Диссертация (Совершенствование характеристик и разработка метода расчета солнечной адсорбционной холодильной установки периодического действия), страница 2

Санто-Доминго, необходимое для проектирования СХАТ,предназначенных для работы в данном регионе.• Проведена серия испытаний адсорбционной способности различных марокактивированного угля относительно метанола, и определены их параметры вуравнении Дубинина–Астахова.• РазработанряддействующихобразцовСХАТ,ипроведеноэкспериментальное 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 приразличныххарактеристикахактивированногоуглядляразныхклиматических условий.• Разработан метод расчета СХАТ периодического действия, использующегорабочую пару «активированный уголь–метанол».8Научная новизна1.

Полученыэкспериментальныехарактеристикактивированногорезультаты,угляипоказывающиеклиматическихвлияниеусловийнахолодопроизводительность установки.2. Экспериментально показано, что адсорбционная способность всех испытанныхв экспериментах семи марок активированного угля относительно метанолаподчиняется уравнению Дубинина–Астахова на большей части изотермыадсорбции.3. Разработана математическая модель адсорбера СХАТ, позволяющая учитыватьгеометрию адсорбера и сорбционные свойства пары «сорбент–поглощаемоевещество» при расчете количества адсорбированного метанола.4. Впервые получены численные результаты, показывающие влияние толщиныслоя активированного угля на удельную холодопроизводительность установки.5.

Впервые получены характеристики почасовой солнечной радиации в г. СантоДоминго.Практическая ценность1. Результаты экспериментальных исследований СХАТ могут быть использованыдля разработки и верификации новых математических моделей подобныхустановок.2.

Разработанный метод расчета СХАТ позволяет определять ее конструктивныехарактеристикиимассуактивированногоуглядлязаданнойхолодопроизводительности при известных климатических условиях.3. Полученные экспериментальным путем свойства семи марок активированныхуглей относительно метанола могут быть использованы для расчета ипроектирования сорбционных установок.9Личный вклад соискателяСоискателем лично:1. Создано несколько экспериментальных прототипов СХАТ, продемонстрированаихустойчиваяработавтечение длительногопериода ипроведеныэкспериментальные исследования их работы.2. Разработана математическая модель физических процессов, происходящих вколлекторе СХАТ, и осуществлена ее верификация.3. Проведены численные исследования влияния параметров активированного угля,климатических параметров и толщины слоя активированного угля нахолодопроизводительность СХАТ.4.

Экспериментальноопределеныадсорбционныесвойствасемимарокактивированного угля по отношению к метанолу.5. Разработан метод расчета СХАТ.Методология и метод исследованияВ диссертационной работе использовалось сочетание экспериментального ирасчетно-теоретического методов исследования процессов переноса теплоты имассы 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.Метод численно-теоретических исследований применялся для анализавлияния различных факторов на холодопроизводительность СХАТ и разработкиметода ее расчета.10Автор защищает:1.

РезультатыэкспериментальныхисследованийхарактеристикСХАТ,проведенных на установках, отличающихся размерами, параметрами сорбентови 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 о солнечнойрадиации в г. Санто-Доминго.Степень достоверности и апробация результатовДостоверностьполученныхвработерезультатовподтверждаетсямногократной воспроизводимостью экспериментальных данных, корректнымприменением фундаментальных физических законов, положенных в основуматематической модели, удовлетворительными результатами сопоставлениярасчетных и экспериментальных данных, полученных автором.Апробация работыРезультаты работы были доложены и обсуждены на следующих научныхконференциях: IV, VII, VIII, X, XI Congreso Multidisciplinario de InvestigaciónCientífica, Santo Domingo, 2008, 2011, 2012, 2014, 2015; XXXIII Reunión de Trabajode la Asociación de Energías Renovables y Ambiente (ASADES-2010), Cafayate, Salta,Argentina, 2010; V Российская Национальная конференция по теплообмену,11Москва, 2010; 14 Convención científica de ingeniería y arquitectura Cujae, Habana,Cuba, 2008; II Congreso Internacional de Física Santo Domingo, 2007; VIМеждународнаяшкола-семинармолодыхученыхиспециалистов«Энергосбережение – теория и практика», Москва, 2012; Международная научнотехническая конференция «Проблемы ресурсо- и энергосберегающих технологийв промышленности и АПК» (ПРЭТ-2014), Иваново, 2014.ПубликацииПо результатам работы были опубликованы тринадцать научных трудов, два изкоторых в журналах, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ, и одинзарубежный журнал, индексируемый в базе данных WEB of Science.Объём работыДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и спискалитературы из 79 наименований.

