Диссертация (1025572)
Текст из файла
Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. БауманаНа правах рукописиУДК 621.581Устюгова Татьяна ГеннадьевнаПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫЛЕДОВОЕ ПОКРЫТИЕ – ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКАПУТЁМ ПОДДЕРЖАНИЯ ЗАДАННЫХ СВОЙСТВМОДИФИЦИРОВАННОГО ЛЬДА05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной и криогеннойтехники, систем кондиционирования и жизнеобеспеченияДиссертация на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наукГ.Ю.
ГончароваМосква, 20172СОДЕРЖАНИЕСтр.4ВВЕДЕНИЕГЛАВА 1. Современное состояние в области исследований.........................121.1. Исследования процесса переноса во льду.................................................131.2. Исследования по кристаллизации водных растворов..............................261.2.1. Образование льда в криобиологии..........................................................261.2.2. Образование льда на охлаждаемых поверхностях в технике...............311.2.3. Образование льда в гляциологии............................................................381.3. Исследования по кристаллизации в металлургии....................................421.4.
Постановка цели и задач исследования.....................................................47ГЛАВА 2. Работа и энергопотребление холодильной машины приэксплуатации модифицированного льда..........................................................502.1. Работа холодильной машины на нерасчетных режимах.........................522.2. Энергопотребление холодильной машины...............................................56ГЛАВА3.Определениетеплофизическихсвойствльда,модифицированного различными полимерными соединениями..................3.1.Экспериментальноеопределениетемпературыплавления60икристаллизации...................................................................................................613.2.
Экспериментальное определение удельной теплоемкости и удельнойтеплоты плавления..............................................................................................ГЛАВА4.Определениемакроструктурыи65первоначальногораспределения ледовых модификаторов по глубине массива.......................744.1. Определение макроструктуры льда, модифицированного различнымиполимерными соединениями.............................................................................744.1.1. Разработка экспериментальной установки.............................................744.1.2. Определение макроструктуры льда........................................................794.1.3.
Визуализация межкристаллического пространства льда.....................863Стр.4.2.Определениеособенностейпервоначальногораспределениямодификаторов по глубине массива.................................................................904.2.1. Разработка методики определения распределения модификаторов вледовом массиве.................................................................................................904.2.2.
Экспериментальное определение первоначального распределениямодификаторов....................................................................................................964.2.3. Влияние типа вводимых макромолекул на характер распределениямодификаторов в ледовом массиве...................................................................101ГЛАВА 5.
Разработка технологии поддержания заданных физикомеханических свойств модифицированных ледовых массивов приэксплуатации.......................................................................................................1075.1. Сотово-капиллярная модель переноса модификаторов...........................1075.1.1. Общие положения предложенной модели.............................................1085.1.2.
Визуализация процесса переноса............................................................1145.2. Моделирование процесса переноса в лабораторных условиях...............1195.3. Определение периодичности внесения полимерных модификаторовдля поддержания скользящих и прочностных свойств льда на реальныхледовых объектах...............................................................................................1275.4. Технология поддержания свойств модифицированного ледовогомассивадляразличныхвидовспорта.Количественнаяоценкаповышения энергоэффективности работы системы ледовое покрытие –холодильнаямашинаприэксплуатациимодифицированногольда.......................................................................................................................138ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ............................................................................145СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ......................146СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................147ПРИЛОЖЕНИЕ...................................................................................................1554ВВЕДЕНИЕРоссия традиционно занимала ведущие позиции в зимних видах спорта, истратегией развития физической культуры и спорта РФ предусматриваетсяактивное внедрение инновационных технологий для усиления своих позиций вспорте высших достижений и популяризации спорта среди населения.Технологииподготовкииэксплуатациильдапредставляютсобойконкурентную среду для ведущих мировых держав, и в этой областивостребованысамыесовременныенаучно-техническиедостижения.Кнастоящему моменту уже многократно апробировано и доказано существенноеулучшение прочностных и скользящих свойств льда в результате реализациитехнологий, основанных на внесении микродоз полимерных соединений(ледовых модификаторов).
Однако задача сохранения полученных свойствмодифицированного ледового массива за счёт поддержания его химическогосостава при эксплуатации до сих пор остается нерешенной.Крометого,технологиямодифицированияльдаотноситсякперспективным наукоемким технологиям в области низкотемпературнойтехники,обеспечивающимэнергоэффективностьработыоборудования.Упрочнение верхнего слоя льда позволяет поддерживать рабочую толщинульда на 20 мм меньше и, за счёт снижения термического сопротивлениятеплопередаче, существенно снижать эксплуатационные расходы ледовых аренна поддержание ледового покрытия. Холодильная система по даннымМеждународной федерации хоккея потребляет до 50 % электроэнергии,необходимой для функционирования всего катка, и составляет за сезонот 700 до 7000 МВт∙ч в зависимости от типа объекта.
