Диссертация (1025572), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В работе [55]предлагается оценивать необходимую холодопроизводительность для режимовэксплуатации от 3 до 4 раз меньше необходимой холодопроизводительностидля намораживания всего ледового массива. Период подготовки льдапринимается от 4 до 7 дней, необходимая холодопроизводительностьсоставляет около 1000 кВт для малых ледовых полей, и до 4000 кВт дляледовых полей для конькобежного спорта. Холодопроизводительность приэксплуатации ориентировочно принимается 200 кВт. При данном подходепроблематично учесть ряд важных факторов.
Например, в широком диапазонеменяется теплоприток от приборов освещения ледового поля для каждого изрежимов на каждой арене. При этом тепловая нагрузка от демонстрационногоосвещения на соревнованиях международного уровня с современными системанепрерывной телетрансляции может достигать 300 кВт. Для каждого изрежимов и каждого объекта отличается теплоприток от зрителей, связанный сразной степенью заполнения трибун. Как было показано, необходимаяхолодопроизводительность ледовой арены зависит от времени года. Согласно[57] на основании проектной документации теплопотери на лёд для БольшойЛедовой Арены в г. Сочи для режима соревнований составляют в зимнийпериод 170 кВт, а летом 240 кВт.
Как показала эксплуатация ледовой арены,данные значения существенно занижены. Поэтому для оценочного расчетаэнергоемкостихолодильнойориентироватьсянасистемыстатистическиеледовойданныеареныпорекомендуетсяэнергопотреблениюаналогичных ледовых объектов (география расположения, тип объекта ивместительность). Изменение расчетного значения холодильного коэффициентадля разных значений температур испарения и конденсации для различныхтиповкомпрессоровоборудования [58].возможноопределитьпопрограммеподбора60ГЛАВА3.Определениетеплофизическихсвойствльда,модифицированного различными полимерными соединениямиНеобходимостьизучениятеплофизическихпараметроврастворовмодификаторов обусловлена возможностью их влияния на инженерныесистемы катка.
Улучшение скоростных и упруго-пластических характеристикледовых покрытий не должно приводить к нежелательному изменениюмакропараметровледовыхпокрытий(понижениютемпературыкристаллизации, увеличению теплоты фазового перехода) и увеличениюэнергопотребления холодильными машинами ледового поля.Использовались различные методы термического анализа [59], в качествеосновного был выбран метод дифференциальной сканирующей калориметрии(ДСК).
Он является наиболее часто используемым в силу высокой точности,наглядности результатов и широты возможностей. Принцип действия ДСКоснован на создании однородного температурного поля в печи калориметра сразмещенными в ней исследуемым образцом и эталоном сравнения [60]. Вслучае различия теплоемкостей сторон образца и эталона или процессовпоглощения или выделения теплоты, вызванных фазовыми переходами илиреакциями,отображаетсявозникаетнатемпературныйгоризонтальнойградиентбазовоймеждулинииячейками.калориметравЭтовидеэкзотермических или эндотермических пиков или ступеней, образующихкривую дифференциального теплового потока (линия ДСК).
Сигнал ДСКпропорционален разности температур образца и эталона сравнения иизмеряется в мВт/мг. Все теплофизические характеристики были получены приисследовании образцов в режиме нагрева (при плавлении). Исследованияпроводились на оборудовании DSC 204 F1 Phoenix с использованиемспециальногопрограммноготехнические характеристики:обеспечения.Приборимеетследующие61– предусмотрено три различных системы охлаждения: воздушная, смеханическимохлаждениемижидкимазотом.Этообеспечиваеттемпературный диапазон измерений от минус 180 до плюс 700 ºС;– чувствительность прибора менее 0,1 мкВт;Объектом исследования служили чистая вода, раствор модификаторов вштатной концентрации для хоккея 7 ppm, а также исходные вещества(кремнийорганического масло 1,8 %, кремнийорганическая эмульсия 1,8 % исуспензия ПТФЭ 8,8 %), вносимые непосредственно в бак льдозаливочногокомбайна при формировании массива. Исследование модифицирующихсоставов в заведомо больших концентрациях проводилось с целью общейоценки вклада вводимых органических соединений в характеристики смеси вцелом.3.1.ЭкспериментальноеопределениетемпературыплавленияикристаллизацииПики кривой ДСК называются аномалиями, они определяют фазовыйпереход первого рода или резкое изменение теплоемкости в случае фазовыхпереходов второго рода.
Сигнал ДСК строится относительно изменениятемпературы, которое откладывается по оси абсцисс графика. Пик кривойописываетсятремязначениямитемператур:начальной,конечнойитемпературой экстремума кривой. Данные величины определяются с помощьюдополнительных геометрических построений. Экспериментально по кривымДСК были получены значения температуры плавления всех исследуемыхрастворовмодификаторов(Рисункиот3.1до3.4).Кривыедлямодифицирующих составов представлены на одном графике с чистой водой,значения температур плавления выделены отдельно. Необходимо отметить, чтовнешний вид пика (вогнутый характер) отличается от стандартного вида пикакривой ДСК при плавлении (выпуклый характер), что обусловлено выборомнаправления оси ординат. Направление экзотермической реакции вверх. Перед62непосредственным исследованием образцов проводилась калибровка приборапо температуре и по чувствительности согласно стандартным методикамработы с дифференциальным сканирующим калориметром.
