автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка и исследование водонагревателей тепловых насосов, работающих на R744 в качестве рабочего вещества

На правах рукописи

ПУСТОВАЛОВ Станислав Борисович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ, РАБОТАЮЩИХ НА 11744 В КАЧЕСТВЕ РАБОЧЕГО ВЕЩЕСТВА

Специальность 05. 04. 03. - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2004 г.

Работа выполнена в Московском Государственном Университете Инженерной Экологии (МГУИЭ)

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки Российской Федерации,

доктор технических наук, профессор КАЛНИНЬ Игорь Мартынович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор БРАЖНИКОВ Сергей Михайлович кандидат технических наук, доцент ЛУНИН Анатолий Иванович

Ведущая организация: ОАО «ВНИИХолодмаш-Холдинг»

Защита состоится « 18 » ноября 2004 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.212.145.01 в Московском государственном университете инженерной экологии, 105066, г. Москва, ул. Старая Басманная, 21/4, аудитория имени Л.А. Костандова (Л-207).

С текстом диссертации можно ознакомиться в библиотеке МГУИЭ. Автореферат разослан « ^^ » октября 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Энергосбережение - одна из основных проблем, решаемых мировым сообществом в настоящее время. Преследуются две основные цели - сохранение невозобновдяемых энергоресурсов и сокращение вредных выбросов в атмосферу продуктов сгорания, являющихся, в частности, основным фактором глобального потепления.

В связи с этим заметное развитие получает так называемая нетрадиционная энергетика, использующая солнечную, ветровую, геотермальную энергию, энергию биомассы и другие виды возобновляемых источников энергии.

В этом ряду особое место занимают тепловые насосы (ТН, термотрансформаторы), использующие для теплоснабжения низко потенциальное тепло природных, промышленных и бытовых источников.

Основным рабочим веществом ТН, в настоящее время, являются фре-оны. Однако, в соответствии с Международными соглашениями, происходит постепенный отказ от этих экологически не безопасных веществ и их замена на природные рабочие вещества. Одним из наиболее перспективных природных рабочих веществ ТН является диоксид углерода (11744, С02), который не горюч, не токсичен, не разрушает озоновый слой и имеет минимальный потенциал глобального потепления. Его уникальные термодинамические и теплофизические свойства позволяют создавать высокоэффективные ТН весьма большой тепловой мощности.

В настоящее время в России в соответствии с Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы» по теме №24: «Создание технологий и оборудования для использования низкопотенциальных тепловых ресурсов для целей теплоснабжения», с участием МГУИЭ, создаются ТН, работающие на Я744 (ТНС02). Это принципиально новые машины, практически все элементы которых разрабатываются впервые. Теплообменный аппарат - водонагреватель (газоохладитель, ГО ТНС02) относится к основным элементам ТНС02 и во многом определяет технико-экономические показатели теплового насоса.

В ТНС02 осуществляется газожидкостный термодинамический цикл, в отличие от фреоновых ТН, в которых реализуется парожидкостный цикл. При условиях работы ГО ТНС02 параметры состояния рабочего вещества (11744) целиком лежат в околокритической области при сверхкритическом давлении (СКД). Околокритическая область характеризуется существенной переменностью теплофизических свойств однофазного Я744 в зависимости от температуры при постоянном давлении._____

1РОС. НАЦИОНАЛЬНА* | БИБЛИОТЕКА I

Для создания ГО ТНС02 необходимы надёжные данные о закономерностях теплопередачи между рабочим веществом (11744) при СКД и теплоносителем (сетевая вода). Экспериментальные данные по теплоотдаче от охлаждаемого Я744, в полной мере отвечающие условиям и режимам работы реальных ГО ТНС02, в настоящее время, отсутствуют.

Должны бьггь разработаны рациональные конструкции ГО ТНС02.

Цель работы

создание высокоэффективных водонагревателей тепловых насосов ТНС02, работающих на диоксиде углерода (11744) в качестве рабочего вещества.

Основные задачи работы

1. Определение условий работы водонагревателей в составе ТНС02.

2. Расчетно-теоретическое исследование процесса теплообмена между рабочим веществом и теплоносителем в ГО ТНС02.

3. Экспериментальное исследование ГО ТНС02.

4. Разработка методики расчёта ГО ТНС02 разработанной конструкции.

5. Численное исследование характеристик реальных ГО ТНС02 и выбор параметров реальных аппаратов.

Научная новизна

1. Определены актуальные рабочие условия и требования к ГО ТНС02; предложены конструкции ГО ТНС02 малой и большой тепловой мощности.

2. В условиях резкой переменности теплофизических свойств в процессе охлаждения 11744 при СКД получены новые экспериментальные данные по теплообмену в водонагревателях, в режимах актуальных для ТНС02, при массовой скорости рабочего вещества более 500 кг/м2с'.