Таким образом,поддержание свойств модифицированного льда в течение сезона позволяетсущественноснизитьэксплуатационныерасходыледовыхаренсискусственной системой хладоснабжения.Периодическая подрезка отработанных слоёв льда и заливка чистойводой приводит к удалению с поверхности внесённых модификаторов и5постепенной утрате прочностных и скоростных свойства льда.
Поддержаниесвойств ледового покрытия может осуществляться за счёт двух процессов:диффузии полимерных соединений из глубинных слоёв ледового массива идополнительного внесения новых доз модификаторов. Поэтому исследованиепроцесса переноса внесённых соединений в модифицированных ледовыхструктурах является основой создания технологии поддержания их свойств иобеспечения работы холодильного оборудования в более экономичныхрежимах.Изменение естественных свойств льда внесением различных группмодифицирующих соединений актуально не только в спортивной индустрии.Создание ледяной матрицы повышенной прочности и пластичности на основеразработки новых композиционных материалов является одним из важныхнаправлений федеральной программы развития Арктики. Решение этих задачтакже невозможно без изучения процессов переноса искусственно вносимыхсоединений в массиве льда.ЦельПовышениеработы.энегоэффективностисистемыледовоепокрытие – холодильная установка в результате поддержания заданныхфизико-механических свойств модифицированных ледовых массивов при ихэксплуатации.Задачи работы.1.
Рассмотреть работу системы холодильной машины на нерасчетныхрежимах при эксплуатации модифицированного ледового массива.2. Исследовать теплофизические свойства льда, модифицированногоразличными полимерными соединениями.3. Определить влияние температуры хладоносителя и заливаемой воды напроцесспереносаэксплуатациииполимерныхпредложитьмодификаторовзависимостидлявмассиверасчётальдаприконцентрациимодифицирующих соединений как функции количества обновлений рабочейповерхности льда.64.
Разработать технологию поддержания свойств модифицированныхледовых массивов на спортивных объектах при их эксплуатации.5. Определить периодичность внесения полимерных модификаторов дляподдержания скользящих и прочностных свойств льда.6. Дать количественную оценку повышения энергоэффективности работыхолодильной машины при эксплуатации модифицированного ледового массивапо сравнению с чистым льдом.Научная новизна.1. Экспериментально подтверждено, что во всём рабочем интервалетемператур ледового объекта все группы вводимых модификаторов непретерпевают фазовых превращений, что приводит к дополнительномуснижению тепловой нагрузки на холодильные машины.2.Впервыедоказанавозможностьподдержанияпрочностныхискользящих свойств ледовых покрытий за счёт рационального выборапараметров работы холодильной установки и воздействия на интенсивностьпроцессов переноса в ледовом массиве.3.
Впервые получены экспериментальные данные о процессе переносамодифицирующих соединенийприэксплуатацииледовых массивоввзависимости от температуры заливаемой воды.4. Впервые выявлено и экспериментально подтверждено определяющеевлияние скорости кристаллизации на характер распределения модификаторов впослойно формируемых ледовых массивах.5. Впервые разработан метод декорирования межкристаллическогопространствавыбраныорганическимихимическиекрасителями.соединенияиСформулированыопределенакритерии,макроструктурамодифицированного льда.Практическая значимость.На основании проведенных исследований разработаны практическиерекомендации по изменению температуры хладоносителя для намораживания и7поддержания свойств модифицированных ледовых массивов в зависимости отвида спорта.Предложенаиапробированаметодикаувеличениядо1,5разпродолжительности эксплуатации модифицированного ледового массива бездополнительноговнесениямодификаторовврезультатеизменениятемпературы заливаемой воды и температуры хладоносителя.На ледовых объектах РФ внедрена методика поддержания свойствмодифицированного ледового покрытия, позволяющая до 14 % сокращатьэнергопотребление холодильных машин ледовой арены.
Получен акт внедренияот ледовой арены Новосибирского профессионального хоккейного клуба«Сибирь».На защиту выносятся:1. Результаты мониторинга работы холодильной машины на нерасчетныхрежимахприпиковыхтепловыхнагрузкахприэксплуатациимодифицированного льда.2. Результаты экспериментального определения теплофизических свойствльда, модифицированного различными полимерными соединениями.3. Экспериментальные данные по влиянию температуры хладоносителя изаливаемой воды на процесс переноса полимерных модификаторов в массивельдаприэксплуатацииизависимостидлярасчётаконцентрациимодифицирующих соединений как функции количества обновлений рабочейповерхности льда.4. Технология поддержания свойств модифицированного ледовогомассива спортивных объектов при эксплуатации.5.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
