Науково-технічні основи підвищення ефективності теплоенергетичних систем з використанням іонних рідин і нанофлюїдів
Вантажиться...
Дата
2013
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика.
Дисертаційна робота присвячена комплексному обґрунтуванню та розвитку науково-технічних підходів для підвищення ефективності перспективних теплоенергетичних систем на основі всебічної теоретичної і експериментальної інформації про теплофізичні властивості нової генерації робочих і теплопередавальних середовищ - іонних рідин і нанофлюїдів. В роботі дана класифікація можливих механізмів інтенсифікації переносу енергії в традиційних теплоносіях з домішками наноструктурованих матеріалів. Розроблена стратегія моделювання особливостей термодинамічної і фазової поведінки речовин з домішками нанофлюїдів та іонних рідин. Запропоновано моделі термодинамічної поведінки нанофлюїдів для прогнозування зсуву критичної точки чистих компонентів у присутності наноструктурованих матеріалів і проведено дослідження впливу розміру та форми наночасток на термодинамічні характеристики теплоносіїв. На основі теорії термодинамічної подібності побудовані рівняння стану та разраховані таблиці термодинамічних властивостей технічно важливих газів з домішками наночасток різної природи. В дисертації виконано широкий спектр експериментальних досліджень нанофлюїдів (розчинність, Р - V - Т -х поверхня, коефіцієнти переносу, поверхневий натяг) для перевірки адекватності розроблених моделей теплофізичних властивостей речовин з домішками наноструктурованих матеріалів. Термодинамічна та фазова поведінка сумішей природних і синтетичних холодоагентів з іонними рідинами досліджені з точки зору уявлень про глобальні фазові діаграми. Дана оцінка можливого руйнування азеотропії у багатокомпонентних холодоагентах. Особлива увага приділена питанню інтенсифікації процесів переносу енергії та імпульсу в мікроканалах при течії робочих тіл за рахунок наноребер. Дана оцінка ефективності гідродинамічних процесів при течії нанофлюїдів у деревовидних мікроканалах.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.06 — Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Диссертационная работа посвящена комплексному теоретическому и экспериментальному решению важной научно-технической проблемы - повышению эффективности теплоэнергетических систем на основе использования новых рабочих сред и теплоносителей - ионных жидкостей и нанофлюидов. В работе классифицированы возможные механизмы интенсификации переноса энергии в классических теплоносителях при добавках наноструктурированных материалов и разработана стратегия моделирования особенностей термодинамического и фазового поведения нанофлюидов и ионных жидкостей. Разработаны модели термодинамического поведения нанофлюидов для предсказания сдвига критической точки чистых компонентов в присутствии наноструктурированных материалов и исследовано влияние размера и формы наночастиц на термодинамические характеристики теплоносителей. На основе теории термодинамического подобия построены модели уравнений состояния нанофлюидов и рассчитаны таблицы термодинамических свойств технически важных газов с добавками наночастиц различной природы. В диссертации проведен широкий спектр экспериментальных исследований нанофлюидов (растворимость, Р - V - Т -х поверхность, коэффициенты переноса, поверхностное натяжение) для проверки адекватности разработанных моделей теплофизических свойств веществ с добавками наноструктурированных материалов. Термодинамическое и фазовое поведение бинарных растворов природных и синтетических хладагентов с ионными жидкостями исследовано с точки зрения глобальных фазовых диаграмм. Предсказано явление разрушения азеотропных состояний в многокомпонентных хладагентах при добавке ионных жидкостей. Для поиска рабочих тел, снижающих давление сжатия в СО2 компрессорах, рассмотрено влияние структуры анионных и катионных групп на управление фазовыми равновесиями в системах диоксид углерода - ионные жидкости на основе имидазола. Особое внимание уделено вопросу интенсификации процессов переноса энергии и импульса в микроканалах при течении теплоносителей за счет наноребер; дана оценка эффективности гидродинамических процессов при течении нанофлюидов в древовидных микроканалах. Разработан подход к поиску рабочих тел с добавками наночастиц, отвечающих требованиям устойчивого развития, для низкопотенциальных энергопреобразующих систем на основе органического цикла Ренкина. Разработанные подходы к созданию практических методов расчета термодинамических свойств веществ с добавками наноструктурированных материалов и ионных жидкостей сокращают объемы и сроки дорогостоящих экспериментальных исследований и являются платформой для выбора перспективных рабочих тел для теплоэнергетических и холодильных систем.