Общий объем диссертации составляет 132страницы машинописного текста, включая рисунки, таблицы.Работа выполнена на кафедре «Тепломассообменные процессы и установки»Федерального Государственного Бюджетного Образовательного УчрежденияВысшего Образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ».Исследования, послужившие основой для диссертационной работы, былипроведены в рамках грантов Fondocyt 2008-2-E1-010 и Fondocyt INNOVACION2012–0013–2E1–28.Авторвыражаетглубокуюпризнательностьнаучномуруководителюпрофессору, д.т.н. Гаряеву Андрею Борисовичу и всему коллективу кафедрыТМПУ ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» за помощь и поддержку, оказанные принаписании кандидатской диссертации.12ГЛАВА 1.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫСОЛНЕЧНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ АДСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОКПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ1.1 Общие положенияРазработка и первые применения холодильных абсорбционных установокдатируются началом 19-го века. Именно в 19-м веке был произведен заметныйскачок в области производства холода. В 1834 г. в Британии Якоб Перкинс [1]сконструировал первую парокомпрессионную холодильную установку и получилпатент на «Аппарат для производства холода и охлаждения жидкостей», вкачестве теплоносителя был использован этиловый эфир. В 1850 г.

впервые былполучен искусственный лед с использованием технологии компрессионногоцикла, холодильный аппарат был создан и запатентован Твинингом [2].Использование феномена сорбции в целях охлаждения вызывал интерестаких ученых и изобретателей как Уильям Каллен, Джон Лесли [3], ОливерЭванс, Фердинанд Карре, Лео Силард и Альберт Эйнштейн. Еще в 1858 годуФердинандомКарреиЭдмондомКарребылаизобретенааммиачнаяабсорбционная холодильная машина, но только в начале 20 века в Москве былоорганизовано производство холодильных агрегатов «Эскимо», изготовленных попринципу предложенному Ф. Карре.Фердинанд Карре пропагандировал холодильные машины для храненияпищевых продуктов и получил ряд патентов на свои изобретения [4], [5].Большой вклад в практическое применение холодильной техники внес Карл фонЛинде, профессор Мюнхенского технического института, создав большоеколичество холодильных машин и проведя исследования по криогеннымаппаратам и ожижению газов [6].В 1926 году Альберт Эйнштейн и Лео Силард [7-9], предложили вариантконструкции абсорбционного холодильника, именуемого эйнштейновским,который был запатентован в 1930 г.

[10], но начавшийся в начале 20-го векапромышленныйвыпусккомпрессионныххолодильников,росткоторогопроисходит и по настоящее время, затормозил развитие систем охлаждения,13использующих явления сорбции. В середине 20-го века в разных странах былоналажено производство абсорбционных холодильников, работающих на энергиисжигания газа с рабочей парой аммиак-вода, но они используются гораздо реже,чем бытовые холодильники компрессионного цикла.Уже в 80-е годы прошлого века активно велись разработки холодильныхустановок адсорбционного типа, и на сегодняшний день эта тема по-прежнемуинтересует ученых многих исследовательских центров.В связи с проблемой исчерпаемости ископаемых природных ресурсов вовторой половине 20-го века ведущие научные центры мира стали посвящать своиисследовательские изыскания разработке холодильных установок, действующихна основе явлений сорбции и альтернативных источников энергии.Эта тема интересует ученых многих исследовательских центров.