Разработка и исследование холодильных установок с использованием в качестве рабочих тел экологически безопасных газомоторных топлив

Жердев, Анатолий Анатольевич

Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка и исследование холодильных установок с использованием в качестве рабочих тел экологически безопасных газомоторных топлив

доктора технических наук: Жердев, Анатолий Анатольевич
город: Москва
год: 2003
специальность ВАК РФ: 05.04.03
цена: 450 рублей

Диссертация по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению на тему «Разработка и исследование холодильных установок с использованием в качестве рабочих тел экологически безопасных газомоторных топлив»

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование холодильных установок с использованием в качестве рабочих тел экологически безопасных газомоторных топлив"

На правах рукописи

Жердев Анатолий Анатольевич

УДК 621.1.016

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ РАБОЧИХ ТЕЛ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ГАЗОМОТОРНЫХ ТОПЛИВ

Специальность 05.04.03. Машины, аппараты и процессы холодильной и

криогенной техники, системы кондиционирования и жизнеобеспечения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2003

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.М. Архаров

доктор технических наук, профессор И.М. Калнинь

доктор технических наук, профессор С.П. Горбачев

доктор технических наук, профессор НА. Иващенко

Ведущая организация; ОАО "НПО "Наука", г. Москва.

Защита диссертации состоится "04" июня 2003 года в час. на заседании диссертационного совета Д.212.141.16 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, Лефортовская наб., д. 1, корпус факультета "Энергомашиностроение".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Ваш отзыв на автореферат в 2 экз., заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 105005. г. Москва, 2-ая Бауманская д. 5, Ученому секретарю диссертационного Совета Д.212.141.16.

Автореферат разослан

апреля 2003 г.

Желающие присутствовать на защите должны заблаговременно известить совет письмами заинтересованных организаций на имя председателя Совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.141.16 кандидат технических наук

Глухов С.Д.

Общая характеристика работы

ШЯЗ

Актуальность темы. Международные решения (Монреальский и Киотский протоколы о контроле за эмиссией озоноразрушающих и "парниковых" газов) диктуют необходимость замены хлорфторуглеводородов и гидрофторуглеродов, применяемых в холодильной технике в качестве хладагентов, "природными" рабочими веществами, к которым относятся углеводороды, аммиак и диоксид углерода.

Перспективными хладагентами, с точки зрения доступности, лояльности к окружающей среде (нетоксичность, СЮР=0, GWP=0) и физических свойств (обеспечивают эффективную работу парокомпрессионного холодильного оборудования), являются углеводороды - метан, пропан, бутан, изобутан, диметиловый эфир (ДМЭ), а также смеси на их основе.

С другой стороны, изменяющийся топливный баланс (увеличивается потребление основных видов моторных топлив при сохраняющемся мировом уровне добычи нефти) и ухудшающаяся экологическая обстановка требуют поиска энергоносителей, альтернативных жидкому нефтяному топливу. Среди таковых наиболее перспективными считаются газовые моторные топлива (ГМТ) - горючие вещества, существующие при нормальных условиях только в газообразном состоянии. В это понятие укладываются уже хорошо себя зарекомендовавшие в качестве моторных топлив: пропан, бутан, ДМЭ, природный газ (метан) и водород. Таким образом, широкое использование "природных" хладагентов предопределено развитием как холодильной и криогенной, так и транспортной техники.

Традиционное жидкое нефтяное топливо используется для охлаждения в современных авиационных системах кондиционирования воздуха, газотурбинных силовых установках и в других системах. При этом, как правило, топливо не меняет фазового состояния. Новые возможности, открываемые ГМТ, хранящимися в баках в жидком состоянии (наиболее эффективный способ хранения ГМТ), позволяют осуществлять паровые холодильные и силовые циклы (замкнутые и разомкнутые) на борту транспортного средства. При этом появляется перспектива применения одного и того же вещества в качестве моторного топлива или его компонента и хладаг&нта (криоагента) и повышения эффективности транспортных холодильных (криогенных) установок и транспортных средств в целом.

Цель работы - разработка научно-технических основ использования охлаждающей способности ГМТ в транспортных холодильных установках; создание установок новых типов с замкнутыми и разомкнутыми циклами с применением в качестве рабочих тел экологически безопасных ГМТ и их внедрение на транспортных средствах.

Достижение поставленной цели осуществлялось путем решения следующих основных задач.

'<" " АЛЧНАЯ ь * • к А

2<К>5> •

1. Обоснование понятия хладоресурса ГМТ, определение его величины, связи с температурами окружающей среды и охлаждения.

2. Анализ эксергии хладоресурса ГМТ, эффективности процессов и способов его утилизации.

3. Разработка методики и комплекса программ для расчета на ЭВМ термодинамических свойств и холодильных циклов, использующих ГМТ в качестве однокомпонентного или бинарного хладагента.

4. Теоретическое исследование циклов газобаллонной холодильной установки (ГБХУ), использующей сжиженный пропан-бутановый газ (СПБГ).

5. Создание и испытание опытных образцов малотоннажных авторефрижераторов с ГБХУ, использующих СПБГ в качестве топлива и хладагента.

6. Определение на основании теоретических и экспериментальных исследований области рационального применения ГБХУ на автотранспорте.

7. Анализ и обобщение данных о термодинамических и переносных свойствах перспективного экологически чистого хладагента диметилового эфира (ДМЭ).

8. Расчет термодинамических свойств и рабочих циклов парокомпрессион-ных холодильных машин на ДМЭ при различных внешних условиях, сравнение с характеристиками рабочих циклов на Ш34а и Ю2.

9. Создание и экспериментальное исследование парокомпрессионных холодильных машин, работающих на ДМЭ, сравнение с машинами, работающими на Ш2.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обосновано понятие исходного хладоресурса газовых моторных топлив как охлаждающей способности при их расширении, испарении и нагревании до заданной температуры охлаждения вплоть до условий окружающей среды. Показано, что удельная величина исходного хладоресурса ГМТ количественно определяется удельной холодопроизводительностью разомкнутого цикла, в котором ГМТ является рабочим телом.

2. Проведен анализ эксергетической эффективности способов утилизации исходного хладоресурса различных ГМТ, обоснована возможность увеличения их охлаждающей способности при организации дополнительных процессов и циклов.

3. Разработан метод определения коэффициентов в едином уравнении состояния Редлиха-Квонга-Соаве для различных веществ в реальной области рабочих параметров, благодаря чему в среднем в 2 раза повысилась точность расчета термодинамических свойств по данному уравнению.

4. Получены результаты теоретических и экспериментальных исследований разомкнутых циклов ГБХУ авторефрижератора, использующего СПБГ как топливо и хладагент.

5. С помощью уравнения состояния Редлиха-Квонга-Соаве (с уточненными коэффициентами) для перспективного экологически чистого хладагента ДМЭ, рассчитаны термодинамические свойства и рабочие циклы холодильной машины при различных внешних условиях, проведено сравнение с характеристиками рабочих циклов на R134a и R12.

6. Создана парокомпрессионная холодильная машина, работающая на ДМЭ, получены данные экспериментальных исследований, выполнено сравнение с машиной, работающей на R12.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. Разработаны (на основании уравнения состояния Редлиха-Квонга-Соаве с уточненными коэффициентами) методика и комплекс программ для расчета термодинамических свойств однокомпонентных и бинарных хладагентов и для расчета рабочих циклов холодильных машин, использующих ГМТ в качестве хладагента, в полном диапазоне режимов эксплуатации.

2. Созданы и испытаны опытные образцы малотоннажных авторефрижераторов с ГБХУ (Патенты РФ №2053434, №2122691, ТУ 4591-03031750924-98), а также разработаны рекомендации по их проектированию.

3. Установлена область рационального применения авторефрижераторов с ГБХУ, использующих в качестве топлива и хладагента СПБГ.

4. Показаны теоретически и экспериментально возможности использования ДМЭ - перспективного экологически чистого хладагента - в существующих парокомпрессионных холодильных установках (транспортных и стационарных), рассчитанных на R134a и R12, без ухудшения их характеристик.

Результаты работы использованы Управлением транспорта и связи г. Москвы, УНЦ "Криоконсул" при МГТУ им. Н.Э. Баумана, АО "Автосистема" (НАМИ) и Авторемонтным заводом № 8 (г. Москва) при проектировании и изготовлении авторефрижераторов для Автокомбинатов № 41 и № 32 Мосавтотранса; ВНИИГАЗ, ЦИАМ им. Баранова (г. Москва), а также в учебном процессе на кафедре "Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения" МГТУ им.Н.Э.Баумана (курс "Теория и расчет циклов холодильных установок").

Достоверность полученных данных обеспечивалась применением аттестованных измерительных' средств и апробированных методик измерения, хорошей повторяемостью полученных результатов измерений параметров холодильных установок.

На защиту выносятся: - обоснование понятия исходного хладоресурса газовых моторных топлив, эксергетической эффективности его утилизации и возможности увеличения охлаждающей способности ГМТ при использовании дополнительных процессов и циклов;

- метод определения коэффициентов в едином уравнении состояния Редлиха-Квонга-Соаве, основанный на том, что критические параметры вещества не фиксируются;

- методика и комплекс программ для расчета термодинамических свойств однокомпонентных и бинарных хладагентов и для расчета рабочих циклов холодильных машин и установок;

- теоретические и экспериментальные исследования холодильных циклов транспортных средств, использующих ГМТ как топливо и хладагент;

- использование ДМЭ - перспективного экологически чистого хладагента в транспортных и стационарных холодильных установках.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Международной конференции "Использование холода на транспорте в регионах с жарким климатом" Заседание комиссий Д2/3, В2 Парижского Международного института холода, Астрахань, 1997;

- Международной научно-технической конференции "Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века" С.-Петербург, 1998;

- XX конгрессе Парижского Международного института холода, (IIR), Сидней, Австралия, 1999;

- VI Международном симпозиуме по развитию регионов с холодным климатом, ISCORD 2000, Аляска, 2000;

- Международной научно-технической конференции "Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке" С.-Петербург, 2001;

- Международной научно-технической конференции "Углеводороды как хладагенты" С.-Петербург, 2002;

- Международной научно-технической конференции "Природные хладагенты - альтернатива глобальному потеплению" С.-Петербург, 2003.

Личный вклад автора заключается в проведении теоретических и экспериментальных исследований, в разработке методов расчета холодильных и криогенных установок, утилизирующих хладоресурс ГМТ, в создании низкотемпературных установок нового типа.

Все вошедшие в диссертационную работу результаты получены лично автором либо при его непосредственном участии. Работы, по материалам которых написаны разделы (1.З.З., 1.5., 2.4., 3.2.-3.5., 4.2.-4.6.), выполнены с соавторами (A.M. Архаров, С.Д. Глухов, В.Н. Богаченко, В.В. Лубенец, В.П. Леонов, В.Ю. Шадрина, Б.А. Макаров, A.B. Поляков, A.B. Шарабурин, М.В. Славин).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 23 печатные работы, в том числе два российских патента.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы из 117 наименований, 13 приложений. Работа изложена на 281 страницах текста, включая 101 иллюстрацию и 48 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В первой главе рассматриваются экологические и экономические предпосылки широкого использования ГМТ, вопросы безопасности.

ГМТ в отличие от традиционных жидких нефтяных топлив, хранящихся на транспортном средстве, (как правило, при условиях окружающей среды) обладает дополнительным качеством - хладоресурсом. Под исходным хладоресурсом газового моторного топлива следует понимать его охлаждающую способность при расширении, испарении и нагревании до заданной температуры охлаждения вплоть до условий окружающей среды. Количественной характеристикой удельной величины исходного хладоресурса ГМТ является величина удельной холодопроизводительности разомкнутого цикла, в котором ГМТ являются рабочим телом. Исходный хладоресурс формируется в процессах приготовления ГМТ (сжатие, охлаждение, ожижение) в стационарных условиях и может быть полезно использован при движении транспортного средства, например, для охлаждения или термостатирования изолированных объемов за счет испарения и нагрева паров топлива перед поступлением в двигатель. Энергетические показатели некоторых ГМТ, характеризующие их хладоресурс, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Энергетические показатели ГМТ

I В * I"5 и I*8. ш 111- |'5 Исходный хладоресурс

щ 151! I [й |1 № ф

Керосин 760 ак . 43000 -

ЭЮюяй КДООД Н, т* жнк - 20 ШЛО 444 3500 -

Мали СИ, <а 032 ■к ппгтат 20(60) 1Л 112 мою 311 403 735 361 ни"

Прош ел, 47 а» 0,1 231 лам 427 91 -

сл„ г»* ж 0,4 272 46000 316 34 -

дмэ СНгО-СН, 1Д9 0.51 248 288М 4И 65 ■

Исходный хладоресурс ГМТ, складывающийся в общем случае из теплоты испарения, расширения, нагревания или теплоты десорбции обладает эксергией. ГМТ, хранящееся при температуре Тхр ниже температуры окружающей среды Toc. обладает исходным хладоресурсом, состоящим из теплоты испарения (Рис. 1, площадь 3-4-S4-S3) и теплоты нагрева паров (Рис. 1, площадь I-4-S4-S1), атакже эксергией (Рис. 1, площадь 1-2-3-4).

Рис. 1. Исходный хладоресурс (Qiicn+QnArp) ГМТ, хранящегося при Тд. ниже Тос

О возможности использования низкотемпературной теплоты для получения энергии указывали в своих работах B.C. Мартыновский, В.М. Бродянский и другие. Однако при утилизации эксергии путем организации дополнительных процессов или циклов кроме получения мощности происходит увеличение охлаждающей способности ГМТ при заданной температуре Тх. Например, если сжать жидкое ГМТ, а затем его газифицировать и расширить (совокупность процессов 1-2-3-4 на рис. 2а) или организовать прямой цикл (совокупность процессов 1-5-4-6-1 на рис. 26), то исходная охлаждающая способность увеличивается в первом случае на величину, пропорциональную площади 1-2-3-4-6, а во втором на величину, пропорциональную площади 1-5-4-6.

