Термодинамічне обгрунтування вибору нових робочих середовищ для екологічно безпечних технологій
Вантажиться...
Дата
2010
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.14.06 - Технічна теплофізика й промислова теплотехніка.
Дисертаційна робота присвячена комплексному експериментальному й теоретичному рішенню важливої науково-технічної проблеми - термодинамічному обгрунтуванню вибору нових робочих середовищ для екологічно безпечних технологій. У роботі відображені результати вирішення ряду акіуальних завдань технічної теплофізики й промислової теплотехніки, спрямованих на підвищення ефективності систем перетворення енергії за рахунок аномальних фізико-хімічних властивостей розчинів наночасток у класичних рідинах, пошук четвертої генерації холодоагентів з низьким потенціалом глобального потепління (іонні рідини, фторовані ефіри та ін.), утилізацію низьконотепційних джерел енергії, створення надкритичних водних ядерних реакторів і надкритичних флюїдних технологій знищення хімічної зброї. Показано, що особливості термодинамічної поверхні поліаморфних флюїдних систем з декількома критичними точками для двохмасштабного потенціалу міжмолекулярної взаємодії в модифікованій моделі ван дер Ваальсу виявляють наявність двох метастабільних критичних точок. На основі розрахунків лінії Вайдома встановлено, що остання не є універсальним продовженням кривої пружності. Показано, що фазова поведінка компонентів хімічної зброї у надкритичній воді виявляє тільки II й III типи за класифікацією Скотта - ван Конинснбурга подібно системам вуглеводні - вода. Представлено результати експериментальних вимірів Р-Т-х властивостей азеотропних сумішей з GWP < 150 і точками нормального кипіння компонентів у діапазоні температур від -40 °С до -80 °С: R1270/161, R170/717 і R600а/161. Сформульовано критерії сталого розвитку для технологій перетворення низькотемпературних джерел теплоти в роботу на основі циклу Рснкіна, що використає органічні робочі тіла. Показано, що добавка іонної рідини до азеотропних сумішей холодоагентів приводить до руйнування азсотроііїї. У рамках лінійної моделі для властивостей нанофлюїдів показано, що в циклах холодильних машин збільшення на 40% коефіцієнта теплопровідності холодоагенту за рахунок добавок вуглецевих нанотрубок веде до підвищення холодильного коефіцієнту на 20%.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.06 — Техническая теплофизика и промышленная теплотехника. Диссертационная работа посвящена комплексному экспериментальному и теоретическому решению важной научно-технической проблемы — термодинамическому обоснованию выбора новых рабочих сред для экологически безопасных технологий. В работе отображены результаты решения ряда актуальных задач технической теплофизики и промышленной теплотехники, направленные на повышение эффективности систем преобразования энергии за счет аномальных физико-химических свойств растворов наночастиц в классических жидкостях, поиск четвертой генерации хладагентов с низким потенциалом глобального потепления (ионные жидкости, фторированные эфиры и др.), утилизацию низкопотенциальных источников энергии, создание сверхкритических водных ядерных реакторов и сверхкритических флюидных технологий уничтожения химического оружия. Показано, что особенности термодинамической поверхности полиаморфных флюидных систем с несколькими критическими точками для двухмасштабного потенциала межмолекулярного взаимодействия в модифицированной модели ван дер Ваальса обнаруживают наличие двух метастабильных критических точек. На основе расчетов линии Вайдома установлено, что последняя нс является универсальным продолжением кривой упругости. Показано, что фазовое поведение компонентов химического оружия в сверхкритической воде обнаруживает только II и III типы по классификации Скотта — ван Кониненбурга подобно системам углеводороды — вода. Представлены результаты экспериментальных измерений Р-Т-х свойств азеотропных смесей с GWP < 150 и точками нормального кипения компонентов в диапазоне температур от -40 °С до -80 °С: R1270/161, R170/717 и R600а/161. Для поиска новых рабочих тел, для которых отсутствует информация о термодинамическом поведении, предложен нейросетевой подход к прогнозированию энергетической эффективности циклов Ренкина. Приведены результаты компьютерного моделирования термодинамического и фазового поведения в смесях фторированных эфиров с R1234уf — перспективных хладагентах с низким потенциалом глобального потепления и высокой энергетической эффективностью, подтвердившие возможные азеотропные состояния в большинстве рассматриваемых смесей. Показано, что добавка ионной жидкости к азеотропным смесям хладагентов приводит к разрушению азеотропии, что представляет интерес для разработки технологий сепарации смесей хладагентов, содержащих озоноразрушающие компоненты и вещества с высокими потенциалами глобального потепления. Показано, что в циклах холодильных машин увеличение на 40% коэффициента теплопроводности хладагента за счет добавок углеродных нанотрубок ведет к повышению холодильного коэффициента на 20%. Разработанные подходы сокращают объёмы и сроки дорогостоящих экспериментальных исследований по выбору рабочих сред, для которых отсутствует информация о термодинамическом в широком диапазоне параметров состояния.
