрабатываются впервые. Теплообменный аппарат — водонагреватель (газоохладитель, ГО ТНС02) относится к основным элементам ТНС02 и во многом определяет технико-экономические показатели теплового насоса.

В ТНС02 осуществляется газожидкостный

термодинамический цикл, в отличие от фреоновых ТН, в которых
реализуется парожидкостный цикл. При условиях работы ГО
ТНС02 параметры состояния рабочего вещества (R744) целиком
лежат в околокритической области при сверхкритическом
давлении (СКД). Околокритическая область характеризуется
существенной переменностью теплофизических свойств

однофазного R744 в зависимости от температуры при постоянном давлении.

Для создания ГО ТНС02 необходимы надёжные данные о закономерностях теплопередачи между рабочим веществом (R744) при СКД и теплоносителем (сетевая вода). Экспериментальные данные по теплоотдаче от охлаждаемого R744, в полной мере отвечающие условиям и режимам работы реальных ГО ТНС02, в настоящее время, отсутствуют.

Должны быть разработаны рациональные конструкции ГО ТНС02.

Исходя из вышеизложенного, в настоящем исследовании,
поставлена
цель — создание высокоэффективных

водонагревателей тепловых насосов ТНС02, работающих на диоксиде углерода (R744) в качестве рабочего вещества.

Научная новизна

  1. Определены актуальные рабочие условия и требования к ГО ТНС02; предложены конструкции ГО ТНС02 малой и большой тепловой мощности.

  2. В условиях резкой переменности теплофизических свойств в процессе охлаждения R744 при СКД получены новые экспериментальные данные по теплообмену в водонагревателях, в режимах актуальных для ТНС02, при массовой скорости рабочего вещества более 500 кг/м с.

  3. В результате проведённого исследования установлено определяющее влияние массовой скорости R744 на коэффициент теплоотдачи. Определены максимальные значения массовой скорости рабочего вещества и теплоносителя при допустимых перепадах давлений в каналах, при которых коэффициент теплоотдачи со стороны R744 превышает достижимые значения для фреонов более чем в четыре раза.

  4. Разработана методика расчёта реальных ГО ТНС02.

  5. Выявлено, что реализация высоких массовых скоростей в ГО ТНС02 позволяет сократить удельную массу аппарата, по сравнению с фреоновыми аналогами, более чем в полтора раза.

  6. В результате численного исследования разработаны рекомендации по проектированию реальных ГО ТНС02: по значениям массовой скорости рабочего вещества; по скорости сетевой воды; по размерам теплообменных трубок; по схемам трубных пучков.

Іїрактическая ценность и реализация результатов

  1. Разработана методика расчёта водонагревателей ТНС02.

  2. Обоснован выбор конструкций водонагревателей малых (до 100 кВт) и крупных (до 20 МВт) ТНС02.

  3. Даны рекомендации по выбору параметров и расчёту реальных водонагревателей ТНС02.

  4. Результаты работы использованы НПФ «ЭКИП» при создании пилотного образца ТНС02 тепловой мощностью 20 кВт по заказу Минпромнауки РФ.

Апробация работы

Основные научные результаты работы были доложены и
обсуждены на Международной конференции и V Международном
симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов
«Инженерная защита окружающей среды» (г. Москва, 2001),
Научной конференции студентов и аспирантов «Техника низких
температур и экология» (г. Москва, 2002), на XIV Школе-семинаре
молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН
А. И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в
энергетических установках» (г. Рыбинск, 2003), а также на VII
Международной научно-практической конференции

«Энергопроизводство, энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения» (г. Пермь, 2004).

Подобные работы
Чернявский Сергей Александрович
Разработка и исследование регулируемого дроссельного устройства
Мелехин Юрий Петрович
Разработка и исследование термокомпрессора с дополнительным поджатием
Мурадова Мадина Миязуллаховна
Исследование и разработка полупроводниковых термоэлектрических полупроводниковых теплообменных аппаратов проточного типа
Кротов Петр Евгеньевич
Разработка и исследование вихревых воздухоохладителей для средств индивидуальной теплозащиты
Шкребенок М.П.
Разработка и исследование криогенной пульсационной машины
Лукьянов Павел Александрович
Разработка и исследование двухконтурной каскадной установки с вихревой трубой для охлаждения биоматериалов при температуре -70 С
Жердев Анатолий Анатольевич
Разработка и исследование холодильных установок с использованием в качестве рабочих тел экологически безопасных газомоторных топлив
Хамие Хуссейн Нуреддин
Разработка и исследование холодильной машины с аккумулятором холода
Славин Максим Владимирович
Разработка и исследование технологии заправки автотранспорта сжиженным природным газом
Овчинников Сергей Григорьевич
Разработка и исследование электрогазодинамического (ЭГД) компрессора при пульсирующем напряжении для холодильной техники и систем кондиционирования

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