S3 S4

Тос

1Ьс

а)

Рис. 2. Увеличение охлаждающей способности ГМТ при организации дополнительных процессов (или циклов)

Теоретическое увеличение охлаждающей способности может достигать величины 300 и более процентов, в зависимости от индивидуальных свойств ГМТ. Однако в действительности, с учетом реальной величины КПД насосов, компрессоров и турбин, а также температурных напоров в теплообменных аппаратах, охлаждающую способность можно увеличить на 40 - 60 %, что весьма ощутимо.

Перспективно использование энергии (мощности), полученной в прямом цикле, для привода холодильной машины, что также увеличивает охлаждающую способность ГМТ на заданном температурном уровне Тх-Возможность увеличения охлаждающей способности СПГ и жидкого водорода, получения дополнительной мощности и снижения температуры термостатирования Тх ниже температуры хранения ТХр ГМТ с помощью прямых и обратных термодинамических циклов рассмотрена на примерах использования исходного хладоресурса в разных вспомогательных силовых установках (ВСУ).

В своих исследованиях автор опирался на работы A.M. Архарова, А.Д. Суслова, B.C. Мартыновского, В.М. Бродянского, И.С. Бадылькеса и других авторов, в которых рассмотрены классификация, теория и прикладные вопросы использования термодинамических циклов.

Вторая глава посвящена расчету термодинамических свойств хладагентов и холодильных циклов. Свойства углеводородов, относящихся к перспективным "природным" хладагентам, достаточно хорошо изучены с точки зрения их применения в качестве моторных топлив, но не как рабочих веществ холодильных установок.

При расчете фазовых равновесий и термодинамических свойств смессй хладагентов чаще всего используется уравнение Редлиха-Квонга в модификации Соаве:

Р = RT

1 а(Т) V-b V(V + b)

где Р, Т, V, И - соответственно давление, температура, удельный объем, газовая постоянная вещества; Ь - постоянная; а(Т) - некоторая температурная функция, которая выбирается из условия соответствия экспериментальным данным на линии насыщения:

а(Т) = 1 + (1 - Т/Т^ )• («п + п Ткр /Т)

где ш, п - постоянные, определяемые по экспериментальным данным. Ткр, Ркр - критические параметры вещества. При подборе эмпирических постоянных т, п стараются удовлетворить либо одному из свойств вещества, например, плотности жидкости на линии

насыщения, либо комплексу свойств. При этом параметры вещества в критической точке принимаются фиксированными и равными их фактическим значениям.

В данной работе предлагается новый подход к определению эмпирических постоянных в уравнении Редлиха-Квонга на основе экспериментальных данных на линии насыщения. Будем исходить из равноправия всех экспериментальных данных, в том числе, и условий в критической точке. Задача определения эмпирических постоянных в этом случае может быть сформулирована следующим образом.

Пусть задан набор п экспериментальных данных: значений температур насыщения T¡, давления насыщения Р(, удельных объемов жидкости и пара на линии насыщения V,', V," (где 1=1, 2,...п). Кроме того, заданы те же параметры в критической точке (Ткр, Ркр, VKp). Требуется подобрать постоянные в уравнении Редлиха-Квонга таким образом, чтобы в каждой экспериментальной точке при заданных температуре T¡ и удельных объемах V,', V," на линии насыщения наилучшим образом удовлетворялись бы уравнения состояния для паровой и жидкой фаз, а так же условие фазового равновесия и условия в критической точке.

После введения приведенных параметров:

т=Т/Ткр; я=Р/Ркр; v=V/Vкр; Б = b/VKp ; а = a(T)/VKp , уравнение Редлиха-Квонга можно представить в следующем виде:

[l/(v-b)-a/(v(v + b)] Zk

а = (а + (1 - х) • (Р + у/ т))/ х,

где Z^PkpVkp/RTkp - коэффициент сжимаемости в критической точке, а, р и у - постоянные коэффициенты.

Задача нахождения постоянных величин b, а, Р и у сводится к нахождению минимума функции этих переменных:

I(b, а, Р, у) = £ {щ - х, /Zk [l/(v' - Б) - а + (1 - х,) • (р + у/т, )/т, v¡ (v¡ + b) J +

+ ÉK-X,/zt [l/(v; - b) - а + (1 - x,) • (p + у/т,)/т,v:(V; + b>]} +

1=1

+ i {ln(vl - b/vS)- а + (1 - X,) ■ (p + у/т, )/x¡b • ln(v¡ (v¡ + b)/v¡(v^ + Б))+ ¡=i

+ [а + (1 - х,) - (р + у/т, )/т, К + Ь)]+ + [b/(v', - b) - а + (1 - т,) • (р + у/т, )/т, (у\ + Ь) J* +

+ jO

LKpU-b i+bj

а(2 + Ь) 1 (1 + b)2 (1-b)2

(1-ЬГ (1 + b)

IT\3

Задача решалась численным методом с помощью специально разработанной программы MAIN. За модельное рабочее вещество при разработке методики расчета был взят хорошо изученный хладагент R22. При этом среднеквадратичная погрешность аппроксимации составила:

ЦМс^ у 3(п +1) 4

В качестве экспериментальных данных для 1122 взяты табличные Р-У-Т данные на линии насыщения в диапазоне приведенных температур 0,47 5 т ¿1.

При использовании уравнения Редлиха-Квонга в термодинамических расчетах, в том числе и при анализе циклов холодильных машин, возникает необходимость в определении по заданной приведенной температуре То соответствующих ей значений приведенных давления насыщения щ и объемов паровой у„ и жидкой фаз, т.е. в решении системы уравнений:

"о = "Ь)-а/у'0(у0 + Ь)]$

-ЬЬа/у^у; +Ь)];

¿к

1п[(у; - Ь)/(у'о - Ь)]- а/Б • 1п(у;(у; + Ь)/у^(у; + Ь))ч + (а/(у; +Ь)-Ь/(у; -Б))+(ь/(у; -Б)-!/^ + Б))=0

Для численного решения (1) разработана специальная подпрограмма 8МЗ. Среднеквадратичное отклонение рассчитанных л0, у0, у0 в диапазоне 0,47 <т<1 от экспериментальных данных составило ~ 6,4%, т.е. на 1,9% больше среднеквадратичной погрешности аппроксимации (4,5 %). Это объясняется тем, что при одной и той же точности вычисления, погрешность решения прямой и обратной задач различны. Возникает задача определения значений коэффициентов Ь, а, Р, у, которые обеспечивали бы минимальную

О)

среднеквадратичную погрешность при решении обратной задачи, поскольку именно последняя имеет наибольший практический интерес. Для решения этой задачи разработана программа оптимизации MAIN1. В ней при определении среднеквадратичного отклонения учитывалась погрешность в определении теплоты фазового перехода г, т.е. определялся минимум функции:

I*=I + i(rpi-r3i)2.

f=I

Расчет, проведенный по программе для хладона R-22, дает величину среднеквадратичной погрешности ~4,1%, т.е. на 0,4% меньше, чем среднеквадратичная погрешность аппроксимации экспериментальных данных (прямая задача).

Для определения термодинамических свойств на линии насыщения для чистых веществ достаточно в качестве исходных данных задать температуру Т. Для расчета термодинамических свойств вблизи линии насыщения разработана специальная подпрограмма FRRKN, а для расчета термодинамических свойств перегретого пара - подпрограмма FRRKP.

Система уравнений, полностью определяющая равновесные параметры паровой и жидкой фаз бинарной смеси, имеет следующий вид:

F -In У|_ | \ 2(УЛ1+У2^п)1пУ"+Ьп , а„Ь,Л v"+bn Ь„ ' v"-b„ v»-b„ b„ _v" ь„2 I _v" v"+bn J

^ +b* j |д ^ ___J _ Q .

v'bx v'-b_ b

г -In yl_ I bL 2(y<a2i+У2«22)1дУ"+Ьд , a.b2r|nv'+b„ b„ 2 v"-b„ v"-bB b„ v" b„J ( v" v"+b„

In h \ __-

v'-b„, у'-Ъж b, v' b£ I V v'+b,

= 0;

x[l/(v'-b„)-an/(v'(v'+b.)]

т [l /(v"-b„) - a„ /(v"(v"+b, )]

Fs=yi +y2 =1;

F7 =(1-X)(y„ -x,)

1-У,-

= 0.

В системе (2) первые два уравнения Р( и ¥г являются условиями равенства химических потенциалов жидкой и паровой фаз бинарной смеси в равновесном состоянии. Уравнения Р) и ^ ■ уравнения состояния для паровой и жидкой фаз. Р5 и Р6 - условия нормировки для мольных концентраций. Последнее уравнение связывает массовое паросодержание двухфазной смеси X с мольными концентрациями компонентов.

Равновесные параметры обеих фаз бинарной смеси существенным образом зависят от выбора коэффициента бинарного взаимодействия ст, значение которого определяется из сопоставления экспериментальных данных по фазовому равновесию бинарных смесей с результатами расчетов. При определении коэффициента бинарного взаимодействия ст за критерий точности расчета целесообразно взять среднее значение абсолютной величины относительной погрешности определения расчетным путем равновесной температуры:

1 ¿|ТР,-ТЭ(|

А= 'I

к й T3i

где Tpi - расчетное значение равновесной температуры в i-том эксперименте; Тэ| - экспериментальное значение равновесной температуры в i-том эксперименте; к - общее количество экспериментов.

Критерий А является функцией коэффициента бинарного взаимодействия. Для нахождения ее минимума разработана специальная программа POPS, реализующая метод одномерного поиска минимума функции одной переменной. Программа POPS использует подпрограмму KRS для расчета псевдокритических параметров бинарной смеси. Методика расчета термодинамических свойств бинарных смесей в двухфазной области основана на методике расчета термодинамических свойств однокомпонентных веществ.

Последовательность расчета теоретического цикла парокомпрессионной холодильной машины (рис. 3) при заданных температурах кипения (термостатирования) То=Т6, и конденсации ТК=Т4 и температуре на всасывании в компрессор Т, для бинарной смеси заданного состава (у0) с помощью системы уравнений (2) состоит в следующем.

Сначала при заданной температуре кипения То и Х=1 определяется давление Р0 на всасывании в компрессор и рассчитывается с определенным шагом изобара низкого давления Р0= const в двухфазной области в диапазоне массовых паросодержаний 0 < Х< 1 и при Х=1 в диапазоне температур Т0 < Т <Ti в области перегретого пара.

На следующем этапе при заданной температуре конденсации Тк и X = 0 из решения системы уравнений (2) определяется давление нагнетания Рк и рассчитывается изобара высокого давления Рк= const в двухфазной области в диапазоне массовых паросодержаний 0 < Х< 1. При этом на каждом шаге

расчета определяются соответственно энтальпия и энтропия каждой из фаз. В последующем определяются параметры смеси сжатой в компрессоре (в т.2 на рисунке 3).

Тк %

Рис. 3. Теоретический цикл парокомпрессионной холодильной машины, работающей на смеси хладагентов

При адиабатическом сжатии в компрессоре температура Т2 и мольный объем У2 конца сжатия определяются из решения системы уравнений:

На заключительном этапе рассчитывается изобара Рк= const при Х=1, т.е. в области перегретого пара в диапазоне температур Т3 < Т <Т2 и определяются удельные характеристики теоретического цикла (рис.3):

- удельная холодопроизводительность q0 = i6 - i4;

- удельная изоэнтропная работа компрессора L = i2 - ij;

- удельная теплота охлаждения и конденсации рабочего вещества

Чк =«2

В аналогичной последовательности может быть рассчитан цикл для чистого хладагента с использованием системы уравнений (1). Изложенная методика может быть применена для расчета более сложных теоретических циклов, в частности, регенеративного цикла, цикла двукратного дросселирования и других. Для расчета термодинамических свойств бинарной смеси в двухфазной области разработана специальная подпрограмма TSF2, которая позволяет по заданным термическим параметрам и составу паровой и жидкой фаз рассчитывать термодинамические свойства и их производные.

Разработаны подпрограммы для расчета фазового равновесия бинарных смесей - RFSP для заданного значения равновесного давления и RFST для заданного значения равновесной температуры.

Для расчетов циклов парокомпрессионной машины разработана компьютерная программа CYKL для однокомпонентных веществ и программа CYKL2 для бинарных смесей.

PK=P(T,V) S,=S(T,V)

При разработке методов определения коэффициентов в едином уравнении Редлиха-Квонга-Соаве при расчете термодинамических свойств хладагентов и циклов с их использованием автор опирался на работы В.А. Кириллина, А.Е. Шейдлина, Э.Э. Шпильрайна, A.B. Быкова, Г.К. Лавренченко, Р. Рида, Дж. Праусница, Т. Шервуда, Т. Бера, М.П. Вукаловича, И.И. Новикова

Третья глава посвящена разработке и исследованию холодильной установки авторефрижератора с использованием пропан-бутанового газа (СПБГ) в качестве топлива и хладагента.

На основании анализа литературных источников, приведенных в главе 1, при создании авторефрижератора было решено применить разомкнутый холодильный цикл. По сравнению с парокомпрессионной холодильной машиной холодильная установка с разомкнутым циклом на смесях углеводородов имеет ряд преимуществ: газобаллонная холодильная установка (ГЪХУ) снижает расход топлива, поскольку не затрачивается энергия па привод компрессора и вентилятора конденсатора; отсутствие компрессора и конденсатора упрощает конструкцию холодильной установки, уменьшает массу и габаритные размеры, повышается надежность; упрощается эксплуатация холодильной установки; запыленность наружного воздуха не влияет на работу конденсатора, нет необходимости периодически компенсировать утечку хладагента, не требуется высококвалифицированное обслуживание. Все это приводит к уменьшению стоимости ГБХУ по сравнению с парокомпрессионной в 1,5-2 раза.