3. В результате проведённого исследования установлено определяющее влияние массовой скорости Я744 на коэффициент теплоотдачи. Определены максимальные значения массовой скорости рабочего вещества и теплоносителя при допустимых перепадах давлений в каналах, при которых коэффициент теплоотдачи со стороны Я744 превышает достижимые значения для фреонов более чем в четыре раза.

4. Разработана методика расчёта реальных ГО ТНС02.

5. Выявлено, что реализация высоких массовых скоростей в ГО ТНС02 позволяет сократить удельную массу аппарата, по сравнению с фреоновыми аналогами, более чем в полтора раза.

<•4 <и>*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Энергосбережение - одна из основных проблем, решаемых мировым сообществом в настоящее время. Преследуются две основные цели - сохранение невозобновляемых энергоресурсов и сокращение вредных выбросов в атмосферу продуктов сгорания, являющихся, в частности, основным фактором глобального потепления.

В связи с этим заметное развитие получает так называемая нетрадиционная энергетика, использующая солнечную, ветровую, геотермальную энергию, энергию биомассы и другие виды возобновляемых источников энергии.

В этом ряду особое место занимают тепловые насосы (ТН, термотрансформаторы), использующие для теплоснабжения низкопотенциальное тепло природных, промышленных и бытовых источников.

Основным рабочим веществом ТН, в настоящее время, являются фре-оны. Однако, в соответствии с Международными соглашениями, происходит постепенный отказ от этих экологически не безопасных веществ и их замена на природные рабочие вещества. Одним из наиболее перспективных природных рабочих веществ ТН является диоксид углерода (11744, С02), который не горюч, не токсичен, не разрушает озоновый слой и имеет минимальный потенциал глобального потепления. Его уникальные термодинамические и теплофизические свойства позволяют создавать высокоэффективные ТН весьма большой тепловой мощности.

В настоящее время в России в соответствии с Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы» по теме №24: «Создание технологий и оборудования для использования низкопотенциальных тепловых ресурсов для целей теплоснабжения», с участием МГУИЭ, создаются ТН, работающие на Я744 (ТНС02). Это принципиально новые машины, практически все элементы которых разрабатываются впервые. Теплообменный аппарат - водонагреватель (газоохладитель, ГО ТНС02) относится к основным элементам ТНС02 и во многом определяет технико-экономические показатели теплового насоса.

В ТНС02 осуществляется газожидкостный термодинамический цикл, в отличие от фреоновых ТН, в которых реализуется парожидкостный цикл. При условиях работы ГО ТНС02 параметры состояния рабочего вещества (11744) целиком лежат в околокритической области при сверхкритическом давлении (СКД). Околокритическая область характеризуется существенной переменностью теплофизических свойств однофазного Я744 в зависимости от температуры при постоянном давлении.

Для создания ГО ТНС02 необходимы надёжные данные о закономерностях теплопередачи между рабочим веществом (Я744) при СКД и теплоносителем (сетевая вода). Экспериментальные данные по теплоотдаче от охлаждаемого 11744, в полной мере отвечающие условиям и режимам работы реальных ГО ТНС02, в настоящее время, отсутствуют.

Должны быть разработаны рациональные конструкции ГО ТНС02.

Цель работы

создание высокоэффективных водонагревателей тепловых насосов ТНС02, работающих на диоксиде углерода (11744) в качестве рабочего вещества.

Основные задачи работы

1. Определение условий работы водонагревателей в составе ТНС02.

2. Расчетно-теорстическое исследование процесса теплообмена между рабочим веществом и теплоносителем в ГО ТНС02.

3. Экспериментальное исследование ГО ТНС02.

4. Разработка методики расчёта ГО ТНС02 разработанной конструкции.

5. Численное исследование характеристик реальных ГО ТНС02 и выбор параметров реальных аппаратов.

Научная новизна

1. Определены актуальные рабочие условия и требования к ГО ТНС02; предложены конструкции ГО ТНС02 малой и большой тепловой мощности.

2. В условиях резкой переменности теплофизических свойств в процессе охлаждения Я744 при СКД получены новые экспериментальные данные по теплообмену в водонагревателях, в режимах актуальных для ТНС02, при массовой скорости рабочего вещества более 500 кг/м2с'.

3. В результате проведенного исследования установлено определяющее влияние массовой скорости К744 на коэффициент теплоотдачи. Определены максимальные значения массовой скорости рабочего вещества и теплоносителя при допустимых перепадах давлений в каналах, при которых коэффициент теплоотдачи со стороны Я744 превышает достижимые значения для фреонов более чем в четыре раза.

4. Разработана методика расчёта реальных ГО ТНС02.

