19_отзыв_оппонент_Козлов (Исследование и оптимизация нестационарных процессов гелиевого ожижителя-рефрижератора средней мощности)

В диссертационный совет Д 212.141.16 на базе ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет. Н.Э. Баумана» О~ГЗЫВ официального оппонента о диссертации Нагимова Руслана Рафаэльевича «Исследование и оптимизация нестационарных процессов гелиевого ожижителя/рефрижератора средней мощности», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 — Машины, аппараты и процессы холодильной и криогенной техники, системы кондиционированияи жизнеобеспечения.

Представленная на рассмотрение диссертационная работа развивает одно из направлений по повышению энергетической эффективности криогенных систем для криостатирования сверхпроводящих элементов ускорителей заряженных частиц методами математического моделирования не стационарных процессов с использованием современных средств вычислительной техники. Выбранный автором подход, реализующий использование фундаментальных законов и уравнений термодинамики и динамики текучих сред совместно с использованием эмпирических данных, позволяет грамотно решить задачу оптимизации режимных параметров криогенного оборудования, характеристик элементов гелиевых ожижителей, системы управления технологическими процессами в целом.

Актуальность работы очевидна, и объясняется тем, что только при использовании современных научных подходов к организации процессов ожижения и криостатирования возможна разработка эффективных криогенных систем. Научная новизна представленной диссертационной работы заключается в том, что автором предложена оригинальная методика оптимизационного анализа, основанная на математическом моделировании нестационарных низкотемпературных процессов в машинах и аппаратах криогенных систем. Высокая точность полученной математической модели обеспечивается использованием экспериментально полученных характеристик машин и аппаратов системы в качестве исходных данных для моделирования.

Классические методы проведения испытаний машин и аппаратов, характеризующиеся высокой трудоемкостью и высокими временными затратами как для проведения самих испытаний, так и для обработки полученных экспериментальных данных, усовершенствованы с использованием разработанной автором данной работы автоматизированной системы сбора и анализа экспериментальных данных. Данное нововведение позволяет значительно упростить процессы исследования криогенных систем, особенно при массовом применении данной методики.

Значительное сокращение временных и трудозатрат экспериментальных исследований является важной особенностью данной работы и характеризует ее научную новизну. Разработанное программное обеспечение для автоматизированного экспериментального определения характеристик машин и аппаратов представляет практическую ценность в качестве поверочного инструмента при разработке криогенных систем, а также позволяет автоматизировать пусконаладочные испытания. Универсальность разработанного комплекса упрощает его адаптацию к использованию совместно с нестандартными системами.

Разработанная математическая модель криогенной системы также позволяет моделировать поведение элементов системы при различных условиях и режимах работы, включая нештатные и аварийные ситуации, упрощая процесс принятия решения при эксплуатации и обучении работы с системой. К наиболее значимым научным результатам данной работы следует отнести представленную методику разработки математических моделей, которая позволяет снизить затраты на разработку моделей. Необходимо отметить, что трудоемкость разработки подобных математических моделей является основным фактором, ограничивающим их применение в инженерной среде, и автором предложено рациональное решение данной проблемы.

Предло>кенная автором методика оптимизации процессов разработки гелиевых криогенных систем также является важным научным результатом. Обоснованность и достоверность положений диссертационной работы Текст диссертации отражает логическую последовательность решения поставленной задачи. Достоверность и обоснованность полученных результатов базируется на использовании непротиворечивых физикоматематических моделей, базирующихся на фундаментальных законах и уравнениях термодинамики и явлений переноса. Результаты работы соответствуют поставленной задаче исследования.

В работе используются термодинамические зависимости и теплофизические свойства рабочих веществ, подтвержденные соответствующими ссылками на научнотехническую литературу, достоверность полученных результатов подтверждается как хорошей воспроизводимостью экспериментальных данных, так и совпадением результатов математического моделирования с результатами экспериментальных измерений. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы составляет 161 страницу основного текста, содержит 52 рисунка и 10 таблиц.

Список литературы включает 96 наименований. Во введении показана практическая необходимость повышения общей энергетической эффективности ускорителей заряженных частиц, представлены современные достижения по повышению добротности сверхпроводников, сделаны выводы о необходимости совершенствования систем криогенного обеспечения. Обоснован переход от моделирования стационарных рабочих процессов в машинах и аппаратах к нестационарному моделированию. В первой главе представлен обзор научно-технической литературы, включающий описание особенностей современных систем криостатирования сверхпроводящих систем ускорителей заряженных частиц. Автором выявлена тенденция стандартизации крупнейшими производителями современных коммерчески доступных гелиевых ожижителей и рефрижераторов, а также описан взгляд на проблемы систем криогенного обеспечения, вызванные недостаточной интеграцией стандартных систем с потребителями холода.

Такие эффекты стандартизации, как «переразмеренность» ожижителей, по мнению автора, могут быть исключены при использовании математических моделей нестационарных процессов для моделирования совместной работы ожижителей с системами потребителей холода. В целом первая глава построена логично, автором использованы как отечественные, так и зарубежные литературные источники, задачи исследования поставлены в соответствие с современным состоянием низкотемпературной техники. Во второй главе представлено описание экспериментальной установки, использованной автором в качестве экспериментального стенда. Криогенная система предназначена для криостатирования сверхпроводящих резонаторов в составе линейного ускорителя заряженных частиц.

Необходимо отметить важность поставленной автором задачи определения характеристик машин и аппаратов на основе накопленного массива данных с инструментов криогенной системы. Разработанное с этой целью программное обеспечение является рациональным решением задачи экспериментального исследования. Параметры машин и аппаратов определены с использованием архивных данных, накопленных в процессе нормальной эксплуатации гелиевого ожижителя/рефрижератора без проведения дорогостоящих испытательных запусков системы. Данная методика характеризуется научной новизной и оригинальностью подхода к экспериментальному исследованию. В третьей главе автором представлены основные уравнения, использованные для построения математических моделей элементов криогенной системы.

Представленные зависимости подтверждены соответствующими ссылками на научно-техническую литературу и базируются на достоверных термодинамических соотношениях. Использованный метод математического моделирования, основанный на объектно-ориентированном подходе, не является оригинальной разработкой и использован автором диссертации в качестве инструмента решения поставленной задачи ввиду широкой распространенности инструментов объектно-ориентированного анализа.

Достоверность разработанной математической модели показана автором в виде результатов моделирования, согласованных с экспериментальными данными. Отдельное внимание уделено оценке погрешности математической модели. В четвертой главе представлены результаты оптимизации нестационарных процессов криогенной системы. Автором проведено исследование способов оптимизации процесса захолаживания путем тонкой настройки цепей управления и проведения вычислительного эксперимента с использованием математической модели для определения длительности процесса захолаживания. Вычислительный эксперимент позволил определить набор параметров системы управления,при которых достигается минимальное значение времени захолаживания. Корректность проведенного исследования подтверждена автором с использованием экспериментальных данных.

В данной главе также представлена программа управления, позволяющая снизить энергопотребление при работе на режимах с пониженной холодопроизводительностью. Диссертационное исследование завершается общими выводами и заключением по выполненной работе, а также рекомендациями для оптимизации процессов разработки и эксплуатации криогенных гелиевых систем. 1.