К особенности ГБХУ, которая может рассматриваться как недостаток, следует отнести "жесткую" связь с работой двигателя: расход топлива определяет величину холодопроизводительности и рабочую температуру охлаждения.

Изменение температуры кипения компонентов СПБГ в широких пределах предполагает и изменение температуры кипения смеси в зависимости от состава. Эта температура может быть значительно ниже температуры термо-статирования. При определенных режимах эксплуатации авторефрижератора может быть правомерен вопрос о применении замкнутого цикла с конденсацией.

з1

Б- баллон, ДР- дрос. устройство, И- испаритель внутри термоизолированного кузова Рис. 4. Схема разомкнутого цикла ГБХУ без регенерации холода

Для расчета разомкнутого цикла, работающего на бинарной смеси, представленного на рисунке 4, разработана программа CYCLB.

На рис. 5 представлено изменение удельной холодопроизводительности ГБХУ в зависимости от температуры окружающей среды при различном начальном содержании пропана у0 в соответствии с ГОСТом на СПБГ.

Можно отметить, что изменение холодопроизводительности слабо зависит от содержания пропана, т.к. теплота испарения пропана и бутана близки в рабочем диапазоне температур. Что касается температуры после дросселирования, то она изменяется в зависимости от содержания пропана в очень широких пределах (от -32 °С до -14 °С) со слабой зависимостью от toc. Этот факт объясняется низкой температурой кипения пропана по сравнению с температурами кипения других компонентов СПБГ.

Рис. 5. Зависимость удельной холодопроизводительности ГБХУ от температуры

окружающей среды

Вычисления показали, что увеличение холодопроизводительности при введении в ГБХУ регенерации теплоты составило величину (до 40 кДж/кг)

при этом цикла уменьшилась на 1,5 °С.

Холодильная система авторефрижератора имеет один недостаток, который заключается в недоиспользовании потенциала низкой температуры испарения смеси после дросселирования (~ -30...-20 °С), поскольку температура кузова для авторефрижераторов класса А по европейской классификации назначена в пределах 0... +12 °С.

Устранению этого недостатка может служить схема с двойным дросселированием, которая позволяет осуществить термостатирование при двух уровнях температуры, например, в авторефрижераторах с охлаждаемым кузовом и низкотемпературной (морозильной) камерой небольшого объема

Была разработана программа СУКЬО расчета цикла с двумя испарителями на бинарной смеси.

Условия эксплуатации авторефрижераторов предусматривают стоянки машин в течение длительного времени, когда двигатель и холодильная

установка не работают. Так, во время ночной длительной стоянки температура кузова принимает температуру гаража (~ +15 °С). Во время стоянки на улице (погрузка-разгрузка, розничная торговля и т.д.) температура кузова может быть значительно выше. При начале движения значительная доля холодопроизводительности холодильной установки будет расходоваться на охлаждение самого кузова.

Для достижения дополнительных эксплуатационных качеств предварительного захолаживания кузова перед рейсом, работы холодильной установки при выключенном двигателе - предлагается цикл с реконденсацией (рис. 6). Схема содержит те же основные элементы, что и схема с разомкнутым циклом: баллон, испаритель, регенеративный теплообменник. Однако после теплообменника смесь делится на два потока: часть поступает в ресивер и затем в карбюратор двигателя; другая часть смеси возвращается в баллон при помощи компрессора через конденсатор, в котором смесь отдает теплоту в окружающую среду. Редуктор перед испарителем в данной схеме заменен на терморегулирующий вентиль.

Б - баллон, ТО - регенеративный теплообменник; КАРЕ - карбюратор; И - испаритель; КОПМР - компрессор; КОНД - конденсатор; Кг - электромагнитный клапан

На рис. 7 представлена расчетная зависимость удельной холодопроизводительности q0 парокомпрессионного цикла ГБХУ от температуры окружающей среды toc = ПРИ температуре выхода смеси из испарителя t4 = -20 °С

На рис. 8 представлена зависимость qo от температуры хладагента на выходе из испарителя t4 и при t0.c. = tj = 30 °С. Начальная мольная концентрации пропана в баллоне в обоих случаях равна уо = 0,70.

Рис. 6. Схема ГБХУ с реконденсацией

<10 ,хДж/хх>

Ч0,кДж/кг

340

320

300

280

220200

tl,°C

260

t4/°c

30 35 40 45 ¿0 iS

-25 -IS -5 +5

1 - цикл с регенерацией;

2 - цикл без регенерации

1 - цикл с регенерацией;

2 - цикл без регенерации

Рис.7

Рис. 8

Как показали приведенные выше расчеты, удельная холодопроизводитель-ность ГБХУ в зависимости от состава СПБГ и температуры окружающей среды может изменяться в довольно узких пределах от 230 до 350 Дж/г. Расход же СПБГ как топлива зависит от режима движения, поэтому на определенных участках трассы холодопроизводительности ГБХУ может быть недостаточной для компенсации теплопритоков в изотермический кузов. Кроме того, была неясна ситуация с применением ГБХУ на автомобилях с грузоподъемностью, отличной от грузоподъемности "Газели". Для проведения анализа оптимального использования располагаемой холодопроизводительности Qo, которая равна произведению удельной холодопроизводительности q« на секундный расход топлива G, были использованы данные по рациональной области применения пяти автомобилей, серийно выпускаемых в РФ: "Москвич" 2140, "Газель" ГАЗ 33021, ГАЗ-52, ГАЗ-53 и ЗИЛ 431-410 (таблица 2).

Расход топлива (кг) на 100 км пути и грузоподъемность (т) были взяты из паспортных данных на эти машины. Данные, приведенные в справочнике-каталоге фирмы Carrier Transicold по грузоподъемности и соответствующему ей объему кузова V, подтверждают норму загрузки кузовов авторефрижераторов - 0,35 т/м3. V' (м3) - реальный объем кузова для той же грузоподъемности, выпускаемых этой фирмой. Расход топлива и соответственно Q0 были рассчитаны для скоростей движения w = 40, 60 и 80 км/ч и для q0= 320 Дж/г (в скобках даны значения Q0 для q0= 260 Дж/г).

Таблица 2

Эксплуатационные характеристики Москвич 2140 Газель ГАЗ33021 ГАЗ-52 ГАЭ-53 ЗИЛ-431-410

Расход топлива на 100 км, кг 7 11,2 18 21,7 25,2

Грузоподъемность, т 0,3 1,5 2,5 4,0 6,0

Объем холодильной камеры V,m3 0,85 4,2 7 11.4 17

Объем холодильной камеры \",м3 1,0 5,0 8,1 13,3 20,0

Расход топлива, г/с, при w=40 км/ч 0,77 1,24 2,0 2,4 2,8

Расход топлива, г/с, при w=60 км/ч 1,166 1,86 3,0 3,6 4,2

Расход топлива, г/с, при w=80 км/ч 1,54 2,48 4,0 4,8 5,4

Располаг. Qo, Вт, при \у=40км/ч 246,4 (200) 396,8 (32эд 640j0(520j0) 768р(вад 896рс728д)

Располаг. Qo, Вт, при w=60km/h 396,6 (3000) 595,2 (384) 960/) (780д) 1152рр36д 1344j0(1092£)

Располаг. Qo, Вт, при w=80 км/ч 492$ (400,0) 783,6 (645,2) 128о/)(1(м0) 15360(12480) 1792,0(14560)

Располагаемая Q'o, Вт, в зависимости от грузоподъемности 400,0 1200,0 1800,0 2300,0 3000,0

Отношение площади поверхности холодильной камеры Fcp, м2, к объему камеры V, м3 3,7 3,2 2,8 2,4 2,1

Средняя площадь поверхности холодильной камеры Fc„, м2 3,7 16,0 22,7. 32,0 42,0

Тешкшриток через изоляцию q, Вт, для коэффициента теплопроводности к=0,4 Вт^м2 -К) 66,6 336,0 447,0 672,0 882,0

Теплоприток через изоляцию q, Вт, для коэффициента теплопроводности к=0,6 Вт/(м2-К) 100,0 504,0 715,0 1008,0 1323,0

Исходя из факта геометрического подобия кузовов российских и зарубежных авторефрижераторов соотношение между средней площадью поверхности кузова Fcp, (м2) и его объемом V, (м3) было принято по данным фирмы Carrier. Тепловой баланс изотермических кузовов с вентилируемым испарителем был рассчитан по рекомендациям той же фирмы:

q=k-Fcp (t0.e.-tI> -1,75, где 1,75 - рекомендуемый коэффициент запаса, учитывающий факторы открывания дверей, старения изоляции и т.п.

Расчетные данные (рис. 9) позволяют сделать вывод, что при скорости движения 40 км/ч располагаемой холодопроизводительности будет достаточно лишь для автомобиля "Москвич". Однако уже при скорости 60 км/ч, что вполне возможно при городском режиме движения, величина Qo вполне достаточна для всех типов авторефрижераторов, кроме ЗИЛ-431 большой грузоподъемности. Данный автомобиль экономичнее эксплуатировать на междугородних перевозках при значительно больших скоростях движения.

При скорости 80 км/ч <2о, вырабатываемой ГБХУ, вполне достаточно, чтобы покрыть теплопритоки, рассчитанные с коэффициентом запаса 1,75.

На рис. 8 зона теплопритоков в кузов для различных моделей российских авторефрижераторов обозначена штриховкой и ограничена прерывистыми линиями. Сплошными линиями изображены значения О, для указанных значений скорости движения.

О, Вт

Рис. 9. Соотношение между располагаемой холодопроизводительностью и теплопритоками в кузов

В процессе выполнения работы были созданы и испытаны опытные образцы малотоннажных авторефрижераторов на базе автомобиля ГАЭ-33021 ("Газель") в двух вариантах. Внешний вид и компоновочные схемы представлены на рис. 10,11 -1 вариант и рис. 12,13, 14 - II вариант.

Б - баллон; Рес - ресивер; И - испаритель с вентиляторами; Т -технический отсек; Др -дроссели, Ф - фильтры; РД - редуктор двигателя; Кг-клапаны электромагнитные

Рис. 10. Компоновочная схема 1-го варианта авторефрижератора

ШШттк

Рис. 11. Внешний вид 1-го варианта авторефрижератора

«П рд «Г!

Б - баллон, ФО - фильтр-осушитель, И - испаритель, Р - редуктор, В - вентилятор, кГ - клапаны электромагнитные, РД - редуктор двигателя

Рис. 12. Компоновочная схема И-го варианта авторефрижератора

Рис. 13. Внешний вид П-го варианта Рис. 14. Внутренний вид П-го варианта авторефрижератора авторефрижератора

В ходе испытаний через определенные промежутки времени фиксировались параметры движения: скорость, пройденное расстояние, частота вращения коленчатого вала двигателя; производились замеры температуры воздуха в нескольких точках изотермического кузова (по поверхности стен и пола), а также температуры в характерных точках монтажной схемы ГБХУ. Замерялось давление газа на входе и выходе из ГБХУ. Расход газа замерялся весовым способом. Точность замера не ниже 0,5 кг. Замер температуры осуществлялся термометрами сопротивления с точностью 0,1 К. Для замера давлений использовались пружинные манометры типа МО. Класс точности прибора - 0,4. Для определения ходовых характеристик автомобиля использовались приборы, установленные на приборном щитке: спидометр, датчик чисел оборотов.

На рис. 15 представлены результаты испытаний по определению изменения температуры в термокузове в зависимости от продолжительности пути (ч) без тепловой нагрузки (кривая 1) и с тепловой нагрузкой (кривая 2) и изменение температуры воздуха окружающей среды (кривые 3, 4). Нагрузкой служили предварительно неохлажденные продукты питания с начальной t = 18...20 °С и общей массой -500 кг).

На рис. 16 представлены зависимости температуры в изотермическом кузове от времени движения. Номера кривых соответствуют порядковому номеру испытаний. Характер изменения и уровень температуры зависит от ряда факторов, как внешних: интенсивности движения, характера трассы, температуры окружающей среды, так и внутренних: давления газа на выходе из ГБХУ, состава заправляемого СПБГ (концентрация пропана и бутана). Температура воздуха в кузове начинает понижаться практически сразу после начала движения, что свидетельствует о малой тепловой инерции ГБХУ. Как видно из графиков, через 1,5-2 часа после начала движения температура воздуха в кузове понижалась от +13...+18°С (выезд из гаража) до 0...-2°С. Температурные зависимости не являются плавными кривыми - колебания температур обусловлены изменением режима движения, остановками на маршруте (кривые 1,2,3). При замедлениях и остановках автомобиля температура в кузове повышается вследствие уменьшения расхода газа. При возобновлении движения характер изменения температуры восстанавливается.

При движении по магистрали в относительно стабильном режиме в течение ~1,5 часов температура воздуха понижалась до -7...-12 °С (испытания 8, 6). При этом избыточное давление газа на выходе из ГБХУ составляло 0,40,6 МПа, что соответствует средней температуре дросселирования смеси на входе в испаритель -18...-22°С. Повышение температуры в кузове на заключительной стадии этих испытаний связано с изменением режима движения. При движении по городу в течение 1,5...2 часов температура охлаждения возросла на 3...4 °С и составила в среднем -9...-3 °С.

«ОС •

Г*«-«4 4 'ос - >3

\ \ \ •»Ш 2

1 *

1 \ ! .4. 1

ООО 2 00 4 00 6 00 >00 (ООО

ПрвДОЯЖ* IЦМОСТ11 пул, чис

Рис. 15. Изменение температуры в изотермическом кузове в зависимости от продолжительности пути

ч\Г

\ 3 1

л?