Thesis for a doctor of science (engineering) degree by specialty 05.14.06 — Technical Thermophysics and Industrial Heat Engineering. The thesis is devoted to the integrated theoretical and experimental solution of important scientific and technological problem: efficiency enhancement of heat-and-power engineering systems via new working media - the ionic liquids and nanofluids. The possible mechanisms of energy transfer intensification at nanoparticle doping in conventional heat transfer fluids are classified and modeling strategy of both nanofluids and ionic liquids thermodynamic and phase behavior is developed. To predict the critical point shift of pure substances at nanostructured materials adding the thermodynamic models are used and influence of nanoparticle size and geometry is studied. The equations of state for nanofluids are presented and thermodynamic properties are calculated on the similarity theory base. Experimental studies of nanofluids (solubility, P-V-T-x surface, transfer coefficients, and surface tension) to test the thermophysical property model adequacy are carried out. . Global phase behavior of ionic liquid - industrial refrigerant blends is analyzed and IV and/or V types according to the classification scheme of Scott and van Konynenburg is established. The azeotropy breaking in binary refrigerant mixtures with ionic liquid adding is predicted. Novel class of binary working fluids - carbon dioxide with ionic liquids presents one of prospective opportunities to solve the problem of ozone safe substances for energy conversion systems. Thermodynamic behavior models for CO2 - ionic liquid blends are considered and method of equation of state parameter estimation is developed. The influence of nanostructured materials on heat transfer enhancement in cooling systems is considered. Design criterion based on the constructal conception of heat conducting paths minimization at given space domain is applied. The cooling performance assessment of a microchannel heat sink with dendritic structure is given. Further enhancement of heat transfer coefficient initiated by nanofluid application is discussed. A general approach to the working fluid selection for organic Rankine cycle that meets a sustainable development criterion is developed. The direct assessment of the efficiency criteria for the Rankine cycle via artificial neural networks approach is proposed. The forecast of efficiency criteria for the Rankine cycle as output parameters which describe the coefficient of performance with high accuracy and without thermodynamic property calculations is given.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.06 — Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Диссертационная работа посвящена комплексному теоретическому и экспериментальному решению важной научно-технической проблемы - повышению эффективности теплоэнергетических систем на основе использования новых рабочих сред и теплоносителей - ионных жидкостей и нанофлюидов. В работе классифицированы возможные механизмы интенсификации переноса энергии в классических теплоносителях при добавках наноструктурированных материалов и разработана стратегия моделирования особенностей термодинамического и фазового поведения нанофлюидов и ионных жидкостей. Разработаны модели термодинамического поведения нанофлюидов для предсказания сдвига критической точки чистых компонентов в присутствии наноструктурированных материалов и исследовано влияние размера и формы наночастиц на термодинамические характеристики теплоносителей. На основе теории термодинамического подобия построены модели уравнений состояния нанофлюидов и рассчитаны таблицы термодинамических свойств технически важных газов с добавками наночастиц различной природы. В диссертации проведен широкий спектр экспериментальных исследований нанофлюидов (растворимость, Р - V - Т -х поверхность, коэффициенты переноса, поверхностное натяжение) для проверки адекватности разработанных моделей теплофизических свойств веществ с добавками наноструктурированных материалов. Термодинамическое и фазовое поведение бинарных растворов природных и синтетических хладагентов с ионными жидкостями исследовано с точки зрения глобальных фазовых диаграмм. Предсказано явление разрушения азеотропных состояний в многокомпонентных хладагентах при добавке ионных жидкостей. Для поиска рабочих тел, снижающих давление сжатия в СО2 компрессорах, рассмотрено влияние структуры анионных и катионных групп на управление фазовыми равновесиями в системах диоксид углерода - ионные жидкости на основе имидазола. Особое внимание уделено вопросу интенсификации процессов переноса энергии и импульса в микроканалах при течении теплоносителей за счет наноребер; дана оценка эффективности гидродинамических процессов при течении нанофлюидов в древовидных микроканалах. Разработан подход к поиску рабочих тел с добавками наночастиц, отвечающих требованиям устойчивого развития, для низкопотенциальных энергопреобразующих систем на основе органического цикла Ренкина. Разработанные подходы к созданию практических методов расчета термодинамических свойств веществ с добавками наноструктурированных материалов и ионных жидкостей сокращают объемы и сроки дорогостоящих экспериментальных исследований и являются платформой для выбора перспективных рабочих тел для теплоэнергетических и холодильных систем.
