05.05.03 "Двигуни та енергетичні установки"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/20944
Переглянути
2 результатів
Результати пошуку
Документ Основи забезпечення еколого-енергетичної ефективності суднових дизелів стабілізацією температури палива сумішами холодоагентів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мальчевський, Валентин ПавловичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 – двигуни та енергетичні установки (142 – Енергетичне машинобудування). – Одеський національний морський університет, Одеса, 2023. Об’єктом дослідження є термодинамічні процеси у дизельних двигунах та у холодильних установках систем стабілізації температури палива. Предметом дослідження є особливості термодинамічної поведінки перспективних сумішей холодоагентів при їх використанні у системі стабілізації температури палива для поліпшення еколого-енергетичної ефективності робочого процесу суднових дизелів та їх систем. Дисертацію присвячено вирішенню проблеми поліпшення екологоенергетичної ефективності суднових дизелів за допомогою використання нових еколого-безпечних холодоагентів як робочих речовин системи стабілізації температури палива. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що на підставі виконаних досліджень здобувачем вперше: - запропоновано вирішення проблеми поліпшення еколого-енергетичної ефективності суднових дизелів при їх роботі на паливах із наднизьким вмістом сірки шляхом використання у системі стабілізації температури палива перспективних сумішей озонобезпечних та природних холодоагентів, потенціал глобального потепління яких на 30 – 40 % менший, ніж для більшості чистих та сумішеподібних фторвуглеводнів; - розроблено методику складання моделей стану сумішей на базі процедури покрокового регресійного аналізу, яка дозволяє виконувати надійну апроксимацію дослідних даних при помірних обсягах розрахунків. Запропонована методика, на відміну від більшості попередніх, дозволяє більш ефективно формувати структуру та кількість коефіцієнтів моделі стану; - розроблено метод розрахунку термодинамічних властивостей сумішей з використанням функції взаємодії компонентів, який на відміну від класичного методу комбінування коефіцієнтів моделей стану компонентів, дозволяє підвищити точність розрахунку термодинамічних властивостей речовин у надкритичній області при високих значеннях густини у 1,5 – 2 рази, що є достатнім для розрахунку теплообмінних процесів у суднових холодильних установках з метою підвищення їх екологічних показників в умовах експлуатації; - створено науково-методичні основи по розробці автоматизованих систем розрахунку теплофізичних властивостей нових перспективних холодоагентів та їхсумішей, для яких вперше отримані моделі стану, які дозволяють отримати необхідні значення властивостей холодоагентів для їх використання у системах стабілізації температури палива з метою дотримання міжнародних вимог з охорони довкілля; - виявлені закономірності термодинамічної поведінки сумішей озонобезпечних та природних холодоагентів у стані фазової рівноваги, які полягають у наявності для них азеотропних складів; при використанні азеотропних сумішей як холодоагентів вдається на 20 – 30 % зменшити втрати від зовнішньої необерненості процесів теплообміну у порівнянні з неазеотропними сумішами та значно збільшити енергетичну ефективність циклу холодильних установок суднових систем охолодження та кондиціювання; - створено математичну модель для здійснення еколого-термоекономічного аналізу холодильних установок систем стабілізації температури палива дизельних двигунів транспортних суден, який на відміну від існуючих методів термодинамічного та ексергетичного аналізу дозволяє оцінити повну еквівалентну емісію парникових газів за весь строк експлуатації обладнання. Отримало подальший розвиток та вдосконалено: - метод визначення коефіцієнтів моделей стану сумішей холодоагентів шляхом покрокового регресійного аналізу для розрахунку їх термодинамічних властивостей, який, на відміну від попередніх методів, дозволяє серед повного масиву коефіцієнтів послідовно відбирати найбільш значущі; попередні методи складання моделей стану базувалися на груповому виключенні малозначущих коефіцієнтів, що не є коректним через кореляційні зв’язки між коефіцієнтами; - метод визначення термодинамічних властивостей сумішей у стані фазової рівноваги насичених пари та рідини на базі використання умови рівності парціальних летючостей сумішей однакового складу при незмінних температурах замість менш точного правила Максвелла, за яким значення тиску насичених пари та рідини при постійній температурі визначалися через рівність площ під реальною та розрахованою ізотермами між значеннями питомого об’єму насичених пари та рідини у координатах тиск – питомий об’єм; - метод урахування ваги експериментальних даних про тиск та густину сумішей шляхом додавання до виразу для розрахунку дисперсії коефіцієнта стисливості у випадку сумішей доданку, який ураховує погрішність отримання експериментальних значень складу суміші; - методику розрахунку термодинамічних властивостей холодоагентів у автматизованій інформаційній системі шляхом введення у неї отриманих моделей стану нових сумішей холодоагентів та використання оновлених програмних алгоритмів, складених з урахуванням запропонованих та удосконалених у роботі методів дослідження термодинамічної поведінки сумішей холодоагентів. Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що: 1. Розроблені у дисертації моделі стану і таблиці термодинамічних властивостей сумішей R32/R125 R125/R290 та R134a/R290 визнані Державним стандартом України стандартними довідковими даними, рекомендованими для використання при проектуванні та експлуатації холодильних установок систем охолодження та кондиціонування. Природні холодоагенти є рекомендованими для використання з точки зору вимог Монреальського та Кіотського протоколів, оскільки вони мають мізерно малі потенціали руйнування озонового шару та глобального потепління (3 для пропану). Отже, змішування альтернативних холодоагентів, більшість з яких суттєво впливають на глобальне потепління з природними речовинами і їх використання у суднових холодильних установках дозволить значно зменшити шкідливий вплив на довкілля. 2. Запропонований метод складання моделей стану на базі покрокового регресійного аналізу, який на відміну від більшості існуючих методів дозволяє у процесі виконання регресійної процедури з метою підвищення точності моделі ефективно регулювати структуру та кількість її коефіцієнтів. 3. Розроблено автоматизовану інформаційну систему, яка дозволяє розраховувати термодинамічні властивості сумішей холодоагентів при різних комбінаціях незалежних змінних, а також визначати параметри ефективності циклів холодильних установок. Автоматизована інформаційна система і таблиці термодинамічних властивостей трьох сумішей впроваджені у підприємства «Сістемар» і «Трансшип» при проведенні модернізації холодильних установок систем комфортного кондиціонування суден. Розроблена автоматизована система використовується у Одеському національному морському університеті у наукових дослідженнях та у навчальному процесі. У вступі дисертаційної роботи обґрунтовані актуальність теми дисертації, показаний її зв’язок з існуючими науковими програмами і темами. Сформульовано мету та задачі дослідження. Розглянуті наукова новизна та практичне значення одержаних результатів. Наведені дані про практичне значення результатів, особистий внесок здобувача, апробацію роботи, публікації, структуру та обсяг роботи. У першому розділі описані основні шляхи зменшення шкідливих викидів від суднових енергетичних установок та обумовлено вибір найбільш прийнятного з точки зору експлуатації суднових малообертових двигунів, а саме використання дизельних палив із наднизьким вмістом сірки. Також проаналізовані основні труднощі, які виникають при використанні вказаних палив, більшість з яких спричинені низьким значенням в’язкості при значеннях температури довкілля, що зазвичай мають місце у машинному відділенні. У якості одного з рекомендованих способів підвищення в’язкості палив із наднизьким вмістом сірки пропонується використання системи стабілізації температури палива на базі фреонової холодильної установки. Використання холодильної установки у системі стабілізації температури палива призводить до необхідності вирішення іншої проблеми, яка пов’язана із захистом довкілля при використанні різних холодоагентів. У рамках вирішення цієї проблеми виконано аналіз світових тенденцій переведення суднових холодильних установок на нові екологічно безпечні холодоагенти через заборону виробництва та використання озоноруйнівних холодоагентів та речовин з підвищеним парниковим ефектом. На даний момент продовжує існувати гостра потреба у нових холодоагентах, які б не поступалися забороненим за ефективністю та задовольняли міжнародним екологічним вимогам. У рамках пошуку нових речовин пропонується використовувати для системи стабілізації температури палива перспективних сумішей озонобезпечних та природних холодоагентів, які сполучають у собі позитивні властивості кожного з компонентів. Серед таких речовин найбільш дослідженими є суміші R32/R125, R125/R290 та R134a/R290. У другому розділі вибирається форма моделі стану для розрахунку термодинамічних властивостей сумішей. Існує багато моделей стану, які використовуються для розрахунку термодинамічних властивостей як чистих речовин, так і сумішей. Вони перетворюються в моделі стану ідеального газу, якщо значення густини та тиску речовини прагнуть до нуля. Найбільш простими моделями є кубічні рівняння стану, що представляють собою чисельні модифікації відомого рівняння стану Ван-Дер-Ваальса. Для підвищення точності розрахунків термодинамічних властивостей реальних газів були запропоновані рівняння стану з більшим, ніж у кубічних, числом коефіцієнтів. Точний розрахунок термодинамічних властивостей сумішей також забезпечують моделі, у яких крім моделей для компонентів суміші використовуються також функції міжмолекулярної взаємодії компонентів. Суміші, які досліджуються в даній роботі, складаються з компонентів, для яких наявні надійні моделі стану. Виходячи із цього та враховуючи наявність необхідної кількості експериментальних p,ρ,T,x-даних для цих сумішей, для складання їх моделей стану було вибрано досить відому форму Леммона. Вона добре апробована на практиці та досить просто реалізується для бінарних сумішей. У третьому розділі на базі наявних експериментальних даних складені єдині моделі стану для розрахунку термодинамічних властивостей сумішей R32/R125, R125/R290 та R134a/R290. Після