5. Выявлено, что реализация высоких массовых скоростей в ГО ТНС02 позволяет сократить удельную массу аппарата, по сравнению с фреоновыми аналогами, более чем в полтора раза.

6. В результате численного исследования разработаны рекомендации по проектированию реальных ГО ТНС02: по значениям массовой скорости рабочего вещества; по скорости сетевой воды; по размерам теплообменных трубок; по схемам трубных пучков.

Практическая значимость работы

1. Разработана методика расчёта водонагревателей ТНС02.

2. Обоснован выбор конструкций водонагревателей малых (до 100 кВт) и крупных (до 20 МВт) ТНС02.

3. Даны рекомендации по выбору параметров и расчёту реальных водонагревателей ТНС02.

4. Результаты работы использованы НПФ «ЭКИП» при создании пилотного образца ТНС02 тепловой мощностью 20 кВт по заказу Минпромнауки РФ.

Апробация работы

Основные научные результаты работы были доложены и обсуждены на Международной конференции и V Международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерная защита окружающей среды» (г. Москва, 2001), Научной конференции студентов и аспирантов «Техника низких температур и экология» (г. Москва, 2002), на XIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (г. Рыбинск, 2003), а также на VII Международной научно-практической конференции «Энергопроизводство, энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения» (г. Пермь, 2004).

Публикации

По теме диссертационной работы имеется восемь печатных работ. Из них семь опубликованы, одна находится в печати.

Структура и объём работы

Объем диссертации составляет 105 страниц, включающие 31 рисунок, 8 таблиц. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе и списка используемой литературы, включающего ссылки на 102 работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Обоснована актуальность проблем. Показана роль ТН в сбережении невозобновляемых энергоресурсов и перспективность создания ТН, работающих на 11744. Обоснована необходимость создания заново практически

всех элементов ТНС02. Раскрыто место и значение основных теплообменник аппаратов - водонагревателей (ГО ТНС02) в составе ТНС02. Показана необходимость разработки методов расчёта ГО ТНС02.

Приведена цель работы, раскрыта научная новизна результатов и практическая ценность работы, приведена апробация результатов диссертационного исследования.

Глава 1. Энергосберегающие теплонасосные технологии, те-плообменные аппараты для нагрева сетевой воды. Состояние вопроса и задачи исследования.

Освещено состояние вопроса. Описан принцип действия и области применения ТН.

Приводятся применяемые в настоящее время в ТН рабочие вещества, а также сопоставление их свойств со свойствами 11744. Освещены преимущества Я744, как рабочего вещества ТН, и условия его эффективного применения. Рассмотрены и сопоставлены условия работы водонагревателей при реализации газожидкостных циклов ТНС02. Обоснован выбор конструкции ГО ТНС02.

Выявлены основные особенности условий работы ГО ТНС02: высокое давление и высокая массовая скорость газообразного 11744 в каналах аппарата, необходимость организации противоточного теплообмена для достижения высокой энергетической эффективности ТНС02. Этим условиям в наибольшей степени отвечают теплообменники кожухозмеевикового типа для малых ТН и кожухотрубные аппараты с витым пучком труб для ТН большой мощности, модифицированных для работы в составе ТНС02.

Рассмотрены процессы, проходящие в околокритической области, приводятся основные зависимости, описывающие резкую переменность свойств Я744 при СКД. Проанализированы и классифицированы экспериментальные работы, посвящённые исследованиям в этой области. Выбраны основные уравнения для расчёта теплообмена между И744 и теплоносителем, учитывающие резкую переменность теплофизичсских свойств 11744 при СКД в условиях охлаждения, которые могут быть положены в основу методики расчёта.

Проанализированы современные методы расчёта теплообменных аппаратов, работающих при СКД. Выявлено что существующие методы не обеспечивают достоверность определения коэффициента теплоотдачи со стороны рабочего вещества при СКД, а следовательно определение теплооб-менной поверхности реальных ГО ТНС02.

Сформулированы основные задачи исследования.

Глава 2. Расчетно-теоретическое исследование. Разработка методики расчёта водонагревателей ТНС02.

В результате анализа технологических требований к ТН и расчёта параметров оптимальных термодинамических циклов ТНС02 определено поле рабочих температур и давлений газообразного Я744 и сетевой воды: Р2 = 9,0...13,0 МПа, Х2 = 85...110°С,г3 = 30...55°С, , = 25...50°С,^2= 60...80°С.

Рис. 1 Тспловов насос па 11744

д - обобщенная принципиальная схема. б - термодинамический цикл

КМ- компрессор; ДВ - приводной двигатель; ДТ- детандер; ГО - газоохладитель; РТ-регенеративный теплообменник; И- испаритель; ОЖ- отделитель лдидкости; Н- циркуляционный насос жидкого Я744; Р1 - дроссель-регулятор высокого давления («до себя»); Р2 - регулятор подачи жидкого Ю44 в испаритель; ИНТ-источник низкопотенциальной теплоты; НВ - нагреваемая вода. Выявлено, что параметры состояния Я744 в ГО ТНС02 полностью находятся в околокритической области, где при постоянном давлении тегагофи-зические свойства, прежде всего плотность и теплоёмкость значительно изменяются при незначительном изменении температуры.

