Диссертация (Теплообмен при кипении многокомпонентных рабочих тел, используемых в низкотемпературных установках)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Теплообмен при кипении многокомпонентных рабочих тел, используемых в низкотемпературных установках". PDF-файл из архива "Теплообмен при кипении многокомпонентных рабочих тел, используемых в низкотемпературных установках", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Министерство образованиrI и науки РФФЕШРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДХtЕТНОЕоБрАзовАтЕльноЕ учрЕждЕниЕ BbJcr r IF,,го оБрАзовАниrIкнАlрIонАльFыЙ исслtвдовАтЕльскрй унивЕрситЕт (мэи}На правах рукошисиfiолжиков Антон СергеевичТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ МНОГОКОМПОШНТНЫХ РАБОЦФ( ТЕЛ,ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НИЗКОТЕМПЕРАТ}?НЫХ УСТАНОВКАХСпециалъность 05.04.03- Машиныи аппараты, процессы холодильной икриогенноЙ техники, систем кондиционирования и lкизнеобеслеченияfиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:кандидат технических наук,старший научный сотрудникV{огорьiчньiй Владимир ИвановичМосква-20172ОглавлениеВведение ...........................................................................................................................
51.2.Современное состояние вопроса ......................................................................... 131.1.Количественные характеристики двухфазных потоков в каналах........... 131.2.Исследования теплообмена при кипении смесей в трубах ....................... 201.3.Модели коэффициента теплоотдачи ........................................................... 261.4.Выводы по главе 1 ......................................................................................... 32Экспериментальный стенд для исследования теплообмена при кипениимногокомпонентных рабочих тел ................................................................................
332.1.Параметры проектирования ......................................................................... 332.2.Описание экспериментальной установки ................................................... 332.3.Компрессор..................................................................................................... 372.4.Методика определения коэффициента теплоотдачи ................................. 372.5.Конструкция экспериментального участка ................................................
392.6.Участок измерения расхода .......................................................................... 452.7.Нагреватель .................................................................................................... 482.8.Измерительная система................................................................................. 482.8.1.Измерение температуры ......................................................................... 502.8.2.Измерение давления................................................................................ 522.8.3.Измерение перепада давления ...............................................................
532.9.Источник постоянного тока.......................................................................... 542.10. Тепловой баланс экспериментального участка .......................................... 552.11. Тестирование экспериментального участка ............................................... 582.12. Оценка неопределенностей ..........................................................................
592.13. Выводы по главе 2 ......................................................................................... 6133.Экспериментальныеданныепотеплообменуприкипениимногокомпонентных рабочих тел ................................................................................ 623.1.Методика проведения экспериментов и обработки экспериментальныхданных ........................................................................................................................ 623.2.ЭкспериментальныеданныепокипениюсмесиCH4/C2H4/C3H8(0,45/0,35/0,20 моль) .................................................................................................. 633.3.Экспериментальные данные по кипению смеси CH4/C2H4/C3H8/C4H10(0,4/0,2/0,2/0,2 моль)..................................................................................................
663.4.Экспериментальные данные по кипению смеси R14/R23/R22/R236fa(0,4/0,2/0,2/0,2 моль).................................................................................................. 683.5.ЭкспериментальныеданныепокипениюсмесиR14/R23/R236fa(0,4/0,3/0,3 моль) ........................................................................................................ 703.6.4.Выводы по главе 3 ......................................................................................... 72Сравнение экспериментальных и расчетных данных ....................................... 734.1.Сравнение с экспериментальными данными из опыта 1 .......................... 744.2.Сравнение с экспериментальными данными из опыта 2 ..........................
754.3.Сравнение с экспериментальными данными из опыта 3 .......................... 764.4.Сравнение с экспериментальными данными из опыта 4 .......................... 784.5.Выводы по главе 4 ......................................................................................... 795.Заключение ............................................................................................................