Thesis for a doctor of science (engineering) degree by specialty 05.14.06 — Technical Thermophysics and Industrial Heat Engineering. The thesis is devoted to the integrated theoretical and experimental solution of important scientific and technological problem: efficiency enhancement of heat-and-power engineering systems via new working media - the ionic liquids and nanofluids. The possible mechanisms of energy transfer intensification at nanoparticle doping in conventional heat transfer fluids are classified and modeling strategy of both nanofluids and ionic liquids thermodynamic and phase behavior is developed. To predict the critical point shift of pure substances at nanostructured materials adding the thermodynamic models are used and influence of nanoparticle size and geometry is studied. The equations of state for nanofluids are presented and thermodynamic properties are calculated on the similarity theory base. Experimental studies of nanofluids (solubility, P-V-T-x surface, transfer coefficients, and surface tension) to test the thermophysical property model adequacy are carried out. . Global phase behavior of ionic liquid - industrial refrigerant blends is analyzed and IV and/or V types according to the classification scheme of Scott and van Konynenburg is established. The azeotropy breaking in binary refrigerant mixtures with ionic liquid adding is predicted. Novel class of binary working fluids - carbon dioxide with ionic liquids presents one of prospective opportunities to solve the problem of ozone safe substances for energy conversion systems. Thermodynamic behavior models for CO2 - ionic liquid blends are considered and method of equation of state parameter estimation is developed. The influence of nanostructured materials on heat transfer enhancement in cooling systems is considered. Design criterion based on the constructal conception of heat conducting paths minimization at given space domain is applied. The cooling performance assessment of a microchannel heat sink with dendritic structure is given. Further enhancement of heat transfer coefficient initiated by nanofluid application is discussed. A general approach to the working fluid selection for organic Rankine cycle that meets a sustainable development criterion is developed. The direct assessment of the efficiency criteria for the Rankine cycle via artificial neural networks approach is proposed. The forecast of efficiency criteria for the Rankine cycle as output parameters which describe the coefficient of performance with high accuracy and without thermodynamic property calculations is given.
Опис
Нікітін, Д. М.
Науково-технічні основи підвищення ефективності теплоенергетичних систем з використанням іонних рідин і нанофлюїдів [Текст] : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : спец. 05.14.06 "Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика" / Нікітін Дмитро Миколайович ; наук. консультант В. О. Мазур ; Одес. держ. акад. харч. технологій. – Одеса : ОНАХТ, 2013. – 39 с. : іл.
Ключові слова
нанофлюїди, іонні рідини, робочі середовища, енергетична ефективність, рівняння стану, термодинамічні властивості, фазові рівноваги, нанофлюиды, ионные жидкости, рабочие среды, энергетическая эффективность, уравнение состояния, термодинамические свойства, фазовые равновесия, nanofluids, ionic fluids, working media, energy efficiency, equation of state, thermodynamic properties, phase equilibria