По условиям работы ГО ТНС02 температура газообразного Я744 вдоль канала изменяется существенно и нелинейно, что должно быть учтено методикой расчёта аппарата. Кроме того, и в одном сечении канала необходимо учитывать влияние градиента температуры в пристеночном слое трубки.

Для расчёта теплоотдачи при постоянных (слабопеременных) свойствах теплоносителя использована зависимость на основе корреляции Петухо-ва-Кириллова:

Ш• = (Г «)**■Рг ^____ (1)

1 + 900 Яе + \2л{^ 8|'2(Рг23-1)

Коэффициент гидравлического сопротивления теплоносителя при постоянных свойствах рассчитывается по формуле Филоненко:

=([.П\о%Ке-\М)'2 (2)

Расчёт чисел Нуссельта в (1) для рабочего вещества ведётся по сред-немассовой температуре в сечении.

Для учёта градиента температуры в пристеночном слое используется поправка Краснощёкова-Протопопова к числу Нуссельта:

ъ

N11 = Ыи

(<Г.) а м

к., уРп)

(3)

где

р Т —Т

Поправка для коэффициентов гидравлического сопротивления в (2) (Петров-Попов):

ч ш

Рп)

Рп

(4)

Для решения поставленной задачи, в настоящее время используется дискретный метод (разбиение на участки), который приводит, в рассматриваемом случае, к существенным отклонениям от реальных интегральных характеристик аппарата.

В данной работе предложен дифференциальный (непрерывный) метод расчёта, основанный на решении системы уравнений вида:

* ' » " ■ (5)

сЫ

-- К а» ~Та)

С в

рн> 1

сЬс = к

-кЛта-т„)

1

л

1

а £), а. П, 2Я

\ а 1 » 2 V

А

/у

д

-Ыи

А-я

пГ

Коэффициент теплопередачи существенно зависит от периметра теплового контакта П2 между рабочим веществом и теплоносителем (рис.2):

Интегральные значения перепадов давления рабочего вещества АРа и теплоносителя ДРИ в аппарате рассчитываются по классическим формулам.

Система уравнений (5) описывает изменение температур рабочего вещества и теплоносителя в каждом сечении канала и позволяет находить распределение температур рабочего вещества и теплоносителя по длине канала, в режиме противотока в условиях охлаждения 11744, а также среднеинте-гральные характеристики ГО ТНС02.

Pit 2. Схема ■втаков рабочего вежеетт* ■ киипЬтт » реалыюм ГО ТНС02

Для численной реализации дифференциального метода расчёта ГО ТНС02 потребовалось разработать следующие алгоритмы: проектный и поверочный.

При проектом расчете (рис.3) задают расходы, входные и выходные температуры, давление рабочего вещества и теплоносителя. Определяется температурный напор и интегральный коэффициент теплопередачи при ос-ре днённых теплофизических свойствах, с учётом 'которого рассчитывается

промежуточное значение требуемой длины канала х^^^). При решении

системы уравнений (5) получасам промежуточные значения температур входа

теплоносителя Т^ и выхода рабочего вещества Т^ ■ Если эти температуры

не совпадают с исходными производится итерационная процедура по поиску

искомой величины х<#+1>. Если полученные значения совпадают с исходными, с заданной точностью, расчёт прекращается.

При поверочном расчете (рис.4) задают входные температуры, давление и расходы рабочего вещества и теплоносителя, тепловая нагрузка и теп-лообмеииая поверхность. Искомой величиной являются выходные температуры. Численное решение системы уравнений (5) осложняется тем, что входные температуры рабочего вещества и теплоносителя заданы lia противоположных концах участка интегрирования. В этом случае предложен метод, приводящий исходную систему уравнений к задаче Коши, когда граничные условия для температур теплоносителей задаются на одном конце участка интегрирования. Это происходит следующим образом: задаётся предполагаемая выходная температура Т^ тепЛоносйтйй на выше входной

температуры; в результате решения системы уравнений (5) получаем распределение температур теплоносителя и рабочего вещества по длине X, промежуточные значения температур рабочего вещества на выходе и теплоносителя на входе ; если полученное значение Т'Щ не совпадает с исходным на величину ^(т^), то происходит обращение к итерационной

процедуре и решение системы (5) повторяется; если значение совпадает с исходным, с заданной точностью, расчёт прекращается, а значение температуры выхода рабочего вещества?]^ является окончательной.