.—'

8 V «

ч (

Рис. 16. Изменение температуры в изотермическом кузове (режим движения: магистраль-город)

В целом экспериментальные исследования подтвердили работоспособность авторефрижератора. Температура в изотермическом кузове на стационарном режиме работы составляла 0...+4 °С. Выявлена необходимость согласования работы двигателя и ГБХУ: давление после редуктора ГБХУ должно быть Риз6= 0,04 МПа. Отработаны принципиальная и электрическая схема ГБХУ. В качестве расширительного устройства применен редуктор с регулированием давления рабочего тела после него.

Испытания позволили оптимизировать конструкцию изотермического кузова, даны практические рекомендации по проектированию термоизоляции и уплотнению дверей. Время выхода на стационарный режим работы

совпадает с расчетными результатами. При работе авторефрижератора в короткоцикловом режиме (3...4 часа) в схеме ГБХУ можно отказаться от регенеративного теплообменника.

В четвертой главе исследуется перспективный хладагент - диметиловый эфир (ДМЭ), интерес к которому двоякий: как к экологически безопасному хладагенту и как к дизельному топливу. Диметиловый эфир (СН3-О-СН3) обладает очень важными свойствами: его молекулы не имеют углерод-углеродных химических связей, способствующих сажеобразованию при горении, у него высокое содержание связанного кислорода (35 %). По физическим свойствам ДМЭ подобен СПБГ, нашедшему широкое применение в качестве альтернативного топлива в двигателях Отто. Технология применения СПБГ достаточно хорошо отработана, имеется сеть заправочных станций, которые могут fern, беспрепятственно использованы для практического применения ДМЭ.

В 2002 году Правительство Москвы приняло постановление № 170-1111 от 12.03.02 "О городской программе использования альтернативных видов моторного топлива на автомобильном транспорте города на 2002-2004 гг.", в котором говорится о необходимости внедрения на городском транспорте ДМЭ в качестве топлива, а также о перспективности использования ДМЭ как хладагента для холодильного транспорта. Результаты исследований ДМЭ, полученные в МГТУ им.Н.Э.Баумана, были использованы автором этой работы, принимавшим участие в Рабочей группе при Управлении транспорта и связи г. Москвы, готовившей материалы постановления.

В историческом аспекте ДМЭ - одно из первых (впоследствии вытесненных аммиаком) рабочих тел парокомпрессионных холодильных машин, появившихся в XIX в. Его использовали Толье, Линде, Гаррисон. Уравнения для расчета основных термодинамических свойств и первую диаграмму состояния "In р - i" ДМЭ предложили В. Фюнер и Р. Планк. Позже И.С. Бадылькесом были уточнены уравнения для расчета основных термодинамических свойств эфира.

По этим уравнениям нами была построена диаграмма состояния (Ln Р - i) для ДМЭ в диапазоне температур от -80 до +80 °С (рис. 17).

По сравнению с диаграммой, предложенной В. Фюнером и Р. Планком, диапазон положительных температур был расширен с +40 °С до +80 °С, что позволило "закрыть" область работы холодильных машин с воздушным конденсатором.

« 180 гго гво зоо з<о зео чго «ьо эоо 5« зао т мо ?оо 740 ?ео 8га вьо эоо

25 --■-'-■-■-------.. . ш т- Ы, . : , .... ^

юго 1060 их и«) 1180

гго гм эоо 340 ззо 4го 500 580 его мл 7оо 740 7ао его вы> эоо 94 о зао ш ш ни шо нво

Энтольпия I, кДх/кг

Рис. 17 Диаграмма состояния "1пР - для ДМЭ

Сравнительные характеристики ДМЭ представлены в таблице 3.

Таблица 3

Сравнение характеристик некоторых хладагентов и ДМЭ

Холодильные агенты РьМПа при 1 = 30°С Ро.МПа щ»Н = -150С Чо, кДж/кг кДж/м3 ж Р2-Р1. МПа

1,16 0,23 1104,5 2170,4 4,97 0,93

С02 7,19 2,29 129,0 7669,9 3,14 4,90

ТИ22 1,20 0,30 161,7 2044,7 4,00 0,90

Ш2 0,74 0,18 110,6 1280,5 4,09 0,56

11142 0,39 0,08 179,2 650,7 4,97 0,31

ДМЭ 0,7 0,16 350 1166,7 4,38 0,54

Сведения о динамической вязкости ДМЭ очень ограничены. Для пара имеются три экспериментальных значения, для жидкости - всего одно. В соответствии с рекомендациями Дж. Праусница в качестве аппроксимирующих уравнений в интересующем нас диапазоне температур (-40... +60 °С) был и выбраны для пара уравнение Голубева:

•П"= Ькр(а"Тг)0965 +Ь"]-Ю"1 мкПас, а для жидкости уравнение Ван-Вельцена:

10274(т"т„)

103 -19,46 мкПа с

На рисунках 18 и 19 приведены зависимости динамической вязкости пара и жидкости ДМЭ от температуры в сравнении со значениями для 11-12 и 11-22.

Для теплопроводности пара ДМЭ найдено только одно значение Я."дмэ=15.52 мВт/(м-К) при 1 = 25°С. Аппроксимирующим уравнением выбрано уравнение Голубева, рекомендуемое И.С. Бадылькесом:

X" = Фл' су -5,24 мВт/(м-К),

Рис. 18. Зависимость динамической вязкости пара ДМЭ от температуры в сравнении со значениями для Я-12 и Я-22

Рис. 19. Зависимость динамической вязкости жидкости ДМЭ от температуры в сравнении со значениями для Я-12 и 11-22

По теплопроводности жидкости опубликованных данных не обнаружено, поэтому принято решение взять за основу уравнение Вебера:

Л' = А]С'Р р'зр Вт/(мК)

где А1 - коэффициент, зависящий от рода жидкости.

Для его нахождения использовались экспериментальные данные для диэтилового эфира (ДЭЭ) как наиболее близкого к ДМЭ.

Величины теплопроводности пара и жидкости ДМЭ в сравнении с Я-12 и Я-22 представлены на рис. 20,21.

ДиВИЦИ-Ю

ОЛт/М

дмэ

~ - я

« я г

м 2 / г

я я я и я и я и -<» -и -я -» I » я л « я и п и

Рис. 20. Теплопроводность пара ДМЭ Рис. 21. Теплопроводность жидкости ДМЭ

Поверхностное натяжение ДМЭ определено в соответствии с рекомендацией И.С. Бадылькеса по уравнению Ван-дер-Ваальса. По известным двум экспериментальным значениям для ДМЭ: ажсп = 0,0125 Н/м при t = 20 °С и стЭ1ССП = 0,0210 Н/м при t = -40 °С определено значение ст0:

а = а0(1-Т/Ткр)6/5Н/м.

Сравнение поверхностного натяжения в ДМЭ, R-12 и R-22 показано на рисунке 22.

ъ иН/н

к 12 дм э

Ш2 7

(1 -J i i i ' * i

• ЭксЬеринеитсльные донные

Рис. 22. Поверхностное натяжение ДМЭ

Полученная информация о переносных свойствах ДМЭ позволила сравнить работу конденсатора и испарителя на ДМЭ и R-12. Использование ДМЭ приводит к росту коэффициента теплоотдачи при конденсации и испарении, а также к уменьшению гидросопротивления по сравнению с R-12, что позволяет в существующих установках выполнить замену R-12 на ДМЭ без изменения конструкции и параметров теплообменных аппаратов.

С помощью программы MAIN1 был проведен расчет термодинамических свойств ДМЭ. Исходными данными служили результаты экспериментов на линии насыщения.

Определены коэффициенты уравнения состояния Редлиха-Квонга-Соаве для реальных критических параметров: Ь=0,28982; а = 1,4601; р = 0,9762; у = 0,24031 и для псевдокритических параметров: Ткр0 = 404,60; Ркр0 = 5,92382 МПа; VKpo = 0,0041075 м3/кг; Ь0= 0,25992; а0 = 1,2824; р0 = 0,87676; у0 = 0,21070.

С помощью программы CYKL проведен расчет теоретических рабочих циклов на ДМЭ с регенерацией и без нее.

На рисунках 23 - 30 приведены характеристики теоретических рабочих циклов в зависимости от температуры кипения хладагента в испарителе t0, °С при фиксированных температуре конденсации tic = 30 °С и температуре всасывания в компрессор tj = 20 С.

400 300

Чо,«Д./«Г

-30 -25 -x -15

•10

яе 400

300

200

Й131* 100

Я12 0 0

Рис. 23. Зависимость удельной холодопроизводительности нерегенеративного цикла от Тип для ДМЭ,Ю2иШ34а

-зо -га

Рис. 25. Зависимость объемной удельной холодопроизводительности нерегенеративного цикла от Тши для ДМЭ, Ш2иШ34а

^»С

Рис. 24. Зависимость удельной холодопроизводительности регенеративного цикла от Т^ для ДМЭ, Я12 иЮ34а

мое

воо

600

400 < эоо - Ьас

100 • 100 • г —

ООО • К А ^—

900 ■ ТОО■ ■te.ec

Рис. 26. Зависимость объемной удельной холодопроизводительности регенеративного цикла от Т„,п для ДМЭ, Ш2 иШ34а

. Вт

Рис. 27. Зависимость теоретического

холодильного коэффициента нерегенеративного цикла от Тгап для ДМЭ, Ш2 и Ш34а

Рис. 28. Зависимость теоретического холодильного коэффициента регенеративного цикла от Тгап для ДМЭ, Я12и!Ш4а

ip2/pl

-15

-10

Рис. 29. Зависимость отношения давлений нагнетания и всасывания в компрессоре от Тип, ДМЭ, Ю2 и Ш34а

Рис. 30. Зависимость разности давлений нагнетания и всасывания в компрессоре от Тки,, хладагентов ДМЭ, Ю2 и Я!34а

Представленные расчетные зависимости позволяют сделать вывод, что холодильная машина, работающая на ДМЭ, не уступит по своим характеристикам машинам, работающим на И12 и Я 134а. Это было подтверждено сравнительными испытаниями холодильной машины -калориметра при одинаковых условиях работы на ДМЭ и Ш2 Графическое изображение результатов экспериментов дано на рис. 31, 32.

*в

Рис. 31. Экспериментальные значения холодопроизводительности при ^ = 25... 55 °С

Рис. 32. Экспериментальный холодильный коэффициент при t. = 25... 55 °С

Проведенное экспериментальное исследование работы холодильной машины на ДМЭ и R12 подтвердило выводы расчетного сравнения параметров парокомпрессионных циклов о том, что ДМЭ способен заменить попадающие под контроль "парниковые" R12 и R134a в существующем и вновь разрабатываемом оборудовании без ухудшении его характеристик. Учитывая, что в перспективе ожидается внедрение ДМЭ как топлива для дизелей, он станет вне конкуренции среди хладагентов по своей цене и доступности. Вместе с тем следует провести необходимые ресурсные

испытания холодильного оборудования на ДМЭ. Рассмотреть вопросы взаимодействия ДМЭ с различными уплотнительными и изоляционными материалами, использующимися сегодня в холодильной технике. Требуют также экспериментального определения переносные свойства ДМЭ.

Основные результаты и выводы

1. Показано, что использование хпадоресурса экологически безопасных газомоторных топлив (ГМТ) открывает новые возможности в создании транспортных, холодильных и энергосиловых установок. При утилизации эксергии сжиженного природного газа (СПГ), метана или водорода в реальной вспомогательной силовой установке (ВСУ) кроме получения дополнительной мощности можно увеличить охлаждающую способность ГМТ при заданной температуре на 40...60 %.

2. Созданием транспортных холодильных установок, работающих на сжиженном пропан-бутановом газе (СПБГ), реализованы системы, использующие его хладоресурс. Свойства СПБГ позволяют создавать газобаллонные холодильные установки (ГБХУ) для малотоннажных авторефрижераторов класса А - перевозка охлажденных продуктов при температуре 0...+12°С или для одновременной перевозки продуктов в небольшой морозильной камере с температурой -20...-12°С и холодильной камере с температурой 0...+12°С.

3. Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность малотоннажного рефрижератора с ГБХУ на базе автомобиля ГАЗ 3301 ("Газель"). Температура в изотермическом кузове составила 0...+4°С (минимальная температура -12°С). Проведено согласование работы двигателя и ГБХУ при избыточном давлении после редуктора ГБХУ 0,04 МПа, которое близко рациональному для работы системы ГБХУ-двигательГАЗ 3301.

Применение регенерации в разомкнутом цикле на СПБГ увеличивает удельную холодопроизводительность на 8-10% в зависимости от температуры окружающей среды. Регенеративный теплообменник захолаживается около одного часа, поэтому при работе авторефрижератора в короткоцикловом (городском) режиме его можно не использовать в схеме ГБХУ.

4. Предложена методология определения термодинамических свойств различных веществ на основе уравнения Редлиха-Квонга-Соаве, отличающаяся большой точностью. Разработаны и апробированы программы для расчета свойств и расчета низкотемпературных циклов паровых холодильных машин.

жидкого ДМЭ на 50 %, а парообразного до 50 % выше аналогичных величин у R12. Коэффициент динамической вязкости у R12 выше на 45-50 %, чем у ДМЭ. Это приводит к росту коэффициента теплоотдачи при конденсации и испарении ДМЭ, а также к уменьшению гидросопротивления по сравнению с R12 в теплообменных аппаратах существующих холодильных установок.

6. Теоретический анализ рабочих парокомпрессионных циклов показал, что удельная массовая холодопроизводительность (q 0) ДМЭ почти в три раза выше по сравнению с R12 и RI34a в цикле без регенерации и в два раза выше в цикле с регенерацией. Поэтому регенерация теплоты в цикле ДМЭ нецелесообразна. Удельная объемная холодопроизводительность (q у) цикла на ДМЭ близка к аналогичной величине у R12 и R134a, что допускает использование того же компрессора в существующей холодильной установке при получении практически той же холодопроизводительности. При этом разность давлений нагнетания и всасывания (Р, - Р2) при использовании ДМЭ несколько ниже, что свидетельствует об уменьшении нагрузки на компрессор и возможности увеличения ресурса его работы.

