Дослідження термодинамічної ефективності низькотемпературних систем - Автореферат

Цей перелік доводить складність і комплексність актуальної проблеми створення сучасного термодинамічного забезпечення для розрахунку та оптимізації установок низькотемпературної техніки. Що дозволило сформулювати наступні головні результати, яких слід очікувати при вирішенні цього класу задач: - для ряду систем кріогенної техніки термодинамічно оптимальні параметри близькі до значень, отриманих при термоекономічному аналізі (Бродянський В.М., Семенов А.М.). при виконанні оптимізаційних розрахунків на базі термоекономічного аналізу ефективність системи може характеризуватись узагальненою функцією (Мартиновський В.С.), яка дозволяє вирішувати задачу методами термодинамічної оптимізації; на прикладі систем холодильної техніки видно, що "загальне підвищення ефективності машин, всупереч розповсюдженому погляду про суттєвий вплив капітальних витрат на собівартість отриманого холоду, повинно здійснюватися в основному підвищенням енергетичної ефективності" (Курильов Е.С., Оносовський В.В., Бахарев И.Н. і ін.), напрям якого вказується термодинамічною оптимізацією; Основні висновки з цього дослідження зводяться до твердження, що не існують таких параметрів системи чи ії елементів x0, при яких: - ККД і функція E” приймають максимальних, а функція E’ - мінімальних значень;М (P,RM,F,GM), де М - імя точки; Р - функція, що характеризує ії розташування відносно елемента; RM - род робочого тіла; F - масив термодинамічних властивостей; GM - доля (витрата) потоку в перерізі, що відповідає вузловій точці. Функція Р приймає слідуючи значення, Р = 1, коли точка визначає вхід потоку в елемент; Р = 0, коли точка не належить елементу; Р =-1, коли точка визначає вихід потоку з елементу. Рівняння РКВ має кращі по цим показникам екстраполяційні якості до області високих тисків, ніж рівняння БВР. В роботі запропоновано визначити криву інверсії не з рівності нулю диференціального дросель - ефекту бh, а з умови зміни ії знаку. Коли в обох потоках виникають фазові перетворення, причому температура такого перетворення в зворотному потоці вище, ніж у прямому, то в інтервалі обмеженому цими температурами функція Dqm-n має мінімум.Аналітично встановлені взаємозвязки між ексергетичним ККД системи та складаючих ії підсистем зменшують можливий діапазон зміни ККД системи, що веде до спрощення проектних досліджень і зіставлення альтернативних варіантів теплотехнічних установок. Запропоновані класифікація вузлових точок, їх ознак, а також уніфікація імен елементів кріогенних систем і методів їх термодинамічних розрахунків сприяє розробці ефективних формалізованих алгоритмів розрахунку та аналізу схем низькотемпературних установок. Отримані аналітичні співвідношення для обчислення верхньої температури інверсії речовин можуть бути використані для розробки узагальнених алгоритмів розрахунку параметрів кривої інверсії та аналізу якості рівнянь стану. Запропонована методика аналізу підгоного параметру кубічного рівняння стану (КРС) з даних по парорідинній рівновазі дає можливість оцінити мінімальний обєм експериментальної інформації, необхідний для моделювання термодинамічних властивостей малодосліджених речовин. Для будь - якого єдиного рівняння стану його критична точка є точкою дотику n - го порядку (n = 1, 2, …) кривої пружності з ізохорою, ізоентропою, ізоентальпою, а також лініями постійних значень внутрішньої та вільної енергії.

Зміст поняття вузлової М-точки відображено наступними атрибутами:

термодинамічний азеотропний кріогенний

1. Аналітично встановлені взаємозвязки між ексергетичним ККД системи та складаючих ії підсистем зменшують можливий діапазон зміни ККД системи, що веде до спрощення проектних досліджень і зіставлення альтернативних варіантів теплотехнічних установок.

2. Запропоновані класифікація вузлових точок, їх ознак, а також уніфікація імен елементів кріогенних систем і методів їх термодинамічних розрахунків сприяє розробці ефективних формалізованих алгоритмів розрахунку та аналізу схем низькотемпературних установок.

3. Отримані аналітичні співвідношення для обчислення верхньої температури інверсії речовин можуть бути використані для розробки узагальнених алгоритмів розрахунку параметрів кривої інверсії та аналізу якості рівнянь стану.

4. Запропонована методика аналізу підгоного параметру кубічного рівняння стану (КРС) з даних по парорідинній рівновазі дає можливість оцінити мінімальний обєм експериментальної інформації, необхідний для моделювання термодинамічних властивостей малодосліджених речовин. Виконаний аналіз для трьохпараметричного КРС показав, що для отримання надійного значення цього параметру достатньо використати чотири - пять точок кривої пружності в районі нормальної температури кипіння.

5. Для будь - якого єдиного рівняння стану його критична точка є точкою дотику n - го порядку (n = 1, 2, …) кривої пружності з ізохорою, ізоентропою, ізоентальпою, а також лініями постійних значень внутрішньої та вільної енергії. Це наукове положення може розглядатися як розвиток і узагальнення відомого правила Планка - Гібса.