Thesis for a doctor of science (engineering) degree by specialty 05.14.06 - Technical Thcrmophysics and Industrial Heat Engineering. The dissertation is devoted to the integrated theoretical and experimental solution of important scientific and engineering problem - thermodynamic rationale of novel working media selection for environmentally friendly technologies. This work contains the results of solution for some actual problems of technical thermophysics and industrial heat engineering in the area efficiency increasing for energy transforming systems. The modified van dcr Waals equation of state displays a complex phase behavior including three critical points and identifies four fluid phases ( gas, low density liquid, high density liquid, and very high density liquid). It was shown that an improvement of repulsive part doesn’t change a topological picture of phase behavior of water in the wide range of thermodynamic variables. The new parameter set for second and third critical points has been recognized by the thorough analysis of experimental data for the loci of thermodynamic response functions extrema. The main types of phase behavior both main organic pollutants and chemical warfare imitators in supercritical natural fluids H20 and CO: were studied. Three azeotropic mixtures R1270/161 (propene/fluoroethane), R170/717 (cthane/ammonia), and R600a/161 (isobutane/fluoroethane) have been selected, all formed from natural refrigerants or synthetic chemicals with a global warming potential GWP < 150. A number of P-T-x measurements were conducted for mixtures of interest over a variety of thermodynamic variables. These new blends offer notable advantages over existing refrigerants, in particular: zero ODP and low GWP, below 150, and mainly “naturally” occurring fluids; improved thermodynamic properties (such as critical temperature and minimal temperature glide) over similar existing refrigerants; good solubility with oils; low toxicity, and reduced flammability; known and understood chemical and material compatibility. A general approach to the working fluid selection for organic Rankine cycle that meets a sustainable development criterion has been proposed. The various configurations of the Rankine cycle based on the organic working fluids were considered. The azeotropy breaking in binary refrigerant mixtures with ionic liquid adding has been predicted. The irreversible inverse Carnot cycle with nanofluid which operates between heat (cold) sources of constant temperature has been considered to analyze the limiting opportunities of energy transforming systems. The impact of the carbon nanotubes in concentration range that experimentally corresponds to increasing of thermal conductivity is analyzed. It was shown that for refrigerant with carbon nanotubc adding 40% thermal conduction increasing leads to 20% increasing of nonequilibrium COP.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.06 — Техническая теплофизика и промышленная теплотехника. Диссертационная работа посвящена комплексному экспериментальному и теоретическому решению важной научно-технической проблемы — термодинамическому обоснованию выбора новых рабочих сред для экологически безопасных технологий. В работе отображены результаты решения ряда актуальных задач технической теплофизики и промышленной теплотехники, направленные на повышение эффективности систем преобразования энергии за счет аномальных физико-химических свойств растворов наночастиц в классических жидкостях, поиск четвертой генерации хладагентов с низким потенциалом глобального потепления (ионные жидкости, фторированные эфиры и др.), утилизацию низкопотенциальных источников энергии, создание сверхкритических водных ядерных реакторов и сверхкритических флюидных технологий уничтожения химического оружия. Показано, что особенности термодинамической поверхности полиаморфных флюидных систем с несколькими критическими точками для двухмасштабного потенциала межмолекулярного взаимодействия в модифицированной модели ван дер Ваальса обнаруживают наличие двух метастабильных критических точек. На основе расчетов линии Вайдома установлено, что последняя нс является универсальным продолжением кривой упругости. Показано, что фазовое поведение компонентов химического оружия в сверхкритической воде обнаруживает только II и III типы по классификации Скотта — ван Кониненбурга подобно системам углеводороды — вода. Представлены результаты экспериментальных измерений Р-Т-х свойств азеотропных смесей с GWP < 150 и точками нормального кипения компонентов в диапазоне температур от -40 °С до -80 °С: R1270/161, R170/717 и R600а/161. Для поиска новых рабочих тел, для которых отсутствует информация о термодинамическом поведении, предложен нейросетевой подход к прогнозированию энергетической эффективности циклов Ренкина. Приведены результаты компьютерного моделирования термодинамического и фазового поведения в смесях фторированных эфиров с R1234уf — перспективных хладагентах с низким потенциалом глобального потепления и высокой энергетической эффективностью, подтвердившие возможные азеотропные состояния в большинстве рассматриваемых смесей. Показано, что добавка ионной жидкости к азеотропным смесям хладагентов приводит к разрушению азеотропии, что представляет интерес для разработки технологий сепарации смесей хладагентов, содержащих озоноразрушающие компоненты и вещества с высокими потенциалами глобального потепления. Показано, что в циклах холодильных машин увеличение на 40% коэффициента теплопроводности хладагента за счет добавок углеродных нанотрубок ведет к повышению холодильного коэффициента на 20%. Разработанные подходы сокращают объёмы и сроки дорогостоящих экспериментальных исследований по выбору рабочих сред, для которых отсутствует информация о термодинамическом в широком диапазоне параметров состояния.