Показано, что как экологически безопасное вещество (ODP=0, GWP=0) ДМЭ является перспективным доступным хладагентом, позволяющим эксплуатировать существующее холодильное оборудование без переделок и снижения качества его работы.

Экспериментальные исследования холодильных установок, работающих на ДМЭ, полностью подтвердили результаты расчетно-теоретического анализа.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Система измерения параметров потока сжиженного природного газа / A.M. Архаров, A.A. Жердев, С.Б. Главатских и др. // Вестник Ml ТУ. Машиностроение,- 1995. - № 2. - С. 6-12

2. Испытания холодильника "Стинол" на озонобезопасном холодильном агенте / A.C. Нуждин, С.Д. Глухов, A.A. Жердев и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение. - 1995. - № 2. - С. 84-88

3. Создание малотоннажного авторефрижератора с пропан-бутановой холодильной установкой / А.М. Архаров, С.Д. Глухов, A.A. Жердев и др. //Использование холода на транспорте в регионах с жарким климатом: Сб. научных трудов конференции Международного института холода. - Астрахань, 1997. -С. 18-20

4. Малотоннажный рефрижератор с холодильной установкой нового типа/ С.Д. Глухов, A.A. Жердев, В.В. Лубенец и др. //Холодильное дело.- 1997.-№ 1,- С. 21-23

5. Патент РФ № 2053434 Система комбинированного использования сжиженного газа в холодильной установке транспортного средства

/ С.Д. Глухов, А.А. Жердев, В.В. Лубенец и др. II Бюл. Открытия. Изобретения... - 1997.- № 3

6. Новые подходы к задачам охлаждения и термостатирования продуктов при их перевозке / А.М. Архаров, С.Д. Глухов, А.А. Жердев и др. //Вестник Ml ТУ. Машиностроение.- 1998.- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С. 11-23

7. Measurements of void fraction and flow rate of LNG flow / A.M. Arkharov, S.B. Glavatskikh, A.A. Zherdev et al // Advances in Cryogenics Engineering.- New York, 1998.-V.43.- 420 p.

8. Малотоннажный рефрижератор с газобаллонной холодильной установкой / A.M. Архаров, С.Д. Глухов, А.А. Жердев и др. //Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века: Тезисы докл. Международной НТК,- С.-Петербург, 1998,-С 7

9. New approaches to cooling and thermostatic control of goods at transportation / A.M. Arkharov, A.A. Zherdev, V.P. Leonov et al // Proc. 20th Int. Congress of Refrigeration, IIR/IIF. - Sydney, 1999.- P. 300-302

10. Environmentally friendly and low-cost approach to refrigeration of perishables during transportation / A.M. Arkharov, A.A. Zherdev, S.D. Glukhov et al //Proc. 6 Int. Symposium on Cold Region Development, ISCORD.- Anchoring, 2000. - P. 237-240

11. Gas stove-refrigerator / S.B. Glavatskikh, S.D. Glukhov, V.V. Lubenets et al// Proc. 6th Int. Symposium on Cold Region Development, ISCORD.-Anchoring, 2000. - P. 241-244

12. Тарировка и метрологическая аттестация датчиков паросодержания криопродуктов / A.M. Архаров, А.Г. Гречко, А.А. Жердев и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение.- 2002.- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С. 31-42

13. Результаты испытаний смеси R22 и Rc-318 для замены R12 в работающем холодильном оборудовании / А.М. Архаров, С.Д. Глухов, А.А. Жердев. и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение.- 2000,-Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С. 59-65

14. Двухуровневое охлаждение в холодильных установках авторефрижераторов / В.Н. Богаченко, С.Д. Глухов, А.А. Жердев и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение,- 2000.- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С.60-71

15. Снижение энергопотребления малых герметичных поршневых компрессоров / С.Д. Глухов, А.А. Жердев, А.А. Крючков и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение,- 2000.- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С. 153-159

16. Диметиловый эфир - топливо и хладагент для дизельных авторефрижераторов / С.Д. Глухов, А.А. Жердев, А.В. Поляков и др.

// Вестник МГТУ. Машиностроение.- 2000.- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С. 182-185

17. Жердев A.A., Росляков A.B. Решение проблемы очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания //Приоритетные направления развития городской науки на период до 2005 года. Материалы Международной НПК. Москва, 2002. - С. 208-209

18. Жердев A.A. Определение термодинамических свойств хладагентов с помощью уравнения состояния Редлиха-Квонга // Вестник Международной академии холода. 2002. - Вып.2.- С. 30-32

19. Жердев A.A., Славин М,В. Авторефрижератор с гибридным двигателем на сжиженном природном газе // Вестник МГТУ. Машиностроение.- 2002,- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С. 21-29

20. Особенности диметилового эфира как рабочего тела холодильных машин / С.Д. Глухов, A.A. Жердев, A.B. Шарабурин и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение.- 2002.- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С. 13-20

21. Жердев A.A., Макаров Б.А. / Расчет параметров циклов парокомпрес-сионных холодильных машин //Вестник МГТУ. Машиностроение,-2002.- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника". - С. 71-80

22. Патент № 2122691 РФ. Устройство для охлаждения теплоизолированного кузова авторефрижератора / A.M. Архаров, В.Н. Богаченко, A.A. Жердев. и др. // БИ - 1998,- № 33

23. Некоторые вопросы исследования хладоресурса моторных топлив / А.М. Архаров, С.Д. Глухов, A.A. Жердев. и др. //Низкотемпературные пищевые технологии в XXI веке: Сб. научных трудов Международной НТК,- С.-Петербург, 2001. - С. 31-32

Подписано к печати "1 £И4.03г. Закб^т.ОбъемЯО пл. тир 100 Типография МГТУ им. Н.Э.Баумана 107005, Москва, ул. 2-я Бауманская, 5

i )

РНБ Русский фонд

2005-4 17220

^ \ * \ * \\ )

12 *4 - - ?ооз

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Жердев, Анатолий Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ГАЗОМОТОРНЫЕ ТОПЛИВА И ИХ ХЛАДОРЕСУРС.

1.1. Экологические и экономические предпосылки перехода на газовое моторное топливо.

1.1.1. Вопросы безопасности использования ГМТ.

1.2. Основные свойства газовых моторных топлив.

1.3. Понятие хладоресурса и его величина.

1.3.1. Холодопроизводительность разомкнутых циклов, в которых

ГМТ является рабочим телом.

1.3.2. Эффективность использования расходной системы охлаждения на авторефрижераторе.

1.4. Эксергия исходного хладоресурса ГМТ.

1.5. Примеры использования хладоресурса СПГ и жидкого водорода в циклах ВСУ.

1.5.1. Газотурбинный замкнутый цикл.

1.5.2. Замкнутый многоступенчатый цикл.

1.5.3. Цикл для получения температуры криостатирования ниже температуры хранения топлива.

1.5.4. Увеличение охлаждающей способности ГМТ выше температуры хранения топлива.

1.5.5. Комбинированные циклы холодильной установки авторефрижератора на СПГ с гибридным двигателем.

2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛАДАГЕНТОВ. РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНЫХ ЦИКЛОВ.

2.1. Уравнение состояния Редлиха-Квонга для чистых хладагентов.

2.2. Определение термодинамических свойств чистых хладагентов в области перегретого пара и на пограничной кривой.

2.3. Расчет термодинамических свойств бинарных смесей хладагентов.

2.3.1. Расчет фазовых равновесий бинарных смесей.

2.3.2. Определение коэффициента бинарного взаимодействия.

2.3.3. Расчет термодинамических свойств бинарных смесей в двухфазной области.

2.4. Расчет циклов парокомпрессионных холодильных машин с помощью уравнения Редлиха-Квонга.

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ АВТОРЕФРИЖЕРАТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПБГ В КАЧЕСТВЕ

ТОПЛИВА И ХЛАДАГЕНТА.

3.1. Теоретическое исследование разомкнутых циклов и рабочих процессов холодильной установки авторефрижератора, работающего на СПБГ.

3.1.1. Состав СПБГ и свойства его как хладагента.

3.1.2. Удельная холодопроизводительность разомкнутого цикла и температура охлаждения в зависимости от состава СПБГ и температуры окружающей среды. Влияние регенерации на работу холодильной установки.

3.1.3. Выход на режим ГБХУ. Охлаждение теплоизоляции.

3.2. Перспективы использования хладоресурса СПБГ в транспортных холодильных установках.

3.2.1. Двухуровневое охлаждение в холодильных установках авторефрижераторов.

3.2.2. Замкнутый холодильный цикл с хладагентом-топливом.

3.3. Область рационального применения расходных холодильных установок авторефижераторов, использующих в качестве хладагента СПБГ.

3.4. Экспериментальное исследование опытных образцов холодильной установки авторефрижератора.

3.4.1. Создание малотоннажного авторефрижератора на базе автомобиля ГАЗ 3301 с ГБХУ.

3.4.2. Испытание опытных образцов авторефрижераторов.

3.5. Анализ результатов испытаний и рекомендации по проектированию холодильной установки рефрижератора, работающей по разомкнутому циклу.

4. ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР - ПЕРСПЕКТИВНОЕ ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО И ХЛАДАГЕНТ.

4.1. Использование ДМЭ в качестве дизельного топлива.

4.1.1. Стоимость ДМЭ - топлива.

4.2. Использование ДМЭ в качестве хладагента.

4.2.1. Эксплуатационные свойства ДМЭ.

4.3. Построение диаграммы "In Р - i" для ДМЭ.

4.4. Теплофизические свойства ДМЭ.

4.4.1 Теплообмен и гидродинамика теплообменных аппаратов холодильных машин на ДМЭ. Сравнение с R-12.

4.5. Исследование теоретического рабочего цикла на ДМЭ. Сравнение с циклом на R-12 и R-134a.

4.6. Экспериментальное исследование циклов холодильных машин на

ДМЭ. Сравнение с R12.

4.7. Авторефрижератор, использующий ДМЭ в качестве топлива и хладагента.

Введение 2003 год, диссертация по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, Жердев, Анатолий Анатольевич

Жидкое нефтяное топливо используется для охлаждения в авиационных системах кондиционирования воздуха, в топливомасляных теплообменниках газотурбинных силовых установок и т.п. При этом топливо, как правило, не меняет фазового состояния. Совершенно новыми возможностями, позволяющими осуществить паровые холодильные циклы (замкнутые и разомкнутые) на борту транспортного средства обладают газовые моторные топлива (ГМТ), являющиеся одной из альтернатив нефтяным. ГМТ - горючее вещество, существующее при нормальных условиях только в газообразном состоянии.

Основными причинами ожидаемого широкого внедрения ГМТ являются как экономическая - это изменение топливного баланса (при сохраняющемся уровне добычи нефти увеличивается потребление основных видов моторного топлива), так и экологическая - при сгорании в тепловом двигателе нефтяных моторных топлив в окружающую среду выбрасывается значительно больше вредных веществ, чем при работе на ГМТ, причем в развитых странах экологический аспект превалирует над экономическим.

С другой стороны, на выбор рабочих веществ, используемых в холодильной технике, все сильнее влияют требования, вытекающие из международных решений по защите экосферы планеты. В Российской Федерации ряд таких требований подкреплен соответствующими государственными актами.

Рабочие вещества, применяемые в настоящее время в холодильной технике, должны соответствовать следующим требованиям [1]:

- не иметь озоноразрушающего потенциала (ODP=C));

- иметь минимальный потенциал глобального потепления (GWP-»0);

- обеспечить высокую энергетическую эффективность холодильного оборудования.

Перечисленные требования будут постоянно ужесточаться не только из-за сокращения периода применения веществ переходного типа в рамках решений Монреальского протокола, но и в результате принятия мер по регулированию эмиссии парниковых газов в рамках Киотского протокола к рамочной конвенции ООН по изменению климата (1997 г.). Под контроль подпадают следующие так называемые "парниковые" газы: С02, СН4, NO2, SF6, а также хлорфторуглеводороды (ХФУ) и гидрофторуглеводороды (ГФУ). Причем ХФУ и ГФУ - это широко используемые хладагенты, к ним в том числе относятся и озонобезопасные R22, R134a, R404a, R502 и т.д. Хотя концентрация всех вместе взятых ХФУ и ГФУ в атмосфере гораздо ниже, чем концентрация диоксида углерода, их эффективность по удержанию инфракрасного излучения во много тысяч раз выше его эффективности, в частности, вследствие очень длительного периода жизни (120 лет для R12, 250 лет для R115 и т.д.) [2]. Это приведет к вытеснению ХФУ и ГФУ и переходу на "природные" хладагенты, в большинстве своем удовлетворяющие требованиям упомянутых выше международных документов. К "природным" рабочим веществам относят углеводороды (пропан, бутан, изобутан, ДМЭ и смеси на их основе), аммиак и диоксид углерода. Оказалось, "природные" хладагенты (кроме С02) являются одновременно газовыми моторными топливами и их применение определяется перспективами развития транспортной и холодильной техники.

Вышесказанное определяет актуальность данной работы.

Исходя из приведенного выше определения ГМТ, в это понятие укладываются: компримированный природный газ (КПГ), сжиженный нефтяной или сжиженный пропан-бутановый газ (СПБГ), диметиловый эфир (ДМЭ), аммиак и др., а так же криогенные топлива - сжиженный природный газ (СПГ), сжиженный метан, жидкий водород.

Цель работы. Разработка научно-технических основ использования охлаждающей способности ГМТ в транспортных холодильных установках; создание установок новых типов с замкнутыми и разомкнутыми циклами с применением в качестве рабочих тел экологически безопасных ГМТ и их внедрение на транспортных средствах.

