Автореферат (Совершенствование характеристик и разработка метода расчета солнечной адсорбционной холодильной установки периодического действия)

На правах рукописиСАМСОН ИННА ФЁДОРОВНАСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И РАЗРАБОТКАМЕТОДА РАСЧЕТА СОЛНЕЧНОЙ АДСОРБЦИОННОЙХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯСпециальность: 05.04.03 – «Машины и аппараты, процессы холодильной икриогенной техники, системы кондиционирования и жизнеобеспечения»Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2015РаботавыполненавФедеральномгосударственномбюджетномобразовательномучреждениивысшегообразования«Национальныйисследовательский университет «МЭИ» на кафедре «Тепломассообменныепроцессы и установки».Научныйруководитель:Гаряев Андрей Борисовичдоктор технических наук, профессор, заведующийкафедрой «Тепломассообменные процессы и установки»ФГБОУВО«Национальныйисследовательскийуниверситет «МЭИ» (ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»)Официальныеоппоненты:Попель Олег Сергеевичдоктор технических наук, доцент, заместитель директораОбъединенного Института Высоких Температур РАН(ОИВТ РАН) по научной работе, руководитель Научноисследовательскогоцентра«Физико-техническиепроблемы энергетики» ОИВТ РАНТюхов Игорь Ивановичкандидат технических наук, доцент, заместительзаведующегокафедройЮНЕСКО"Возобновляемаяэнергетикаиэлектрификациясельского хозяйства" Федерального государственногобюджетного научного учреждения «Всероссийскийнаучно-исследовательский институт электрификациисельского хозяйства» (ФГБНУ ВИЭСХ)Ведущаяорганизация:Открытое акционерное общество «Энергетическийинститут им.

Г.М. Кржижановского» (ОАО «ЭНИН»)Защита состоится 20 ноября 2015 г. в 10 часов 00 мин. на заседаниидиссертационного совета Д 212.157.04 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» поадресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 17, корп. Т, кафедраИнженерной теплофизики им. В.А. Кириллина, ауд. Т-206С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУВО «НИУ «МЭИ» и на сайте www.mpei.ru.Автореферат разослан «__» ____________ 2015 г.Отзывы на автореферат (в двух экземплярах) с подписями, заверенные печатьюучреждения, просим направлять по адресу: 111250, г.

Москва, ул.Красноказарменная, д. 14, Ученый совет ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.157.04,кандидат технических наукА.К. Ястребов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Во многих странах мира существуют регионы,неподключенные к сети электроснабжения из-за экономических факторов илитопографических особенностей местности. В этих условиях актуальнойявляется разработка автономных холодильных установок, использующихисточники возобновляемой энергии, которые активно разрабатываются впоследние десятилетия.Эти установки обладают рядом преимуществ, таких как простота, низкаястоимость, экологическая безопасность, возможность использования в качествеисточника теплоты солнечной энергии.

На сегодняшний день физическиепроцессы, происходящие в элементах таких установок, не являются достаточноизученными. Также недостаточно исследовано влияние климатическихфакторов, конструктивных параметров установок, характеристик применяемыхсорбентов на эффективность их работы. Расчетно-экспериментальныеисследования и разработка метода расчета солнечного холодильникаадсорбционного типа (СХАТ) позволят предсказывать и совершенствоватьтехнические характеристики таких установок, а также повысить ихэкономическую эффективность.Объектом исследования является автономный солнечный холодильникадсорбционного типа (СХАТ) периодического действия.Целью работы является совершенствование характеристик и разработкаметода расчета СХАТ периодического действия, использующего рабочую пару«активированный уголь–метанол».Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие научнотехнические задачи:• Проведен анализ состояния исследований в данной области, изученыподходы к описанию и существующие математические моделифизических процессов, происходящих в установках данного типа.• Произведено экспериментальное исследование солнечной почасовойрадиации в г.

Санто-Доминго, необходимое для проектирования СХАТ,предназначенных для работы в данном регионе.• Проведена серия испытаний адсорбционной способности различныхмарок активированного угля относительно метанола, и определены ихпараметры в уравнении Дубинина–Астахова.• Разработан ряд действующих образцов СХАТ, и проведеноэкспериментальное исследование их работы с различными типами углей вразличных климатических условиях.• Разработана математическая модель процессов тепло- и массообмена,протекающих в адсорбере СХАТ, и проведена проверка ее адекватности.• Проведены численные исследования работы солнечной адсорбционнойхолодильной установки с различными конструктивными параметрами приразличных характеристиках активированного угля для разныхклиматических условий.• РазработанметодрасчетаСХАТпериодическогодействия,использующего рабочую пару «активированный уголь–метанол».4Научная новизна.1.