складання виконано детальне порівняння з наявними експериментальними та додатково отриманими опорними даними, яке показало, що складені моделі стану цілком задовільно описують наявні дані та можуть бути використані для розрахунку термодинамічних властивостей, які необхідні для використання досліджуваних сумішей у якості робочих речовин холодильних установок транспортних суден. У четвертому розділі описано створену автоматизовану інформаційну систему для розрахунку теплофізичних властивостей речовин. Для аналізу ефективності роботи холодильних установок транспортних суден необхідні достовірні дані про теплофізичні властивості їх робочих речовин при різних комбінаціях незалежних змінних в широких інтервалах значень цих змінних. Важливими джерелами інформації про властивості речовин і матеріалів є банки даних і автоматизовані інформаційні системи. Банки даних в електронній формі містять архіви наявних даних, а в автоматизованих інформаційних системах теплофізичні властивості розраховуються за допомогою моделей стану. Автоматизована система, яка розроблена у роботі, розраховує властивості 21-ї речовини в газоподібному та рідкому станах, серед яких: одноатомні гази, повітря і його основні компоненти, діоксид вуглецю, аміак, п'ять вуглеводнів, шість альтернативних холодоагентів, а також одинадцять сумішей холодоагентів (включаючи досліджувані у роботі речовини). У п’ятому розділі виконано аналіз особливостей термодинамічної поведінки сумішей у стані фазової рівноваги та розраховані показники ефективності циклу холодильної установки на базі досліджуваних сумішей та їх компонентів. За отриманими рівняннями стану з використанням відомих диференційних співвідношень термодинаміки було складено таблиці термодинамічних властивостей сумішей у однофазній області, у стані насичення та для вологої пари. Також було зроблено детальне порівняння табличних значень термодинамічних властивостей із даними для тих самих значень температури та тиску, які отримані за допомогою відомої автоматизованої системи REFPROP. У шостому розділі виконанню дослідження робочого процесу двигуна при роботі на паливах із наднизьким вмістом сірки. Відомо, що при роботі на такому паливі при звичайній температурі у машинному відділенні, яка часто перевищує 40°C його в’язкість приймає значення нижче мінімально допустимої границі для малообертових дизелів. При цьому порушується стабільність роботи паливної апаратури та значно погіршується якість робочого процесу. Отже, необхідно контролювати температуру палива перед ПНВТ і досить ефективно використовувати для цього систему стабілізації температури палива на базі фреонової холодильної установки. З метою аналізу ефективності холодильної установки при використанні нових сумішей холодоагентів проведено еколого-термоекономічний аналіз досліджуваних сумішей при їх використанні у системі стабілізації температури палива дизельного двигуна транспортного судна. При комплексному аналізі ефективності холодильного обладнання необхідно ураховувати усі негативні фактори, які впливають на довкілля при експлуатації холодильного обладнання. Це можливо при здійсненні TEWI-аналізу (TEWI – повний еквівалент глобального потепління). Критерій TEWI ураховує як прямий внесок у збільшення сумарного радіаційного форсингу від емісії холодоагентів, так і непрямий внесок від викидів СО₂ при виробництві електроенергії, необхідної для експлуатації холодильного обладнання.Документ Основи забезпечення еколого-енергетичної ефективності суднових дизелів стабілізацією температури палива сумішами холодоагентів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мальчевський, Валентин ПавловичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 – двигуни та енергетичні установки Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків. 2023. Дисертація присвячена розробці теоретичних основ розрахунку властивостей перспективних сумішей холодоагентів з метою поліпшення еколого-енергетичної ефективності суднових двз шляхом використання системи стабілізації температури палива для підтримки його в'язкості у границях, передбачених заводом виробником. На підставі експериментальних та додатково отриманих опорних даних за методикою з використанням функції взаємодії компонентів суміші розроблені єдині моделі стану для розрахунку термодинамічних властивостей перспективних сумішей R32/R 125, R125/R290 та R134a/R290. Ці властивості необхідні для проектування холодильних установок суднових систем охолодження та кондиціонування на базі вказаних сумішей. Отримані моделі стану введені у автоматизовану інформаційну систему, за допомогою якої виконано аналіз термодинамічної поведінки сумішей холодоагентів у стані фазової рівноваги. У результаті аналізу визначені азеотропні склади досліджуваних сумішей та отримані таблиці термодинамічних властивостей сумішей у діапазонах температури та тиску характерних для роботи холодильних установок суднових систем охолодження. Проведено аналіз еколого-енергетичної ефективності холодильної установки системи стабілізації температури палива суднового дизельного двигуна який працює на паливі із наднизьким вмістом сірки. У результаті аналізу зроблено висновок про перспективність використання нових суміше й холодоагентів та їх компонентів як робочих речовин суднових холодильних установок.