Рис.3. Блок-схем* алгоритма ■росктвого расчета

Расчёт теплофизических свойств рабочего вещества и теплоносителя, при заданных рабочих параметрах, в обоих случаях, проводится по уравнениям состояния Пенга-Робинсона, при помощи процедуры «кубический сплайн» в среде МаЛСАБ. Данная процедура в начале расчёта ГО ТНС02 рассчитывает массив теплофизических свойств рабочего вещества и теплоносителя в диапазоне заданных рабочих параметров и при дальнейшем расчёте происходит обращение к данному массиву. Это позволяет существенно ускорить расчёт и сократить время работы на ЭВМ.

Рнс. 4. Блок-схема алгоритм* яоверочиого расчета "

Разработанная методика расчёта водонагревателей ТНС02 позволила рассчитать ожидаемые интегральные характеристики теплообменник аппаратов предложенных конструкций.

Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору кафедры «Термодинамика и теплопередача» ДЕРЕВИЧУ Игорю Владимиро-

г вичу за оказанную помощь в создании методики расчёта ГО 1НС02.

»

Глава 3. Экспериментальное исследование ГО ТНС02. " Обобщение результатов исследования.

' ■ В качестве основного объекта исследования выбран змеевиковый теплообменник (рис.5), йьлйющийся прототипом реального ГО ТНС02 малой тепловой мощности. Геометрические параметры аппарата: на стальной сердечник диаметром 100 мм н&вита медная трубка 0 8x1 мм. В трубе течет -Я744, в межтрубном - вода. Конструкция аппарата выполнена таким образом, что межвитковые поперечные перегечки должны быть практически исключены. Вся конструкция змеевикового теплообменника изолирована от воздействия окружающей среды.

Ряс.5. ЗмеетшковыЖ тевлообмсямс

Имеющиеся мощности стендового оборудования позволяли получать экспериментальные'данные по змеевиковому теплообменнику при массовой скорости 11744 до 600 кгЛЛ"'. Для получения данных об интенсивности теплоотдачи при более высоких массовых скоростях (до 2000 кг/м2с"') был разработан и испытан теплообменник типа «труба-в-трубе» (содовый теплообменник) с достаточно малыми проходными сечениями каналов. Использование этого аппарата позволяет также корректно сопоставить результаты с данными исследований других авторов, полученных на аналогичных аппаратах.

Рис. 6. Со»саы* тсаляобменнк >

Параметры (рис.6) сооснощ) теплообменника: медная трубка 0 6><1 вставлена в трубку из нержавеющей стали 0 12*1. Конструкция выполнена таким образом, что тепловой контакт медной трубкой и нержавеющим кожухом практически исключен. Длина измерительных участков равна 1000 мм, через каждые 330 мм закреплены проставки из нержавеющей стали толщиной 0,2 мм, шириной 3 мм и высотой 2 мм. Трубка обработана методом прокатки для придания ей жесткости. Количество измерительных участков - 6. Вся конструкция Объекта 2 изолирована от воздействия окружающей среды.

В соответствии с разработанной методикой исследования по результатам приведённых измерений получают интегральный коэффициент теплопередачи аппарата, из которого извлекается интегральный коэффициент теплоотдачи со стороны газообразного 11744, с использованием расчётного коэффициента теплоотдачи со стороны теплоносителя. Для расчёта последнего существует достаточно надёжная методика. Тем не менее, для уточнения методики расчёта предусмотрено тарирование аппаратов в отношении зависимости коэффициента теплоотдачи со стороны теплоносителя от расхода (скорости потока) при рабочих температурах. На тарировочном стенде (рис. 7) аппараты работали по схеме вода-вода с подачей горячей воды в трубку, а холодную в межтрубное пространство.

Результаты тарирования показали практически полное совпадение экспериментальных и расчётных данных по интегральному коэффициенту теплоотдачи со стороны теплоносителя. Это указывает на отсутствие искажения проходного сечения и продольной перетечки тепла.

Экспериментальное исследование проводилось на созданном в лаборатории кафедры «Холодильная и криогенная техника» МГУИЭ теплотехническом стенде, предназначенного для исследования процесса теплообмена, проходящего в элементах теплового насоса ТНС02. Его принципиальная схема (рис. 7) соответствует реальной схеме ТНС02, а тепловая мощность составляет 2...бкВт, в зависимости от режима работы. Использование для компремирования рабочего вещества (11744) мембранного компрессора 1,6МК8/200, позволяет проводить исследование процессов ТНС02 без учёта влияния масла в потоке рабочего вещества.

Исследование проводилось при условиях: давление нагнетания — Р2= 9,0... 13,0 МПа; температура кипения - Т0= 5...20°С; температура Я744 на входе в ГО, 1а1=70...110°С; температура 11744 на выходе из ГО, 1^=25...45°С; Расход 11744 - Са= 0,01...0,025 кг/с; температура теплоносителя на входе в ГО - =15...40°С; температура теплоносителя на выходе из ГО -и2=40...80°С.

