Автореферат (Моделирование процесса замораживания при создании различных форм хладоемкой массы водного льда с использованием низкотемпературного потенциала окружающей среды)
Описание файла
Файл "Автореферат" внутри архива находится в папке "Моделирование процесса замораживания при создании различных форм хладоемкой массы водного льда с использованием низкотемпературного потенциала окружающей среды". Документ из архива "Моделирование процесса замораживания при создании различных форм хладоемкой массы водного льда с использованием низкотемпературного потенциала окружающей среды", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "диссертации и авторефераты" в общих файлах, а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Онлайн просмотр документа "Автореферат"
Текст из документа "Автореферат"
На правах рукописи
Серенов Иван Иванович
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ХЛАДОЕМКОЙ МАССЫ ВОДНОГО ЛЬДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПОТЕНЦИАЛА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Специальность 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2016
Работа выполнена в Московском политехническом университете на кафедре «Техники низких температур» им. П.Л. Капицы.
| Научный руководитель: | Маринюк Борис Тимофеевич доктор технических наук, профессор |
| Официальные оппоненты: | Лавров Николай Алексеевич доктор технических наук, профессор кафедры «Холодильная, криогенная техника системы кондиционирования и жизнеобеспечения», ФГБОУ ВО МГТУ им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) Камзолов Сергей Михайлович кандидат технических наук, доцент. Менеджер по продажам компрессоров Dorin в России и станах СНГ ООО «СМАРТ» |
| Ведущая организация: | ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет», «Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота», кафедра «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» г. Калининград. |
Защита диссертации состоится « 22 » февраля 2017 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.141.16 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, Лефортовская набережная, д. 1.
Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу: 105005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д. 5, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.16.
С текстом диссертации можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана и на сайте www.bmstu.ru
Телефон для справок 8(499)267-09-63
Автореферат разослан «___» _________ 201 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета, Д212.141.16 к.т.н., доцент | Колосов М.А. |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Возрастание проблем влияния техногенного фактора на окружающую среду и рост стоимости электроэнергии понуждают к поиску мер по энергосбережению и защите окружающей среды. Использование возобновляемых источников энергии, к которым относятся ресурсы отрицательных температур окружающей среды, позволяют снизить расходы электроэнергии в действующих установках холодильных систем. Все это находится в русле принятого ФЗ №261 от 23.11.2009 (ред. от 03.07.2016) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
Климатические условия России обладают существенными запасами холода в виде атмосферного воздуха с отрицательными температурами, которые наблюдаются в осенне-зимний период года. Природный холод можно успешно использовать для целей аккумуляции водного льда с перспективой применения его для охлаждения воды до околонулевых температур.
Рост цен на энергоносители, в том числе на электроэнергию, носит объективный характер, так как стоимость добычи ископаемых энергоносителей как и затраты на транспортировку их к местам потребления возрастают.
В статье «Актуальные направления развития техники низких температур», говоря о нарастании дефицита энергии в 21 веке, проф. д.т.н. Калнинь И.М. прогнозировал возрастание использования естественного холода наружного воздуха для аккумуляции водного льда. В этой связи принятое научное направление исследования является актуальной задачей.
Целью работы является создание эффективных устройств холодоаккумуляции на основе процесса замораживания воды в различных формах с использованием низкого потенциала отрицательных температур окружающей среды.
Задачи исследования:
1. Разработка расчетно-аналитического описания процесса замораживания воды в различных ее формах.
2. Получение экспериментальных данных в условиях эксплуатационных режимов на опытном стенде холодоаккумуляционной установки.
3. Сопоставление экспериментальных данных с результатами расчетов по составленным математическим моделям.
4. Создание конструктивной схемы холодоаккумуляционной установки способной вести накопление льда при слабоотрицательных температурах окружающего воздуха.
5. Создание методики расчетного проектирования холодоаккумуляционной установки.
Научная новизна:
1. Созданы математические модели замораживания водной среды в различных ее геометрических формах (плоско-параллельный слой и сфера).
2. Получены аналитические зависимости, определяющие динамику замораживания водного льда в различных его формах.
3. Выявлены параметры определяющие скорость развития процесса промораживания водной среды.
Положения, выносимые на защиту:
1. Метод расчета динамики намораживания льда в различных геометрических формах на основе информационного подхода.
2. Результаты расчетного исследования процесса замораживания водного льда.
3. Результаты экспериментальных исследований на моделях и опытной холодоаккумуляционной установки.
Личный вклад соискателя:
Участие в постановке задачи моделирования процесса замораживания различных форм воды в потоке холодного воздуха. Расчеты по математическим моделям. Создание стендов для проведения опытов. Сопоставление результатов расчетов с опытными данными, полученными на стендах.