Погрешностьполученных значений температуры составила 0,01 ºС.ДСК /(мВт/мг)0Начало: 0.00 °C Начало: -0.01 °C↑ экзоМодифицированная смесь[2.7][1.7]-1Дистиллированная вода-2-3Нагрев-4-10-5051015Температура /°CРисунок 3.1. Эндотермические пики на ДСК-линиях для чистой воды и смесимодификаторов 7 ppmДСК /(мВт/мг)0Начало: 0.00 °C Начало: -0.01 °C↑ экзоНХ[5.7][1.7]-1Дистиллированная вода-2-3Нагрев-4-10-5051015Температура /°CРисунок 3.2. Эндотермические пики на ДСК-линиях для чистой воды ираствора кремнийорганического масла 1,8 %63ДСК /(мВт/мг)0Начало: 0.00 °C Начало: -0.01 °C↑ экзоФТ[4.7][1.7]-1Дистиллированная вода-2-3Нагрев-4-10-5051015Температура /°CРисунок 3.3.
Эндотермические пики на ДСК-линиях для чистой воды ираствора кремнийорганическая эмульсия 1,8 %ДСК /(мВт/мг)0Начало: 0.00 °C Начало: -0.03 °C↑ экзоПТФ[3.7][1.7]-1Дистиллированная вода-2-3Нагрев-4-10-5051015Температура /°CРисунок 3.4. Эндотермические пики на ДСК-линиях для чистой воды ираствора ПТФЭ 8,8 %64Для всех исследуемых образцов была определена температура замерзанияс помощью криоскопа ОСКР – 1.
В процессе непрерывного охлажденияосуществляется контроль температуры исследуемого образца с помощьюдатчикатемпературы(терморезистора).Первоначальнорастворпереохлаждается ниже истинной температуры замерзания, далее механическиинициируется процесс льдообразования посредством вибрирующего элемента(иглы). Выделяющая при этом теплота скачкообразно повышает температуруобразца до равновесной температуры, характерной для исследуемого водногораствора.Данноезначениепринимаетсявкачестветемпературыкристаллизации и определяется по выходной характеристике прибора.Применяемый в эксперименте криоскоп имеет следующие техническиехарактеристики:– диапазон измерения температуры замерзания от 0 до минус 3,72 ºС;– погрешность измерения температуры замерзания ± 0,002 ºС;– объем пробы 0,3 мл;– продолжительность измерения не более 3 минут.Экспериментально полученные значения криоскопической температурывсех исследуемых образцов представлены в Таблице 6, они были сопоставленыс полученными значениями температуры плавления, полученные методом ДСК.Таблица 6.Результаты исследования температур фазового переходаНаименование образцаТемператураплавления, °СКриоскопическаятемпература, °СЧистая вода0 ± 0,01- 0,003 ± 0,002Модифицированнаясмесь7 ppm- 0,01 ± 0,01- 0,014 ± 0,002Масло (1,8%)- 0,01 ± 0,01- 0,007 ± 0,002Эмульсия (1,8%)- 0,01 ± 0,01- 0,007 ± 0,002ПТФЭ(8,8%)- 0,03 ± 0,01- 0,027 ± 0,00265Значениякриоскопическойтемпературыисходныхрастворовмодификаторов в заведомо больших концентрациях лежат в диапазонезначений температуры кристаллизации чистой воды, с учетом погрешностиметода ее фиксации.
Соответственно, введение модификаторов не приводит кпонижению температуры образования льда.3.2. Экспериментальное определение удельной теплоемкости и удельнойтеплоты плавленияМетод ДСК позволяет определить значение удельной теплоемкостиисследуемогообразцапересчётомзначенияизполучаемогоэкспериментального сигнала. График изменения теплоемкости исследуемогообразца в отсутствии фазового перехода первого рода пропорционален сигналуДСК. При проведении последовательных экспериментов с образцом и рабочимэталоном в схожих внешних условиях с одной скоростью изменениятемпературы и в одних и тех же тиглях удельная теплоемкость образцаопределяется по соотношению:cpО гдеиндексыОДСКО - ДСК0 mРЭ c p РЭДСК РЭ - ДСК0 mО,соответствуютисследуемому(3.1)образцу,индексыРЭ соответствуют рабочему эталону;m – масса, кг;cp – удельная теплоемкость, кДж/(кг∙К).При проведении исследований данные сначала получали в режименагрева образцов (название кривой «образец с фазовым переходом»).
Послезавершения фазового перехода расплавленный раствор продолжали нагревать,затем снова охлаждали до температуры кристаллизации. Данный подходпозволил получить необходимые значения ДСК сигнала вблизи температурыфазового перехода (название кривой «образец без фазового перехода»).66ПолученныеграфикиудельнойизобарнойтеплоемкостиисследуемыхУдельная теплоемкость c p , кДж/(кг•К)растворов модификаторов представлены на Рисунках от 3.5 до 3.8.5Дистиллированная вода4,5Образец с фазовым переходом4Образец без фазового переходаАппроксимирующая функция3,532,521,510,50-30-20-100102030Температура, °СРисунок 3.5.
Зависимость удельной теплоемкости от температуры для чистойУдельная теплоемкость c p, кДж/(кг•К)воды и смеси модификаторов 7 ppm5Дистиллированная вода4,5Образец с фазовым переходом4Образец без фазового переходаАппроксимирующая функция3,532,521,510,50-30-20-100102030Температура, °СРисунок 3.6. Зависимость удельной теплоемкости от температуры для чистойводы и раствора кремнийорганического масла 1,8 %Удельная теплоемкость c p, кДж/(кг•К)675Дистиллированная вода4,5Образец с фазовым переходом4Образец без фазового переходаАппроксимирующая функция3,532,521,510,50-30-20-100102030Температура, °СРисунок 3.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