Систематические ошибки при испытаниях удавалось существенно уменьшить путём тарирования средств измерения измерительными приборами с более высокой точностью. Вероятность появления предельных погрешностей показаний приборов составляют около 5%. Случайные погрешности минимизировались путём сравнения с большинством аналогичных точек при построении характеристик.

Достоверность принятого дифференциального метода расчёта аппаратов подтверждена сопоставлением расчётного и полученного из эксперимента (соосный аппарат) распределения температур газообразного Я744 и теплоносителя вдоль канала (рис. 8). Расхождение не превышает ±10 %.

Тарировочный стенд

сеть — 2?0 в

Условные обозначения:

ЛАТР-регулятор напряжения, V-вольтметр, ТЭН- электрический водонагреватель, й-расходомер, I- термопары, ТО- теплообменник

Теплотехнический стенд

Условные обозначения:

МКМ- мембранный компрессор, ГО ТНС02 - водоиагрееател ь (объект /, объект 2), И- испарители. РТО- регенеративный теплообменник. М- манометры образцовые, ОЖ- отделитель жидкости, В- запорные вентили, ДВ- регулирующие вентили ТЭН- электрические водонагреватели, й- расходомеры по СО2, О»- расходомеры по воде, Д- дюза (сужающее устройство), I-термопары, ВН- вакуумный насос, СО г баллон с пищевой углекислотой Рнс. 7. Принципиальные схемы экспериментальных стендов

Расхождение расчётных и экспериментальных значений для интегрального коэффициента теплопередачи аппарата находилось в пределах 4...17%, для интегрального коэффициента теплоотдачи со стороны 11744 3.. .18% (табл. 1).

Рис. 8. Распределение температур 1*744 и воды по участкам (соосный аппарат)

(Точки - экспериментальные данные, линии - расчёт по предложенной в работе методике)

Поскольку во всех случаях расчётные значения несколько превышают полученные из эксперимента, в разработанную методику расчёта ГО ТНС02 были внесены необходимые коррективы.

Таблица I

Обозн Р2 Ма и„ а„ К АК а. ЛОа

Разм. МПа кг/м2с"' -с кВт/м2К кВт/м2К % кВт/^К %

>3 97,0 257 2,8 5,8 1,6 14,6 2,5 18,0

102,1 300 2,2 5,8 1,5 14,1 1,8 18,2

ч « * 122,6 361 2,8 5,4 1,7 10,1 2,2 13,6

| 3 112,4 395 2,2 3,9 1,8 3,6 2,8 3,2

* й 125,8 454 2,7 6,5 2,4 6,5 3,3 8,4

138,6 538 2,4 4,0 2,3 10,3 4,0 15,9

80,4 792 0,7 3,2 1,8 8,7 3,8 7,2

90,6 917 0,7 3,2 1,9 14,3 5,3 13,2

■а 97,0 1235 0,7 3,3 2,1 10,2 6,2 8,9

109,8 1737 0,7 3,6 2,3 8,6 8,1 7,0

125,8 1866 0,7 3,6 2,3 16,7 7,9 17,5

140,5 2156 0,7 3,8 2,5 12,7 9,8 10,8

На рисунке 9 значения интегрального коэффициента теплоотдачи со стороны рабочего вещества построены в зависимости от наиболее сильно

влияющего фактора - массовой скорости газообразного Я744 (Ма). Аппроксимация зависимости аа(Ма) может быть представлена в виде уравнения:

аа — А- Ма". С помощью полученной зависимости может проводиться предварительный расчёт и оценка параметров ГО ТНС02.

10

£ £ и*

3 т « 5 га 5

? I

£ §

о Соосный ♦ Кож_зм. —Аппрокс.

500 1000 1500 2000 2500 3000 Массовая скорость, кг/м2с

Рис. 9. Зависимость коэффициента теплоотдачи со стороны 11744 от массовой скорости

Глава 4. Численное исследование параметров ГО ТНС02

Подтверждённая экспериментальными данными методика расчёта позволила провести численное исследование характеристик газоохладителей с целью определения рабочих параметров и характеристик реальных крупных и малых ТНС02 в широком диапазоне давлений Я744 (9,0...13,0 МПа) и температур теплоносителя (20.. ,80°С).

Наиболее сильно влияющим параметром на коэффициент теплоотдачи со стороны 11744 является массовая скорость газа в трубке. Её максимальные значения лимитируются относительной потерей давления в канале (трубе),

АР /

которое не должно превышать а/р <1.5%. Это обусловлено недопуще-

/ а

нием искажения термодинамического цикла ТНС02. Рекомендованная массовая скорость в 5... 15 раз превышает допустимую для фреонов при равной относительной потере давления, которая определяется соотношением фактора (Р ■ рУ5, и обуславливает высокие значения коэффициента теплоотдачи со стороны 11744.