Достоверность полученных автором результатов
Достоверность полученных автором данных подтверждается применением сертифицированных измерительных приборов, использованием проверенных способов измерения параметров и методик проведения экспериментов. Все полученные данные могут быть повторно воспроизведены в результате эксперимента.
Практическая значимость
Предложены конструктивные схемы холодоаккумуляционных установок, позволяющих работать при слабых потенциалах отрицательных температур окружающего воздуха, начиная с минус 1.5℃ и ниже, такие схемы обладают признаками оригинальности, подана заявка в Роспатент на предполагаемое изобретение.
Разработана методика расчетного проектирования холодоаккумуляционной установки. Полученные обобщения позволяют вести анализ влияния характеристик процесса на развитие динамики замораживания слоев водного льда. Представленные результаты могут быть использованы для расчетов времени экспозиции при замораживании водонасыщенных лесных ягод перед закладкой их в морозильную камеру для длительного сохранения.
Решение задачи замораживания плоско-параллельного слоя воды позволяет рассчитать производительность льдогенератора, использующего потенциал отрицательных температур окружающего воздуха для создания холодоаккумуляционной массы водного льда при его закладке зимой в льдобунтах для хранения и использования летом. Полученное обобщение может быть так же использовано для определения несущей способности слоя льда на водоемах в предзимний период, что важно при организации переправ и зимников, для движения людей и транспорта.
Апробация работы
Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур» 14-16 декабря 2011 г., 10-12 декабря 2013 г. (Москва); Научно-практической конференции посвященной Л.А. Костандова, ноябрь 2014, ноябрь 2015 (Москва), Университет Машиностроени; Научно-практическая конференция «Развитие индустрии холода на современном этапе» 2-3 марта 2016г., (Москва, 2016).
Публикации
Основные результаты работы опубликованы в 7 научных работах, в том числе в реферируемых журналах ВАК.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка сокращений и списка литературы. Работа содержит 101 страницу машинописного текста, 46 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 81 наименования.
Специальность, которой соответствует диссертация
Согласно сформулированной цели научной работы, ее научной новизне, установленной практической значимости, диссертация соответствует паспорту специальности 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения, пункту 2 «Теоретические и экспериментальные исследования процессов холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения с целью углубления оценки проявляющихся в них физических закономерностей, создания надежных алгоритмов управления и прогноза»; пункту 4 «Развитие и реализация энергосберегающих технологий при создании машин и аппаратов холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения».
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформированы цели и задачи выполненных исследований, определены научная новизна и практическая значимость полученных результатов.
В первой главе «Использование потенциала отрицательных температур окружающей среды в системах холодильной техники для холодоаккумуляции льда и охлаждения воды» приведен обзор научных исследований по использованию природного холода в холодильной технике для холодоаккумуляции. Приведены конструкции устройств, дана их классификация, основные характеристики холодильных машин, работающих с применением холодного воздуха. Выявлены достоинства и недостатки существующих конструкций.
Представлен анализ литературных данных, посвященных замораживанию слоев водного льда и устройств, исследующих этот процесс. Большой вклад в решение этой задачи в нашей стране внесли следующие исследователи С.С. Ковнер, Д. Нейман, Б. Стефан, Л.С. Лейбензон, Н.А. Лавров, Б.А. Савельев, А.З. Волынец, Т.Н. Громова, А.М. Вайнберг, С.Б. Балкарова, Лобанов Ю.А., Бабакин Б.С., Зейгарник Ю.А., М.Б. Генералов, Л.Г. Качурин, В.В. Степанов, М.К. Жекалухов, А.В. Сосновский, В.Ф. Федосеев, А.З. Волынец, С.В. Белуков, Э.И. Гуйго.
Среди зарубежных авторов следует отметить вклад таких ученых, как работы Р.И. Педросо, Г.А. Домото, Ю.П. Чин, Т.C. Чой, Реймонд, Рубинский, T.В. Радраанабхан, Р.K. Собба, А.Л. Мак-Кенозе, Д.А. Тазия, С.В. Турнер.
На основе проведенного анализа определены основные задачи исследования и цель работы.
Во второй главе приведен вывод математических моделей по замораживанию сферической капли воды, плоско-параллельного слоя в потоке холодного воздуха и оттаиванию ледяной сферы.
Расчетная модель промерзания сферического слоя была выведена на основе решения нестационарного уравнения теплопроводности Фурье (информационный подход).
Обозначим радиусом R геометрический размер капли, температуру воздуха считаем постоянной и равной 
.
Примем сферическую систему координат с началом отсчета в центре капли (Рисунок 1). Обозначим символом 
координату фронта фазового превращения. Толщина слоя водного льда в капле
меняется со временем 
. Коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности сферы 
постоянен.
Рисунок 1. Схема термического взаимодействия сферической капли воды, находящейся в охлаждающей среде с отрицательной температурой