Thesis for a doctor of science (engineering) degree by specialty 05.14.06 - Technical Thcrmophysics and Industrial Heat Engineering. The dissertation is devoted to the integrated theoretical and experimental solution of important scientific and engineering problem - thermodynamic rationale of novel working media selection for environmentally friendly technologies. This work contains the results of solution for some actual problems of technical thermophysics and industrial heat engineering in the area efficiency increasing for energy transforming systems. The modified van dcr Waals equation of state displays a complex phase behavior including three critical points and identifies four fluid phases ( gas, low density liquid, high density liquid, and very high density liquid). It was shown that an improvement of repulsive part doesn’t change a topological picture of phase behavior of water in the wide range of thermodynamic variables. The new parameter set for second and third critical points has been recognized by the thorough analysis of experimental data for the loci of thermodynamic response functions extrema. The main types of phase behavior both main organic pollutants and chemical warfare imitators in supercritical natural fluids H20 and CO: were studied. Three azeotropic mixtures R1270/161 (propene/fluoroethane), R170/717 (cthane/ammonia), and R600a/161 (isobutane/fluoroethane) have been selected, all formed from natural refrigerants or synthetic chemicals with a global warming potential GWP < 150. A number of P-T-x measurements were conducted for mixtures of interest over a variety of thermodynamic variables. These new blends offer notable advantages over existing refrigerants, in particular: zero ODP and low GWP, below 150, and mainly “naturally” occurring fluids; improved thermodynamic properties (such as critical temperature and minimal temperature glide) over similar existing refrigerants; good solubility with oils; low toxicity, and reduced flammability; known and understood chemical and material compatibility. A general approach to the working fluid selection for organic Rankine cycle that meets a sustainable development criterion has been proposed. The various configurations of the Rankine cycle based on the organic working fluids were considered. The azeotropy breaking in binary refrigerant mixtures with ionic liquid adding has been predicted. The irreversible inverse Carnot cycle with nanofluid which operates between heat (cold) sources of constant temperature has been considered to analyze the limiting opportunities of energy transforming systems. The impact of the carbon nanotubes in concentration range that experimentally corresponds to increasing of thermal conductivity is analyzed. It was shown that for refrigerant with carbon nanotubc adding 40% thermal conduction increasing leads to 20% increasing of nonequilibrium COP.
Опис
Артеменко, С.В.
Термодинамічне обгрунтування вибору нових робочих середовищ для екологічно безпечних технологій [Текст] : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : спец. 05.14.06 "Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика" / Артеменко Сергій Вікторович ; наук. консультант В. П. Желєзний ; Одес. держ. акад. холоду. – Одеса : ОДАХ, 2010. – 40 с.
Ключові слова
робочі середовища, енергетична ефективність, екологічна безпека, рівняння стану, термодинамічні властивості, фазові рівноваги, рабочие среды, энергетическая эффективность, экологическая безопасность, уравнение состояния, термодинамические свойства, фазовые равновесия, working media, energy efficiency, ecological safety, equation of state, thermodynamic properties, phase equilibria