Заданная массовая скорость в ГО ТНС02 обеспечивается количеством трубок, при этом достигается максимальное значение коэффициента теплоотдачи со стороны 11744. Удельная масса трубок у [кг/м2], отнесённая к внутренней теплообменной поверхности, для равнопрочных трубок снижается с уменьшением диаметра. С учётом ограничений по количеству трубок для крупных ГО ТНС02 рекомендована медная трубка 012*1,5, для малых ГО ТНС02 медная трубка 0 8x1.

Скорость по теплоносителю (сетевая вода), также лимитируется потерей давления в канале (межтрубное пространство), что обусловлено ограничением доли гидросопротивления аппарата в общем гидросопротивлении сети. Рекомендованные значения ии : 1...2 м/с для малых ГО ТНС02; 0,5.. .0,7 м/с для крупных ГО ТНС02.

Спроектирован реальный ГО ТНС02 тепловой мощностью 20 МВт для условий: давление нагнетания Я744 - Р2= 12,0 МПа; температура кипения 11744 - Т0= 5°С; температура теплоносителя на входе в ГО ^|=40°С; температура теплоносителя на выходе из ГО - 1*2=80*0 (табл. 2).

Полученные технико-экономические показатели сопоставлены с показателями теплообменных аппаратов (КД+ПО), в которых вода подогревается в ТН, работающем на 11134а, при одинаковых рабочих условиях.

Использование результаов проведенной работы позволет создавать реальные ГО ТНС02, массогабаритные показатели которых в среднем на 30 % ниже, чем у аппаратов аналогичного назначения в традиционных ТН.

Таблица 2

Параметры водонагревателей Я744 Ш34а

ГО кд ПО

Тепловая нагрузка, кВт 20 17 3

Массовая скорость рабочего вещества, кг/с*м2 2000 330

Температурный напор, К 7,44 16,6 16,6

Коэффициент теплоотдачи рабочего в-ва, кВт/м2*К 6,21 1,44 1,45

Коэффициент теплоотдачи теплоносителя, кВт/м2*К 6,31 10,34 11,5

Коэффициент теплопередачи к вн. пов-ти кВт/м2*К 3,6 2,2 2,3

Число трубок, шт. 864 2243 823

Наружный диаметр трубки, мм 12 20 (ф=3,5)

Внутренний диаметр трубки, мм 9 16

Масса трубки на 1м2 вн. пов-ти, кг/м2 15,4 20,2 20,2

Удельная масса трубок, кг/кВт 0,58 0,76 0,76

Экономия по массе трубок, 11744/11134а - 24,9%

Удельная масса аппарата, кг/кВт 0,87 1,38 0,63

Экономия по массе аппарата, Я.744/Ш34а - 37,8 %

Основные результаты работы

1. Определены условия работы газоохладителей в составе ТНС02 и требования к ним.

2. Разработана методика расчёта теплообмена между рабочим веществом (11744) при СКД и теплоносителем (сетевая вода) в водонагревателях ТНС02. подтверждённая результатами экспериентапьного исследования.

3. Предложены конструкции газоохладителей для малых и крупных ТНС02.

4. Получены новые экспериментальные данные по теплообмену в ГО ТНС02 в режимах актуальных для ТНС02 при массовой скорости рабочего вещества Я744 более 500 кг/м2с"'.

5. Получены новые результаты численного исследования и даны рекомендации по выбору параметров при проектировании реальных аппаратов, обеспечивающие снижение массогабаритных параметров ГО ТНС02 на 30% по сравнению с теплообменниками аналогичного назначения традиционных тепловых насосов.

Условные обозначения: / , ¡л - энтальпии И744 в ядре потока и на стенке трубы; Тс, Тп температуры на стенке и в ядре потока, С^, Ср теплоемкость 11744 на стенке и осреднвнная по сечению, С^, С^ - среднемассовые теплоемкости Я744 и теплоносителя, рс, р„ - плотность Я744 на стенке и в ядре потока; ра, рк - среднемассовая плотность 11744 и теплоносителя, Та, Тк - среднемассовые температуры 11744 и теплоносителя, б , С71(, - массовые расходы 1*744 и теплоносителя; Кт - коэффициент теплопередачи между Я744 и теплоносителем; X - координата, отсчитываете» по ходу течения рабочего вещества, ССа коэффициенты теплоотдачи рабочего вещества и теплоносителя, Я„ - коэффициент

теплопроводности материала трубок, О, Ь, Ш, Я - показатели степени, П^ - периметр теплового контакта между рабочим веществом и теплоносителем; КД-конденсатор, ПО - переохладитель

Основные результаты работы освещены в следующих публикациях:

1. И. М. Калнинь, И. В. Рябев, С. Б. Пустовалов «Сравнительный анализ г докритического и надкритического циклов теплового насоса»// Труды МГУИЭ.- Сборник статей аспирантов и студентов,- М.: 1998 - с.265-269.

