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

отзыв официального оппонента, доктора технических наук Попеля Олега Сергеевича на диссертацию Самсон Инны Федоровны «Совершенствование характеристик и разработка метода расчета солнечной адсорбционной холодильной установки периодического действия», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 — Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения. Диссертационная работа Самсон И.Ф. посвящена теоретическому и экспе- риментальному исследованию автономных солнечных холодильных установок адсорбционного типа (СХАТ), представляющих значительный практический интерес для многих приложений, особенно в странах с жарким климатом. Солнечные адсорбционные холодильные установки, как показывают разработки ряда научных групп в России, Италии, Китае, Японии и Германии, во многих случаях могут оказаться более эффективными и, главное, более экономичными и простыми в эксплуатации, чем фотоэлектрические установки с парокомпрессионными холодильниками.

Эти обстоятельства определяют актуальность и практическую значимость диссертационной работы Самсон И.Ф. Автономные холодильные установки адсорбционного типа в отличие от фотоэлектрических пока еще не нашли широкого коммерческого применения. Это связано с недостаточно глубокой изученностью физико-химических процессов, происходящих в элементах этих установок, отсутствием научно обоснованных инженерных методов их расчета и оптимизации с учетом возможности использования различных пар «сорбент-адсорбент» и реальных климатических условий их эксплуатации.

В связи с этим, расчетное и экспериментальное исследование закономерностей процессов, сопровождающих производство холода в СХАТ, разработка метода расчета таких установок, которым посвящена диссертационная работа Самсон И.Ф., является актуальной научной и технической задачей. Содержание работы Во введении автором обоснована актуальность темы работы, сформулиро- ваны цели исследования, научная новизна, практическая значимость и положения, выносимые на защиту, обоснована достоверность полученных результатов и выводов по работе, указан личный вклад, приведены сведения о научных публикациях и об апробации результатов диссертации. В первой главе диссертации приводится обзор работ по выбранному направлению исследований. Проведен анализ работ авторов, внесших существенный вклад в разработку данного научного направления, проанализированы опубликованные математические модели физических процессов, происходящих в СХАТ, рассмотрены методы оценки эффективности СХАТ, применяемые различными авторами.

Обосновывается выбор рабочей пары «активированный уголь-метанол». На основе проведенного анализа формулируются цель диссер- тации и решаемые задачи. Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований процессов в СХАТ, описаны конструкции экспериментальных прототипов СХАТ разработанных автором, определены сорбционные свойства различных марок активированного угля по отношению к метанолу, описаны условия проведения экспериментов и указаны диапазоны изменения рабочих параметров. Экспериментально показано, что адсорбционная способность всех испытанных в экспе- риментах марок активированного угля относительно метанола подчиняется уравнению Дубинина-Астахова на большей части изотерм адсорбции.

Автором испытаны два прототипа СХАТ, различающиеся конструктивными характеристиками и используемыми марками сорбентов. Эксперименты проводились в местностях с различными климатическими условиями (г. Санто-Доминго и г. Буэнос- Айрес). Получены экспериментальные временные зависимости температур в основных элементах установки при изменении падающей солнечной радиации и температуры окружающей среды. Экспериментально изучено влияние температуры охлаждающей воды в конденсаторе на холодопроизводительность.

С использование разработанного с участием автора солориметра выполнены измерения солнечной радиации в г. Санто-Доминго, используемые автором для дальнейшего численного моделирования. Важно отметить, что в процессе испытаний удалось добиться длительной устойчивой работы испытуемых установок. В третьей главе приводится описание разработанной автором математической модели процессов, происходящих в основном элементе СХАТ вЂ” адсорберерегенераторе.