Достижение поставленной цели осуществлялось путем решения следующих основных задач.

2. Анализ эксергии хладоресурса ГМТ, эффективности процессов и способов его утилизации.

4. Теоретическое исследование циклов газобаллонной холодильной установки (ГБХУ), использующей сжиженный пропан-бутановый газ.

7. Анализ и обобщение данных о термодинамических и переносных свойствах перспективного экологически чистого хладагента - ДМЭ.

8. Расчет термодинамических свойств и рабочих циклов парокомпрессионных холодильных машин на ДМЭ при различных внешних условиях, сравнение с характеристиками рабочих циклов на R134a и R12.

9. Создание и экспериментальное исследование парокомпрессионных холодильных машин, работающих на ДМЭ, сравнение с машинами, работающими на R12.

Научная новизна.

1. Обосновано понятие исходного хладоресурса газовых моторных щ топлив как охлаждающей способности при их расширении, испарении и нагревании до заданной температуры охлаждения вплоть до условий окружающей среды. Показано, что удельная величина исходного хладоресурса ГМТ количественно определяется удельной холодопроизводительностью разомкнутого цикла, в котором ГМТ является рабочим телом.

Практическая значимость

2. Созданы и испытаны опытные образцы малотоннажных авторефрижераторов с ГБХУ (Патенты РФ №2053434, №2122691, ТУ 4591030-31750924-98), а также разработаны рекомендации по их проектированию.

Работа содержит четыре главы.

В первой главе рассматриваются экологические и экономические предпосылки широкого использования ГМТ, вопросы безопасности. Обосновывается понятие исходного хладоресурса ГМТ как охлаждающей способности при их испарении, расширении и нагреве до условий окружающей среды. Рассматривается эксергия хладоресурса ГМТ. Показана возможность увеличения охлаждающей способности ГМТ с помощью прямых и обратных термодинамических циклов.

Вторая глава посвящена разработке методик и комплекса программ для расчета термодинамических свойств и холодильных циклов с углеводородами и смесями на их основе.

В третьей главе приводятся материалы теоретического и экспериментального исследования (ГБХУ) малотоннажного авторефрижератора.

Четвертая глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию перспективного экологически чистого хладагента - ДМЭ.

Заключение диссертация на тему "Разработка и исследование холодильных установок с использованием в качестве рабочих тел экологически безопасных газомоторных топлив"

Основные результаты работы проведенного исследования могут быть обобщены в следующих положениях.

1. Показано, что использование хладоресурса экологически безопасных газомоторных топлив (ГМТ) открывает новые возможности в создании транспортных, холодильных и энергосиловых установок. При утилизации эксергии сжиженного природного газа (СПГ), метана или водорода в реальной вспомогательной силовой установке (ВСУ) кроме получения дополнительной мощности можно увеличить охлаждающую способность ГМТ при заданной температуре на 40.60 %.

2. Созданием транспортных холодильных установок, работающих на сжиженном пропан-бутановом газе (СПБГ), реализованы системы, использующие его хладоресурс. Свойства СПБГ позволяют создавать газобаллонные холодильные установки (ГБХУ) для малотоннажных авторефрижераторов класса А - перевозка охлажденных продуктов при температуре 0.+12°С или для одновременной перевозки продуктов в небольшой морозильной камере с температурой -20.-12°С и холодильной камере с температурой 0.+12°С.

3. Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность малотоннажного рефрижератора с ГБХУ на базе автомобиля ГАЗ 3301 ("Газель"). Температура в изотермическом кузове составила 0.+4°С (минимальная температура -12°С). Проведено согласование работы двигателя и ГБХУ при избыточном давлении после редуктора ГБХУ 0,04 МПа, которое близко рациональному для работы системы ГБХУ-двигатель ГАЗ 3301.

Применение регенерации в разомкнутом цикле на СПБГ увеличивает удельную холодопроизводительность на 8-10 % в зависимости от температуры окружающей среды. Регенеративный теплообменник захолаживается около одного часа, поэтому при работе авторефрижератора в короткоцикловом городском) режиме его можно не использовать в схеме ГБХУ.

5. Исследованы термодинамические свойства перспективного хладагента и дизельного топлива - диметилового эфира (ДМЭ) в широком диапазоне параметров. Проведено обобщение данных и приведены зависимости переносных свойств от температуры. Коэффициент теплопроводности жидкого ДМЭ на 50%, а парообразного до 50% выше аналогичных величин у R12. Коэффициент динамической вязкости у R12 выше на 45-50 %, чем у ДМЭ. Это приводит к росту коэффициента теплоотдачи при конденсации и испарении ДМЭ, а также к уменьшению гидросопротивления по сравнению с R12 в теплообменных аппаратах существующих холодильных установок.

6. Теоретический анализ рабочих парокомпрессионных циклов показал, что удельная массовая холодопроизводительность (q 0) ДМЭ почти в три раза выше по сравнению с R12 и R134a в цикле без регенерации и в два раза выше в цикле с регенерацией. Поэтому регенерация теплоты в цикле ДМЭ нецелесообразна. Удельная объемная холодопроизводительность (q v) цикла на ДМЭ близка к аналогичной величине у R12 и R134a, что допускает использование того же компрессора в существующей холодильной установке при получении практически той же холодопроизводительности. При этом разность давлений нагнетания и всасывания (Р] - Р2) при использовании ДМЭ несколько ниже, что свидетельствует об уменьшении нагрузки на компрессор и возможности увеличения ресурса его работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Жердев, Анатолий Анатольевич, диссертация по теме Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

1. Калнинь И.Н., Смыслов А.И., Фадеков К.Н. Оценка перспектив применения экологически безопасных хладагентов в бытовой технике. // Холодильная техника. 2001. - № 12.- С. 4-8

2. Бабакин Б.С., Стефанчук В.И., Ковтунов Е.Е. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе. М.: Колос, 2000. - 210 с.

3. Марков В. А., Козлов С.И. Топлива и топливоподача многотопливных и газодизельных двигателей. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2000. - 296 с.

4. Мамедова М.Д., Васильев Ю.Н. Транспортные двигатели на газе. -М.: Машиностроение, 1994. 224 с.

5. Васильев Ю.Н., Гриценко А.И., Чириков К.Ю. Газозаправка транспорта. М.: Недра, 1995. - 436 с.

6. Переход автотранспорта на природный газ: Нормативно-справочное пособие для руководителей и специалистов автотранспортных организаций / А.И. Морев, П.Г. Загладин, О.А. Петренко и др. М.: ИРЦ Газпром, 1995.- 140 с.

7. Меньших П. В ожидании водорода // За рулем. 2002. -№ 4. - С.82

8. Газомобиль для всех / Ю.Н. Васильев, А.И. Гриценко, JI.C. Золотаревский и др. М.: ГГК Газпром, 1991. - 100 с.

9. Новое топливо для городского транспорта / Т.И. Смирнова, С.Н. Захаров, И.Ю. Болдырев и др. // Двигатель.- 1999. № 2 (2). -С.42-44

10. Fleisch Н., Meurer С. DME The Diesel Fuel for the 21st Century? //AVL Conference Engine and Environment. - Graz (Austria), 1995.124 p.

11. Япония: бум на чистые машины. // Клаксон.- 2002.- №16.- С. 53

12. Орлов В.Н., Харламов В.В. Завтрашней авиации необходимокриогенное топливо / Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах: Материалы III Российской НТК-М., 1996.-С. 7-11

13. Рачевский Б.С., Рачевский С.М., Радчик И.И. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов М.: Недра, 1974. - 256 с.

14. Будкин А., Карпенков А. Ни пропана, ни бутана // За рулем.- 2002. -№12. С. 20-22

15. Пеньков Н.Н., Пеньков П.Н., Пеньков Н.П. Почему буксует газификация автотранспорта России? // Автомобильный транспорт. -1996. -№11. -С. 44-45

16. Орлов В.Н., Харламов В.В. Опыт работ по созданию двигателя для первого в мире криогенного самолета // Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах: Материалы III Российской НТК М., 1996. - С.40-44

17. Фаворский О.Н., Дубовкин Н.Ф., Зайцев В.П. Криогенное авиационное топливо из нефтяного газа. // Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах: Материалы III Российской НТК М., 1996. - С.104-107

18. Васильев Ю.Н., Гриценко А.И., Золотаревский JI.C. Транспорт на газе. М.: Недра, 1992. - 342 с.

19. Бершадский В. А. Оценка аварийного выброса водорода при разгерметизации топливной системы // Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах: Материалы III Российской НТК М., 1996. - С. 33-34

20. Роднянский В.Н., В оде лага B.C., Гнедова JI.A. Сертификациягазомоторного топлива: Сб. научн. трудов ВНИИГАЗ. М., 1995.108 с.

21. Холодильная техника: Свойства веществ: Справочник / Под ред. С.Н. Богданова и др. 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985.-208 с.

22. Архаров A.M., Микулин Е.И., Марфенина И.В. Техника низких температур. М.- JL: Энергия, 1964.- 448 с.

23. Физический и химический хладоресурсы углеводородных топлив. Т.Н. Шигабиев, JI.C. Яновский, Ф.М. Галимов и др. Казань: Мастер Лайн, 2000. - 240 с.

24. Галимов Ф.М. Реализация хладоресурса углеводородных топлив в силовых и энергетических установках: Автореферат дис. . докт. техн. наук. Казань, 2001.- 18 с.

25. Расчет теплообменников-газификаторов криогенного топлива в авиационных ГТД / А.Н. Антонов, В.Ю. Приходин, С.В. Чиванов и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение. -1993. №3. - С. 45-52

26. Суслов А.Д., Богаченко В.Н., Рудь А.В. / К вопросу построения поверхности теплообмена с переменным термическим сопротивлением //Труды МГТУ им.Н.Э.Баумана. 1984,- № 430. -С. 51-61

27. Суслов А.Д., Чеботарев В.П. Исследование проблемы незабиваемости теплообменников-воздухоохладителей // Вестник

28. МГТУ. Машиностроение,-1995.-№ 2.-С. 45-55.

29. Чумак М.Г., Чепуренко В.Л., Чухлин С.Т. Холодильные установки. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-344 с.

30. Гоголин А.А., Лаврова В.В. Испытание батарей непосредственного испарения // Холодильная техника: Сб. работ ВНИХИ.-М.-Л.: Пищепромиздат, 1940.-С. 34-42

31. КурылевЕ.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки. Л.: Машиностроение, 1980.-616 с.

32. Чайковский В.Ф. Компрессионные холодильные машины, работающие на смесях агентов: Автореферат дис. . докт. техн. наук.- Одесса, 1967,- 52 с.

33. Beitrage zur Kalte-und Lebens Mitteltechnik // Propan-Kaltemaschine mit offenem Kreisprozep, angetrieben durch einen Propan-Motor.- Berlin, 1940.- S.90-91

34. Patent 2.082.850 USA. Refrigeration System, June 8, 1937.

35. Азаров А.И. Разработка и исследование автомобильных бензоиспарительных холодильников. // Холодильная техника и технология. 1974,- № 19. с. 53-57.

36. Труды XIV Международного Конгресса Холода. Москва, 1975.79 с.

37. Thorogood R.M. Mixed refrigerant process for natural gas liquefaction //Proc. Inst. Refrig.-1971 ,-№68.-P.32-40

38. Боярский М.Ю., Лунин А.И., Могорычный В.И. Характеристики криогенных систем при работе на смесях: Учебное пособие / Под ред. В.М. Бродянского. М.: Издательство МЭИ, 1990.-85 с.

39. Бадылькес И.С. Рабочие вещества и процессы холодильных машин. -М.: Государственное издательство торговой литературы, 1962. -256 с.

40. Бродянский В.М., Грезин А.К. Повышение эффективностинизкотемпературных холодильных машин // Холодильная техника. (Киев).-1973 .-№3 .-С. 1-8

41. Иванова B.C. Исследование тепло- и массообмена в оребренных воздухоохладителях: Автореферат дис. .канд.техн.наук. -Одесса, 1975.-34 с.

42. Kruse Н., JakobsP. Die Bedentung der Michtazeotropen Zweistoff-Kalteanlagen // Klima+Kalte-Ingenieur.-1977.-№7-8.-S. 253-260

43. Новые подходы к задаче охлаждения и термостатирования продуктов при их перевозке/ A.M. Архаров, В.Н. Богаченко, С.Д. Глухов, А.А. Жердев и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение. 1998. - Спец. выпуск.- С. 11-24

44. New approaches to cooling and thermostatic control of goods at transportation / A.M. Arkharov, S.B. Glavatskikh, V.P. Leonov et al //Proc. 20th Int. Congress of Refrigeration, IIR/IIF. Sydney, 1999.-P. 300-302

45. Environmentally friendly and low-cost approach to refrigeration of perishables during transportation / A.M. Arkharov, A.A. Zherdev, S.D. Glukhov et al //Proc. 6th Int. Symposium on Cold Region Development, ISCORD.- Anchoring, 2000. P. 237-240

46. Мартыновский B.C. Анализ действительных термодинамических циклов. -M., 1972,- 215 с.

47. Мартыновский B.C. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов. М.: Энергия, 1979. - 285 с.

48. Шаргут Т., Петела Р. Эксергия. М.: Энергия, 1968. - 280 с.

49. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. -М.:Энергоатомиздат, 1981.320 с.

50. Williams J., Knowln С. Frost-Free Cryogenic Heat Exchangers for Automobile Propulsion //AIAA proceedings.- 1997.- №11.- P. 27-31

51. Ахременкова Л.А., Козляков B.B. Исследование хладоресурсакриотоплива для улучшения характеристик РТД // Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах: Материалы III Российской НТК М., 1996. - С.55-57

52. Курзинер Р.И. Новый газодинамический цикл воздушно-реактивных двигателей / Воздушно-реактивные двигатели для сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов //Труды ЦИАМ. 1993. -№ 1300.-С. 24-31

53. Жердев А.А., Славин М.В. Авторефрижератор с гибридным двигателем на сжиженном природном газе // Вестник МГТУ. Машиностроение,- 2002,- Спец. выпуск "Криогенная и холодильная техника".-С. 21-29

54. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Ленинград, Химия. 1982.- 117 с.