Получены экспериментальные результаты, показывающие влияниехарактеристик активированного угля и климатических условий нахолодопроизводительность установки.2. Экспериментально показано, что адсорбционная способность всехиспытанных в экспериментах семи марок активированного угляотносительно метанола подчиняется уравнению Дубинина–Астахова набольшей части изотермы адсорбции.3. Разработана математическая модель адсорбера СХАТ, позволяющаяучитывать геометрию адсорбера и сорбционные свойства пары «сорбент–поглощаемое вещество» при расчете количества адсорбированного метанола.4. Впервые получены численные результаты, показывающие влияние толщиныслоя активированного угля на удельную холодопроизводительностьустановки.5.

Впервые получены характеристики почасовой солнечной радиации в г..Санто-Доминго.Практическая ценность.1. Результаты экспериментальных исследований СХАТ могут бытьиспользованы для разработки и верификации новых математических моделейподобных установок.2. Разработанный метод расчета СХАТ позволяет определять ее конструктивныехарактеристикиимассуактивированногоуглядлязаданнойхолодопроизводительности при известных климатических условиях.3. Полученныеэкспериментальнымпутемсвойствасемимарокактивированных углей относительно метанола могут быть использованы длярасчета и проектирования сорбционных установок.Личный вклад соискателя. Соискателем лично:1.

СозданонесколькоэкспериментальныхпрототиповСХАТ,продемонстрирована их устойчивая работа в течение длительного периода ипроведены экспериментальные исследования их работы.2. Разработана математическая модель физических процессов, происходящих вколлекторе СХАТ, и осуществлена ее верификация.3. Проведены численные исследования влияния параметров активированногоугля, климатических параметров и толщины слоя активированного угля нахолодопроизводительность СХАТ.4. Экспериментально определены адсорбционные свойства семи марокактивированного угля по отношению к метанолу.5.

Разработан метод расчета СХАТ.Методология и метод исследования.В диссертационной работе использовалось сочетание экспериментальногои расчетно-теоретического методов исследования процессов переноса теплотыи массы в СХАТ. Экспериментальный метод применен на этапах: доказательства работоспособности СХАТ, подтверждения ее устойчивойработы в течение длительного времени и повторяемости ее характеристик; построения математической модели и определения ряда ее параметров; подтверждения адекватности модели.5Метод численно-теоретических исследований применялся для анализавлияния различных факторов на холодопроизводительность СХАТ и разработкиметода ее расчета.Автор защищает:1. Результаты экспериментальных исследований характеристик СХАТ,проведенных на установках, отличающихся размерами, параметрамисорбентов и работающих в различных климатических условиях.2. Полученные в результате экспериментов сорбционные свойства семи марокактивированного угля относительно метанола.3.

Математическую модель физических процессов, происходящих в адсорбересолнечной холодильной установки адсорбционного типа.4. Полученные в результате численного эксперимента данные о влияниигеометрических параметров, свойств угля и климатических условий нахарактеристики установки.5. Разработанный метод расчета СХАТ.6. Полученные на солориметрической установке нового типа данные осолнечной радиации в г.

Санто-Доминго.Степень достоверности и апробация результатов.Достоверность полученных в работе результатов подтверждаетсямногократной воспроизводимостью экспериментальных данных, корректнымприменением фундаментальных физических законов, положенных в основуматематической модели, удовлетворительными результатами сопоставлениярасчетных и экспериментальных данных, полученных автором.Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены наследующих научных конференциях: IV, VII, VIII, X, XI CongresoMultidisciplinario de Investigación Científica, Santo Domingo, 2008, 2011, 2012,2014, 2015; XXXIII Reunión de Trabajo de la Asociación de Energías Renovables yAmbiente (ASADES-2010), Cafayate, Salta, Argentina, 2010; V РоссийскаяНациональная конференция по теплообмену, Москва, 2010; 14 Convencióncientífica de ingeniería y arquitectura Cujae, Habana, Cuba, 2008; II CongresoInternacional de Física Santo Domingo, 2007; VI Международная школа-семинармолодых ученых и специалистов «Энергосбережение – теория и практика»,Москва, 2012; Международная научно-техническая конференция «Проблемыресурсо- и энергосберегающих технологий в промышленности и АПК» (ПРЭТ2014), Иваново, 2014.Публикации.