Неизвестными функциями в модели являются давление и темпера- тура паров метанола, концентрация метанола в слое угля и скорость движения метанола, которые изменяются по радиусу контейнера и во времени. Описан алгоритм решения возникающей при моделировании вычислительной задачи. Вы- полнено сопоставление расчетных и экспериментальных результатов по изменению массы десорбированного метанола в процессе работы установки при различных температурах охлаждающей воды в конденсаторе, демонстрирующее адекватность модели. Модель позволяет определить распределение температур и концентраций метанола в кольцевом слое сорбента во времени при изменении внешних условий, найти количество адсорбированного и десорбированного ме- танола и вычислить удельную холодопроизводительность установки. В четвертой главе описаны результаты численных экспериментов, в которых исследовано влияние различных параметров на работу СХАТ.

Изучено влияние сорбционных свойств угля, а также количества угля в цилиндрическом адсорбере на характеристики установки. Показано, что количество загружаемого в установку активированного угля существенно влияет на удельную (в расчете на единицу площади солнечного коллектора) холодопроизводительность установки. Исследовано влияние климатических условий на работу СХАТ. Показано, что интенсивность солнечной радиации определяет динамику прогрева слоя уг- ля, а дневные температуры наружного воздуха определяют потери теплоты с поверхности адсорбера, температуру в конденсаторе и теплопритоки в холодильной камере. Изучено влияние температуры поверхности солнечного коллектора и охлаждающей воды в конденсаторе на холодопроизводительность. В пятой главе изложен метод проектного расчета СХАТ, основанный на представленной в главе 3 математической модели.

Целью расчета является определение количества сорбента, толщины его слоя, требуемые конструктивные характеристики адсорбера и других элементов для обеспечения необходимой холодопроизводительности установки. К новым научным результатам диссертационной работы можно отнести: 1. экспериментальные результаты, показывающие количественное влияние характеристик активированного угля и климатических условий на холодопроиз- водительность установки.

2. экспериментальное определение параметров уравнения Дубинина— Астахова на большей части изотермы адсорбции метанола в рассмотренных марках активированного угля и подтверждение факта справедливости этого уравнения в широком диапазоне изменяющихся параметров. 3. разработанную автором математическую модель адсорбера СХАТ, позволяющую учитывать геометрию адсорбера, и сорбционные свойства пары «сорбент-поглощаемое вещество», а также климатические условия работы установки. 4.

полученные автором зависимости удельной холодопроизводительности установки от толщины слоя активированного угля с различными адсорбционными свойствами, обеспечивающими возможность оптимизации конструкции ус- тановки. 5. результаты длительных систематических измерений солнечной радиации в г. Санто-Доминго. Полученные автором теоретические и экспериментальные результаты имеют несомненную практическую ценность, поскольку могут быть использованы для оптимизационных расчетов и проектирования автономных сорбционных хо- лодильных установок.

Полученные в работе результаты можно признать достоверными, поскольку они базируются на многократно воспроизводимых экспериментальных данных, корректном применении фундаментальных физических законов, положенных в основу математической модели, удовлетворительных результатах сопоставления расчетных и экспериментальных данных. Апробация работы Результаты работы были доложены и обсуждены на многих российских и зарубежных научных конференциях в период с 2008 по 2015 гг. По результатам исследований и разработок автором опубликовано тринадцать научных публикаций, две из которых относятся к журналам, входящим в перечень, рекомендованный ВАК РФ, и одна — к зарубежному журналу, индексируемому в базе данных ЧЧЕВ о1 5с~епсе. В целом диссертационная работа выполнена на современном научном уровне, включает в себя сложные многопараметрические расчетные и экспериментальные исследования, свидетельствующие о достаточно высокой научной квалификации соискателя ученой степени.

Вместе с тем по диссертации имеются замечания, к наиболее принципиальным среди которых можно отнести следующие: 1. Обзор современных исследований и разработок автономных солнечных адсорбционных холодильных установок, выполненный в диссертации, к сожалению, не содержит должного анализа наиболее авторитетных и широко цитируемых в мире работ в данной области российских специалистов из Института катализа СО РАН (д.т.н., проф.