55. Жердев А.А. Определение термодинамических свойств хладагентов с помощью уравнения состояния Редлиха-Квонга // Вестник Международной академии холода. 2002. -№ 11 - С. 30-32

56. Перельштейн И.И. Таблицы и диаграммы термодинамических свойств фреонов R-12, 13 и 22 // Тр. ВНИХИ. Москва, 1972,- 41 с.

57. Бер Т.Д. Техническая термодинамика. М.: Мир, 1947.- 138 с.

58. Теплофизические основы получения искусственного холода: Справочник / Под ред. А.В. Быкова. М.: Пищевая промышленность, 1980,- 290 с.

59. Кириллин В.А., Шейдлин А.Е., Шпильрайн Э.Э. Термодинамика растворов. М.: Энергия, 1979. - 288 с.

60. Исследование дроссельных рефрижераторных систем на смесях веществ: Отчет по теме 6055 (заключ.)/ ОТИХП; Руководитель Г.К. Лавренченко. № ГР 78055300; Инв. № 0286051 М., 1979.- 108 с.

61. Обобщенные алгоритмы расчета термодинамических свойств чистых фреонов и их смесей / Г.К. Лавренченко, В.Н. Анисимов, Н.И. Додольцева и др. //Термодинамические свойства веществ иматериалов: Сб. статей. М., 1985. - Вып.2. - С. 33-55

62. Жердев А.А., Макаров Б.А. Расчет циклов парокомпрессионных холодильных машин с помощью уравнения состояния Редлиха-Квонга // Вестник МГТУ. Машиностроение,- 2002. -№ 11.- С. 71-80

63. ГОСТ 27578-87. Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта. Введен с 1988 г- М.: Стандарты, 1987.- 5 с.

64. Сурин В.Н. Газобаллонная аппаратура на легковом автомобиле.- М.: Транспорт, 1995.- 44 с.

65. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин: Справочник/ Редкол.: А.В.Быков и др.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.- 248 с.

66. Аксешин В.А., Быков В.М., Пархоменко Н.Д. Газобаллонная аппаратура нового поколения для легковых автомобилей.-М.: Транспорт, 1995.-93 с.

67. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Гос. изд-во физико-математической литературы, 1963.- 708 с.

68. Леонов В.П. Разработка и исследование холодильной установки авторефрижератора с использованием топлива (сжиженных нефтяных газов) в качестве хладагента: Дис. . канд. техн. наук.-. М., 1999,- 120 с.

69. Курылев Е.С., Данилов Ю.М. К вопросу о теплоустойчивости ограждений помещений, выполненных из легких изоляционных конструкций // Межвузовский сборник научных трудов.-Л. :ЛТИХП, 1980.-С.21-27.

70. Трегубов А.А., Миляев В.И., Ионов А.Г. Перевозка сжиженных газов морскими танкерами // Холодильное дело.- 1996.-№4.- С. 26-30.

71. Михеев М.А. Основы теплопередачи.- М.:Госэнергоиздат, 1956.400 с.

72. Григорьев В.А., Крохин Ю.И. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники.- М.: Энергоиздат, 1982.-310 с.

73. Лавров Н.А., Хруничева Е.А. Приближенная оценка времени захолаживания тела // Вестник МГТУ. Машиностроение.-1998.-Спец. выпуск. С. 70-82

74. Козлов В.Н., Лавров Н.А. Нестационарные режимы работы криогенных установок: Учебное пособие.- М.: МГТУ, 1994- 36 с.

75. Каганер М.Г. Тепломассообмен в низкотемпературных конструкциях. М.: Энергия, 1979.-257 с.

76. Патент № 2122691 (РФ). Устройство для охлаждения теплоизолированного кузова авторефрижератора / A.M. Архаров,

77. A.А. Жердев, В.П. Леонов и др. // Б.И.- 1998. №3. -5 с.

78. Патент № 2053434 (РФ). Система комбинированного использования сжиженного газа в холодильной установке транспортного средства / С.Д. Глухов, А.А. Жердев, В.П. Леонов и др. //Открытия. Изобретения. 1997. -Бюл. №3. - 4 с.

79. Малые холодильные установки и холодильный транспорт: Справочник.- М.:Пищевая промышленность, 1978.-235 с.

80. Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах.- М.Машиностроение, 1975.206 с.

81. Голянд М.М., Малеванный Б.Н. Холодильное технологическое оборудование.- М.: Пищевая промышленность, 1977.- 336 с.

82. Создание малотоннажного авторефрижератора с пропан-бутановой холодильной установкой / A.M. Архаров, С.Д. Глухов, А.А. Жердев,

83. B.В. Лубенец // Использование холода на транспорте в регионах с жарким климатом: Сб. научных трудов конференции Международного института холода. Астрахань, 1997. -С. 18-20

84. Малотоннажный рефрижератор с холодильной установкой новоготипа / С.Д. Глухов, А.А. Жердев, В.В. Лубенец и др. // Холодильное дело.- 1997.-№ 1.- С. 21-23

85. Gas stove-refrigerator / S.B. Glavatskikh, S.D. Glukhov, V.V. Lubenets et al // Proc. 6th Int. Symposium on Cold Region Development, ISCORD.-Anchoring, 2000. P. 241-244

86. Рабинович С.Г. Погрешности измерений.- Л.: Энергия, 1978.- 262 с.

87. Нуждин А.С., Ужанский B.C. Измерения в холодильной технике: Справочное руководство.- М.: Агропромиздат, 1986.- 368 с.

88. Панкова Е.О., Суслов А.Д. Исследование теплового режима холодильной камеры// Вестник МГТУ. Машиностроение.-1993.-№3.-С.118-123.

89. О влиянии схемы проветривания на температурный режим в забое тупиковой выработки/ В.А. Меркулов, В.И. Проклов, С.Л. Ефремов и др. // Труды семинара по горной теплотехнике. Киев, 1962.-Вып. 4.- 44 с.

90. Мартынов М.С., Ниточкин А.Е., Гемпелевич С.Л. Холодильный транспорт.- М.: Госторгиздат. I960.- 410 с.

91. Напалков Г.Н. Тепломассоперенос в условиях образования инея.-М.Машиностроение.- 1983.-190 с.

92. Маринюк Б.Т. Аппараты холодильных машин.-М.: Энергоатомиздат, 1995.-160 с.

93. Якобсон В.Б. Применение холодильных машин.- М.: Машиностроение, 1975.-200 с.

94. Зайцев В.П., Березина А.К., Ионов А.Г. Холодильная техника в рыбной промышленности.- М.:Агропромиздат, 1986.-286 с.

95. Особенности замораживания пищевых продуктов с помощью воздушных турбохолодильных машин / B.C. Мартыновский, Л.Ф. Бондаренко, В.П. Чепурненко и др.// Холодильная техника.-1970,-№8.-С. 5-8.

96. Болдырев И.В., Смирнова Т.Н. О возможности радикального совершенствования экологического состояния окружающей среды на базе перехода к новому альтернативному топливу диметиловому эфиру/Двигатель-97: Международная НТК. -М., 1997,- С. 138-141

97. Поляков А.В. Применение диметилового эфира в качестве рабочего тела холодильных установок дизельных авторефрижераторов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 2001. - 20 с.

98. Вагнер В.А., Гвоздев A.M., Ковалев И.М. Снижение эмиссии окислов азота при использовании в дизеле диметилового эфира. // Расчет, диагностика и повышение надежности элементов машин: Межвузовский сборник научных трудов. (Барнаул). -2000.- Вып.2,-С.22-27

99. Диметиловый эфир топливо и хладагент для дизельных авторефрижераторов/ В.Н. Богаченко, С.Д. Глухов, А.А. Жердев и др.//Вестник МГТУ. Машиностроение.- 2000.- Спец.выпуск.-С.35-39

100. Полиенко Ю. Диметиловый эфир (ДМЭ) топливо XXI века для дизелей // Двигатель-97: Международная НТК. -М., 1997.- С. 52-58

101. Бродянский В.М. От твердой воды до жидкого гелия (История холода).- М.: Энергоатомиздат, 1995. 336 с.

102. FunerV., Mitt.D. Teil Methylather//Kaltetechn. Inst TH Karlsruhe. -1948.-Nr3.- S.60-64.

103. Plank R. Handbuch der Kaltetechnik.- Berlin, Springer Velgrad, 1956.-B.4.- S.47

104. Бадылькес И.С. Рабочие вещества холодильных машинхолодильные агенты). М.: Пищепромиздат, - 1952.- 250 с.

105. Hans L., Rudolf Н. Dimethylether als kaltemittelkomponent. //KiLuft-und Kaltetechn. Luft und Kaltetechn.. 1997. - Bd.33, №5 -S. 202-205.

106. Lippold H., Schenk J. New ammonia refrigeration engineering by application of a new refrigerant blend and cooper materials. //Vortrag DME Berlin 99. ILK.- Dresden, 1999.-P. 149-152

107. Энциклопедия по безопасности и гигиене труда. Пер. с англ. /Редкол. советского издания: гл. ред. Г.Ф. Сухорученкова, А.А. Брежнев, Н.Ф. Измеров, и др.- М.: Профиздат, 1987. Т.4, ч.2. Ф - Я. -С. 2729-3288.

108. Airgas Products. Information about company and production. Materials compatibility index.- www.@Airgas.Products.com

109. Техническая энциклопедия. Справочник физических, химических и технологических величин /Под ред. Б.М. Беркенгейма- М.: АО "Советская энциклопедия", 1930.- Т. 5. 475с.

110. Справочник нефтехимика/ Под ред. С.К. Огородникова JL: Химия, 1978,- Т. 2.-С. 249-251

111. Химическая энциклопедия; В 5 т.: / Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. М.: Сов. энцикл., 1990. -Т.2 Даффа - Меди - 671 е.: ил.

112. Розовский А.Я. Диметиловый эфир. Проблемы мегаполисов решает химия // Труды XVI Менделеевского съезда. М., 1998.- С. 54-56

113. Matheson Gas Data Book. Sixth Edition /William Braker and Allen L. Mossman.- New York, 1999,- 132 p.

114. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. М.: Химия. 1964.- 44 с.

115. Burdick C.L. Heat connectivity //Refrigeration Engineering. -1923.-Bd.23.- S.102.

116. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин./Под ред.

117. И.А. Сакуна. -Л: Машиностроение. 1987г., 423с. 117. Теплообменные аппараты холодильных установок/ Г.Н.Данилова, С.Н. Богданов, О.П. Иванов и др. -Л.: Машиностроение, 1973.- 328 с.

118. Расчет коэффициентов а, Р, у

119. SUBROUTINE SMRKS (Q, ZKR, В, AL, BE,GA, S, КО) DIMENSION 0(99,5)51.0.052.0.0 33-0.0512.0.0513.0.0 S23-0.0 Bl-0.0 B2-0.0 B3-0.0 Kl-3*K0+3

120. DO 10 I 1,K1 ASSIGN il TO L GOTO 100 11 S1-S1+Y*Y/Z**252.S2+ (Y*(1.0-Z)/Z)**253.S3+(Y*(1.0-Z)/Z**2)**2512.S12+Y*Y*(1.0-Z)/Z**2

121. S13+Y*Y*(1.0-Z)/Z**3 S23-S23+Y»Y*(1.0-Z)**2/Z**3 B1-B1+X*Y/Z

122. B2-B2+X*Y*(1.0-Z)/Z 10 B3-B3+X*Y*(1.0—2)/Z**2

123. D-S1*S2*S3+2.0*S12*S23*S13-S1*S23*S23-S2*S13*S13-S3*S12*S12 AL-(B1*(S23*S23-S2*S3)+B2*(S12*S3-S13*S23)+B3*(S2*S13-S12* *S23))/0

124. BE«(B1*(S3*S12-S13*S23)+B2*(S13*S13-S1*S3)+B3*(S1*S23-S12*S13))/ *D

125. GA-(Bl*(S2«S13-S12*S23)+B2*(S1*S23-S12*S13)+B3*(S12*S12-S1*S2))/ *D

126. WRITE (1,99) S1,S2,S3,S12,S13 ! WRITE (1,99) S23,B1,B2,B3,D

127. FORMAT C0',1X,5(E13.6,1X)) S-0.0

128. DO 20 I-1,K1 ASSIGN 21 TO L GO TO 100

129. S-S+(X+(AL/Z+BE*(1.0-Z)/Z+GA*(1.0-Z)/Z**2)*Y)**2 20 CONTINUE1. S-SQRT(S/Kl) RETtJRN100 1Г(1-К0) 101,101,102

130. X-B/(Q(I,4)-B)-B/(Q(I,3)-B)-ALOG( (Q (1, 4)-B) / (Q (1, 3)-B) ) Y-B/(Q(I,3)+B)-B/ (Q(I, 4)+B)+ALOG(Q(I,4)* (Q(I,3)+B>/ (Q(I,3)*

131. Q(I,4)+B>)) Z-Q(I,1) GOTO 110102 IF(I-2*K0) 103,103,104103 J-I-KO

132. X-ZXR*Q (J, 2)*Q(J, 4 >/Q(J,1)-Q(J,4)/(Q(J,4)-B)1. Y-B/(Q(J,4)+B)1. Z-Q(J, 1)1. GOTO 110104 IF(I-3*K0) 105,105,106

133. J-I-2*K0 X-ZKR*Q(J,2)*Q(J,3)/Q(J,1)-Q(J, 3) / (Q (J, 3)-B) Y-B/(Q(J,3)+B)1. Z-Q(J,1) GOTO 110106 IF (I + 1-K1) 107,108,109