6. Різні набори критичних умов для чистих речовин можуть розглядатися як наслідок невизначених форм, які мають місце в критичній точці. Це положення дало змогу виявити нові набори критичних умов.

7. Отримані для двохпараметричних КРС безрозмірні значення обємів співіснуючих фаз і деяких інших термодинамічних функцій визначаються тільки формою рівняння стану і не залежать ні від його модифікації, ні від роду речовини. Цей аналітичний результат дозволяє визнати, що будь - яка модифікація двохпараметричного КРС не приводить до покращення опису парорідинної рівноваги. Крім того, він дозволив створити універсальні алгоритми розрахунку парорідинної рівноваги для різних видів КРС.

8. Запропонований спосіб умовної розбивки двопотокового теплообмінника по температурі зворотного потоку зменшив діапазон аналізованих температур і суттєво спростив алгоритм визначення працездатності апарату.

9. Аналіз працездатності теплообмінника може бути проведений перевіркою знаків похідної ексергетичних втрат по змінній, що однозначно визначає термодинамічні функції робочих речовин в перетині апарату. Якщо ця похідна в кожному перетині позитивна, то теплообмінний апарат є працездатним. У випадку відємного значення похідної в будь - якому перетині теплообмінник визнається непрацездатним.

10. Із виконаних аналітичних і чисельних досліджень витікає, що холодильний коефіцієнт простого детандерного циклу є полімодальною функцією тиску прямого потоку, глобальний максимум якої спостерігається при наближенні тиску прямого потоку до тиску зворотного потоку. Величина глобального максимуму для випадків ідеального детандеру та ідеальногазового робочого тіла дорівнює холодильному коефіцієнту зворотного циклу Карно.

11. Використання методу термодинамічної подібності речовин дало змогу встановити, що найбільше значення приведеної питомої холодопродуктивності ступені охолодження простого дросельного циклу на будь - якому робочому тілі, включаючи суміші, не може перевищувати значення приблизно рівного 3,86.

12. Результати прогнозування й моделювання азеотропних перетворень в бінарних сумішах, виконані на основі запропонованого методу максвеловських кривих, дозволяють проводити планування експерименту для пошуку ефективних робочих тіл дросельних мікрокріогенних систем.

13. Аналітично доведено, що відомі критичні умови можуть бути отримані на основі диференціальних рівнянь термодинаміки, умов термічної сталості та правила Планка - Гібса. Цей результат свідчить на користь припущення про значущість в критичній точці варіацій термодинамічного потенціалу включно до другого порядку.

14. Припущення про термічну сталість критичного стану чистих речовин та про те, що коефіцієнт Ріделя є скінчена величина більше за одиницю є необхідними та достатніми умовами для розкриття деяких невизначених форм, що мають місце в критичній точці.

15. Ізотерми всіх відомих форм єдиних рівнянь стану мають в навколокритичній області парорідинної рівноваги якісно аналогічний вигляд з ізотермами ван - дер - ваальсовського газу. Цей висновок, одержаний на основі чисельних експериментів, дає змогу спростити алгоритм знаходження розрахункових критичних параметрів єдиних рівнянь стану.

1. Лавренченко Г.К., Троценко А.В. Исследование оптимальных параметров рефрижераторного цикла Линде//Холодильная техника и технология. - 1976, вып. 23, с.54- 58.

2. Лавренченко Г.К., Троценко А.В. Определение максимума термодинамической эффективности цикла Линде // Известия вузов СССР - Энергетика. - 1976, № 11, с. 87 - 92.

3. Лавренченко Г.К., Троценко А.В. Анализ термодинамической эффективности цикла Линде на смесях веществ // Известия вузов СССР - Энергетика. - 1980, № 8, с. 71 - 76.

4. Лавренченко Г.К., Троценко А.В., Валякин В.Н., Анисимов В.Н., Сысоев А.М., Табачник Э.И. Энергетические характеристики рефрижераторного цикла Линде на бинарных смесях // Холодильная техника и технология. - 1981, вып. 32, с. 59 - 65.

5. Лавренченко Г.К., Троценко А.В. О формировании смесей веществ для дроссельных рефрижераторных систем // Холодильная техника и технология. - 1981, вып. 32, с. 65 - 69.

6. Лавренченко Г.К., Троценко А.В. Термодинамическая эффективность дроссельного цикла на многокомпонентных рабочих телах // Холодильная техника и технология. - 1981, вып. 33, с. 47 - 50.

7. Рувинский Г.Я., Лавренченко Г.К., Троценко А.В. Метод термодинамического расчета элементов криогенных установок // Холодильная техника и технология. - 1981, вып. 33, с. 43 - 46.

8. Рувинский Г.Я., Лавренченко Г.К., Троценко А.В. Расчет фазового равновесия жидкость - пар по кубическим уравнениям состояния // Холодильная техника и технология. - 1982, вып. 35, с. 94 - 96.

Размещено на .ru