816.Условные обозначения и сокращения................................................................. 837.Список использованных источников .................................................................. 868.Приложения ........................................................................................................... 948.1.Приложение А: методика Little для расчета КТО при кипении смесей .. 948.2.Приложение Б: градуировка участка измерения расхода .........................
978.3.Приложение В: градуировка средств измерения температуры ................ 9948.3.1.Градуировка термопар ............................................................................ 998.3.2.Градуировка ПТС .................................................................................. 1038.4.Приложение Г: Оценка неопределенностей измерений .......................... 1085ВведениеВ последние годы наблюдается тенденция возрастания интереса киспользованиюмногокомпонентныхрабочихтелвнизкотемпературныхустановках. Это связано во многом с запретом на использование ряда хладагентов,подпадающих под действие Монреальского и Киотского протоколов, и активнымпоиском веществ, способных их заменить.
А также тем фактом, что во многихслучаях использование смесей позволяет повысить энергетическую эффективностьсистем.В современной низкотемпературной промышленности используется два типасмесей: азеотропные и зеотропные (иногда используется термин неазеотропные).Азеотропные смеси получают путем смешения двух или более компонентов,которые вместе ведут себя как чистое вещество. Такое поведение обусловленосильным термодинамическим взаимодействием между различными молекулами,составляющими смесь.
Когда происходят кипение или конденсация азеотропнойсмеси при постоянном давлении, ее температура остается постоянной, также, как иу чистых веществ. У зеотропных (или неазеотропных) смесей, в отличии от чистыхвеществ, при постоянном давлении в процессе фазового перехода (конденсацияили кипение) происходит изменение температуры, наблюдается так называемый“глайд” между точками росы и начала кипения.
Именно исследованию процессакипения зеотропных смесей посвящена данная работа.Использование хлорфторуглеродов (CFC) и хлорфторуглеводородов (HCFC)в холодильной промышленности быстро сокращается из-за их пагубного влиянияна окружающую среду: разрушение озонового слоя и парниковый эффект. В1987 году был подписан Монреальский протокол, спустя 10 лет в 1997 году былподписанКиотскийпротокол,основнымположениемкоторыхявляетсясокращение вредных выбросов в атмосферу. CFC и HCFC могут быть замененычистыми веществами или азеотропными смесями, которые имеют схожие свойства,либо зеотропными смесями, которые способны поддерживать охлаждение околопостоянной температуры.
Зеотропная смесь формируется двумя или болеекомпонентами. В качестве примера можно привести R-404a (R-125 (44 %)/R-143a6(52 %)/R-134a (4 %), по массе) и R-407c (R-32 (23 %)/R-125 (25 %)/R-134a (52 %),по массе), которые являются зеотропными смесями и пришли на замену R-502 и R22 соответственно. Эти смеси имеют температурный глайд между 0.5 и 7 К.Зеотропные смеси широко используются в кондиционировании, тепловыхнасосахихолодильныхсистемах.Исследованияпоказалиулучшениеэффективности на 9 % [1] для системы кондиционирования и 30 % [2] длятеплового насоса, использующих зеотропные смеси. Также было обнаружено, чтохолодильные системы на смесевом хладагенте хорошо подходят для обеспеченияхолодопроизводительности в температурном диапазоне 120 – 240 К (а иногда иниже).
Оптимальной смесью для таких систем обычно является зеотропная сбольшим температурным глайдом. В идеале, такая смесь должна иметь точку росыпри давлении нагнетания компрессора, что является близким к температуреокружающей среды, и точку кипения при давлении всасывания компрессора, чтоблизко к необходимой температуре охлаждения [3].В криогенной и холодильной технике широкое применение получилисистемы, работающие на основе дроссельного цикла (рисунок В.1). ТипичныйРис. В.1. Пример низкотемпературного дроссельного цикла на чистом веществе(по середине) и смеси (справа)дроссельный цикл Джоуля-Томсона (ДТ) использует в качестве рабочих тел чистыевещества, такие как азот, аргон, которые обеспечивают относительно низкуюэффективность и требует высоких рабочих давлений (вплоть до 250 бар) (рисунокВ.1).