134. X—ZKR-1,0/(1.0-B) Y-В/(1.0+B) Z-1.01. GOTO 110

135. X—1.0/(1.0-B)**2 Y-B*(2.0+B)/(1.0+B)**2 Z-1.01. GOTO 110109 Х-1.0/(1.0-B)**3

136. Y-B*(1.0+B-(2.0+B)**2)/ (1.0+B)* * 3 Z 1.0110 GOTO L, (11,21) END1. Расчет минимума функции I1. MAIN.FOR

137. DIMENSION Q(99,5) OPEN (UNIT-1,FILE-1dme.dat1) OPEN (UNIT-3,PILE- 'Fdroe1) READ(1,1) КО1 FORMAT (12)1. READ (1,2) TKR,PKR,VKR,R2 FORMAT (4F10.5)

138. READ (1,3) (<Q(I,J),J-1,5), I-1,K0)3 FORMAT (5F10.5)

139. WRITE (3,11)(|Q(I,J),J"1,5),I-1,K0)1. ZKR=»PKR*VKR/ (R*TKR)1. B-0.08664/ZKR1. DO 10 I-1,K01. Q (1,1)—Q{1,1)/TKR1. Q(I»2)eQ(If2)/PKR1. Q(I,3)—Q(1,3)/VKR10 Q(I,4)«Q(I,4)/VKR

140. CALL SMRKS (Q, ZKR, B, AL, BE, GA, S, КО)1. WRITE(3,11)B,AL,BE,GA,S1. Bl-B1. Si—51. DB 0.0125*B B-B-DB

141. CALL SMRKS (Q, ZKR, B, AL, BB, GA, S, КО) WRITE(3,11)B,AL,BE,GA,S

142. FORMAT('О',IX,5(E13.6,IX)) IF(S-Sl) 13,18,1212 S2-S B2-B1. В—B+2.0*DB L « 0 GO TO 1413 S2-S1 B2-B1 Sl-S Bl-B L-l1. B-B-DB

143. CALL SMRKS (Q, ZKR, B, AL, BE, GA, S, КО) WRITE(3, 11)B,AL,BE,GA, S IF(S-Sl) 15,18,1815 S2-S1 Sl-S B2-B1 Bl-B1.(L) 17,16,1716 B-B+DB1. GO TO 1417 B-B-DB1. GO TO 1418 CONTINUE1. DA- (B2-B1)*(B2-B)*(Bl-B)

144. A—((S2-S1)*(B2-B)-(S2-S)*(B2-B1))/DA

145. D-( (B2*B2-B1*B1)*(S2-S)-(B2*B2-B*B)*(S2-S1))/DA1. C»S-D*B-A*B*B1. В—0. 5*D/A

146. CALL SMRKS (Q, ZKR, B, AL, BE, GA, S, КО)

147. WRITE (3, 11}B,AL, BE, GA, S1. CLOSE (UNIT—1)1. CLOSE (UNIT-3)1. STOP1. END1. Численное решение системы

148. SUBROUTINE SM3 (MA., Q, QR, ZKR, PKR, VKR, TKR,B,AL, BE, GA, S, КО) DIMENSION Q(99,5),QR(99,10) VK1-3.84732*B

149. AK1-VK1*VK1*(VK1+B)**2/ ((VK1-B)** 2*(2.0*VK1+B))51.0 .S* (AL+BE-GA) / (AK1/B+BE)

150. TK1-Sl+SQRT(S1*S1+GA/(AK1/B+BE))

151. PK1-TK1* (1.0/ (VK1-B) -АК1/ (VK1* (VKl+B) )) /ZKR

152. S"(TK1-1.0)* *2+(PK1-1.0)**2+(VK1-1.0)**21.01. DO 51 I-1,K0 TO-Q (1,1)1.(TO.GT.TKl) GO TO 51

153. A-B* (AL/TO+BE* (1.0-T0) /ТО+GA* U.O-TO) /T0**2)1. Vl0-Q(I,3)1. V20-Q(I,4)

154. PO-TO*(ALOG((V20-B)/(V10-B))-A*ALOG(V20*(V10+B)/(V10*(V20+B)))/В) /(ZKR* (V20-V10)) P0-0.5*(PO+Q(1,2)) 1Г(P0.LE.0.0) P0-Q(I,2)

155. P11-T0*(1.0/(V10-B)-А/(V10*(V10+B)))/ZKR

156. PV1-T0*(A*(2.0*V10+B)/(V10**2*(V10+B)**2)-1.0/(V10-B)**2)/ZKR P21-T0*(1.0/ (V20-B)-А/ (V20*(V20+B)))/ZKR

157. FV2-T0*(A*(2.0*V20+B)/(V20**2*(V20+B)**2)-1.0/(V20-B)**2)/ZKR FO-ALOG((V20-B)/(V10-B))-A*ALOG(V20*(V10+B)/(V10*(V20+B)))/В+ А/ (V20+B)-В/(V20-B)+В/(V10-B)-А/(V10+B) Г0— FO

158. Sl~ (ABS ( (Pl-PO) /Р1) +AB3 ((V11-V10) /VII) +ABS ( (V21-V20) /V2-1) ) /3 . 01.(Sl-0.001) 12,12,101. P0-P11. V10-V111. V20-V21

159. WRITE(3,20)TO,PO,V10, V20,SI GOTO 11

160. DP"= (Pl-Q (I,2))/Q(I,2) DVi-(Vll-Q(I,3))/Q(I,3) DV2-(V21-Q(I, 4) ) /Q (1, 4 ) AT-AL+BE+GA*(2.0-T0)/TO

161. PT-(P1 + AT*AL0G(V21*(Vll+B)/(Vll*(V21+B)))/(ZKR*(V21-V11)))/TO

162. QR(I,10)—100.0*SQRT(S/(4*I+3-L))

163. WRITE(3,20) V21,DV2,RO,DR,S1. CONTINUE1. CONTINUE1. S—SQRT(S/(4*K0+3-L))1. RETURN1. END1. Определение b, а, Р, у

164. MAIN1.FOR DIMENSION Q(99,5),QR(99,10) OPEN(UNI1=1,FXLE= 'R22.dat') OPBN(UHIT-3,FILE-'FPR221) READ (1,1) КО1 FORMAT (12)1. READ (1,2) TKR,PKR,VKR,R2 FORMAT (4F10.5)

165. READ (1,3) ( (Q(I, J) , J-1,5) , 1=1,КО)

166. FORMAT (5F10.5) WRITE (3,5)

167. FORMAT (//30X, 15НИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ,/) WRITE (3,6) TKR, PKR

168. FORMAT ('/SX, 4HTKR-,E12.5,3HfK.,9X,4HPKR-,E12.5,BHH/M**2b/) TJRITE (3,9) VKR, R

169. FORMAT ( SX,4HVKR«,E12.S,9HM**3/Kr. ,3X,2HR-,E12.5,9H(Д*/Кг*К] ,//) ■WRITE (3,7)

170. FORMAT l/4Х,5НТ К.,8Х,ЮНР [H/M**2] , 3X, 12HVL [M**3/Kr] , »2X,12HVP [М**3/Кг], 2X, 10HRI [Дж/Кг]//|

171. WRITE (3,109) ( (Q(I, J) , J-l(5| , I-l.KO) WRITE (3,8)

172. FORMAT(//) ZKR-PKR*VKR/ (R*TKR) B-0,08664/ZKR

173. DO 10 1 = 1, КО Q<I,1)-Q(I,1)/TKR Q(I,2)-Q(I,2)/M® Q(I,3)-Q(I,3) /VKR10 Q(I,4)-Q(I, 4) /VKR

174. CALL SMRKS (Q, ZKR,B,AL, BE,GA, S,K0)

175. WRITE (3, 11) B,AL,BE,GA, S1. Bl-B1. Sl-S1. DB 0.0125*B B-B-DB

176. CALL SMRKS (Q, ZKR,B,AL, BE, GA, S,K0) !WRITE (3,11)B,AL,BE,GA, S

177. FORMAT (5 (E13 . 6, IX) , /) IF(S-Sl) 13,18,1212 S2-S B2-B1. B-B+2.0*DB L 0 GO TO 1413 S2-51 B2-B1 Sl-S B1=B L=11. B-B-DB

178. CALL SMRKS (Q, ZKR, B, AL, BE, GA, S,KO) 'WRITE (3, 11)B,AL,BE,GA, 3 IF(S-Sl) 15,18,1815 S2-S1 Sl-S B2-B1 Bl-B1.(L) 17,16,1716 B=B+DB1. GO TO 1417 B=B-DB1. GO TO 1418 COKTIJWb1. DA=(B2-B1)*(B2-B)*(Bl-B)

179. A-((S2-S1)*(B2-B)-(S2-S)*<B2-B1))/DA

180. D-((B2*B2-B1*B1)*(S2-S)-(B2*B2-B*B)*(S2-S1)>/Е&1. C=S-D*B-A*B*B1. B=-0.5*D/A

181. CALL SMRKS (Q, ZKR, B, AL,BE, GA, S , КО)

182. WRITE (3,11) В, AL, BE, GA, S1. MA-1

183. CALL SM3 (MA,Q, QR, ZKR, PKR, VKR, TKR, B, AL, BE, GA, SO, КО)

184. WRITE (3,11) B, AL, BE, GA, SO1. MA-11. S1-S01. Tl-0.01.21. DB-0.001*B DAL-0.001*AL

185. VL-V1/(Х1*Н1(1,4)+Х2*Н2(1,4)) WRITE (3,105) VL,W1,S1

186. FORMAT (ЗХ/ 3HVL-, E12.5,9HM**3/Kr.,3HWL=»,E12.5,7H [Дж/Кг] , *3HSL=,Е12.5,9Н[Дж/Кг*К],/)

187. VV=V2/(Y1*H1(1,4)+Y2*H2(1,4)) WRITE (3,106) VV,W2,S2

188. FORMAT (3X,3MW-,E12.5,9HM+*3/Kr.,3HWV=(E12.5,7H[ftK/Kr], *3HSV=, E12.5,9H(Дж/Кг*К),/)1. WRITE (3,107)

189. FORMAT (6X, 2HY0, ИХ, 2HX1, ИХ, 2HX2,1IX, 2HY1, 1IX,2HY2) WRITE (3,10) Y0,X1,X2,Y1,Y2

190. FORMAT (5 (E12 . 5, IX) ,/) WL-W1 XFO-XF

191. CALL KPS(H1,H2,HI1,HI2,SIGMA,X1,HS,HIS)1. Z1(2,1)-TD/HS(1,3)1. Z1(2,2)-V10/HS(1,2!1. Z1(2,3)=V20/HS(1,2)1. Z1<2,4)-Y1 D1. Z1 (2, 5)=Y201. Z1(2,6)=X101. Z1 (2,7) —X2D1.0pos-pos/hs(l,l>

192. CALL RFSP(H1,H2,HS, SIGMA, XI, XFO,POS,Z1) TD-Z1U. 1)

193. V10-Z1 (2,2) V20-Z1 (2,3) Y10=Z1(2,4) Y20-Z1(2,5) X10-Z1(2,6) X20=Z1(2,7)

194. CALL TSF2 (H1,H2,HS,HIS,Y10,Y20,X10,X20,V10,V20, SIGMA, *TD,W1,VJT1,WV1,WX1,WX2, Sl,W2,WT2, WV2,WY1,WY2, S2 , ST,SV) IF(L-l) 20,22,25 20 TD1-TD1. WD1-W1+(1.O-XFO)+W2*XF01. XrO-XFO+O. I1.11. GO TO 21

195. WD2*»W1 * (1. O-XFO) +-W2*XF0 TD2=TD1.(WD2-WL) 23,24,24

196. WD1-WD2 TD1-TD2 XFO-XFC+O.1 GO TO 21

197. TD0-(TD1* (WD2-WL| -TD2* (WD1-WL) ) /(WD2-WD1) L=21. XF0=1.0 GO TO 21

198. Q0=W2-WL TD0=TD0*HS(1,3) TD—TD*HS (1,3)

199. CALL KPS(HI,H2,HI1,HI2,SIGMA,Y0,HS,HIS) CALL RFST(HI,H2,HS,SIGMA,YO.XF.TOS, Z) PB-Z (2, 1) *HS <1, 1) Vl-Z (2,2) V2=Z(2,3) Y1"=Z (2,4) Y2-Z(2,5) Xl-Z(2,6) X2-Z(2,7)

200. AA-V1/(Х1*Н1(1,4)+X2*H2(1,4)) BB—V2I(Y1*H1(1,4)+Y2*H2(1,4)) XF=AA*XV/((1.0-XV)* BB+XV*AA)

201. DELTAl=HS(1,2)*((1.0-XF)* Vl/(XI* Hi(1,4)+X2 *H2(1,4)) + *XF*V2/(Yl*Hl(1,4)+Y2*H2(1,4)))1. G-l.0/DELTA1 R-IG-G2)/G1

202. Rlf-<X11*R*(1.0-XFl)+Yll*XFl)/(R*(1.0-XFl)+XF1) УО-RY/(RY+(1.0-RY)*H1(1,J}/Н2 <1,4) ) IF(LS) 32,30,32 30 YOO=YO LS=»11. GO TO 31

203. DY=(ABS((Y0-Y00)/Y0)+ABS((XF2-XF)/XF2))/2.0 IF(DY-0.01} 34,33,3333 Y0O=Y0 XF2=XF GO TO 31

204. CONTINUE, V1=V1«HS(1,2) V2-V2*HS(1,2) TOS-TOS»HS(l,3) GO TO 10041 CONTINUE

205. CLOSE(UWrT=l} CLOSE(UNIT-3) STOP END

Похожие работы

Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение
05.04.00