2. И. В. Рябев, С. Б. Пустовалов, Е. Г. Смирнова «Исследование теплового насоса, работающего на диоксиде углерода, в качестве рабочего вещества»// Труды МГУИЭ.- Техника низких температур на службе экологии.- М.: 2000.- с. 63-74.

3. С. Б. Пустовалов, С. А. Колесников «Исследование процессов теплообмена в аппаратах теплового насоса (ТН), работающего на диоксиде углерода (С02)»// Тезисы докладов Международной конференции и V Международного симпозиума молодых ученых, аспирантов и студентов.-Инженерная защита окружающей среды- М.: 2001.- с. 106-108

Скорость по теплоносителю (сетевая вода), также лимитируется потерей давления в канапе (межтрубное пространство), что обусловлено ограничением доли гидросопротивления аппарата в общем гидросопротивлении сети. Рекомендованные значения и: 1...2 м/с для малых ГО ТНС02; 0,5.. .0,7 м/с для крупных ГО ТНС02.

Спроектирован реальный ГО ТНС02 тепловой мощностью 20 МВт для условий: давление нагнетания 11744 - Р2= 12,0 МПа; температура кипения Я744 - Т0= 5°С; температура теплоносителя на входе в ГО ^1=40°С; температура теплоносителя на выходе из ГО - 1ж2=80оС (табл. 2).

Полученные технико-экономические показатели сопоставлены с показателями теплообменных аппаратов (КД+ПО), в которых вода подогревается в ТН, работающем на Л 134а, при одинаковых рабочих условиях.

Использование результаов проведенной работы позволет создавать реальные ГО ТНС02, массогабаритные показатели которых в среднем на 30 % ниже, чем у аппаратов аналогичного назначения в традиционных ТН.

Таблица 2

Параметры водонагревателей Я744 К134а

ГО кд ПО

Тепловая нагрузка, кВт 20 17 3

Массовая скорость рабочего вещества, кг/с*м2 2000 330

Температурный напор, К 7,44 16,6 16,6

Коэффициент теплоотдачи рабочего в-ва, кВт/м2*К 6,21 1,44 1,45

Коэффициент теплоотдачи теплоносителя, кВт/м2*К 6,31 10,34 11,5

Коэффициент теплопередачи к вн. пов-ти кВт/м2*К 3,6 2,2 2,3

Число трубок, шт. 864 2243 823

Наружный диаметр трубки, мм 12 20 (ф=3,5)

Внутренний диаметр трубки, мм 9 16

Масса трубки на 1м2 вн. пов-ти, кг/м2 15,4 20,2 20,2

Удельная масса трубок, кг/кВт 0,58 0,76 0,76

Экономия по массе трубок, К744/Ш34а - 24,9%

Удельная масса аппарата, кг/кВт 0,87 1,38 0,63

Экономия по массе аппарата, 11744/11134а - 37,8 %

Основные результаты работы

1. Определены условия работы газоохладителей в составе ТНС02 и требования к ним.

2. Разработана методика расчёта теплообмена между рабочим веществом (Я744) при СКД и теплоносителем (сетевая вода) в водонагревателях ТНС02. подтверждённая результатами экспериентального исследования.

-163. Предложены конструкции газоохладителей для малых и крупных ТНС02.

4. Получены новые экспериментальные данные по теплообмену в ГО ТНС02 в режимах актуальных для ТНС02 при массовой скорости рабочего вещества 11744 более 500 кг/м2с"'.

5. Получены новые результаты численного исследования и даны рекомендации по выбору параметров при проектировании реальных аппаратов, обеспечивающие снижение массогабаритных параметров ГО ТНС02 на 30% по сравнению с теплообменниками аналогичного назначения традиционных тепловых насосов.

Условные обозначения: I , 1л - энтальпии Я744 в ядре потока и на стенке трубы, Тс, Тп температуры на стенке и в ядре потока, Срс, Ср теплоемкость 11744 на стенке н осредненная по сечению, , С^ - среднемассовые теплоёмкости И744 и теплоносителя,

Рс, Рп - плотность Я744 на стенке и в ял ре потока; ра, Рк - срелнемассовая плотность Я744 и теплоносителя, 7" , Тш - среднемассовые температуры Я744 и теплоносителя; Оа, Ст - массовые расходы Я744 и теплоносителя, К, - коэффициент теплопередачи между 11744 и теплоносителем; X - координата, отсчитывается по ходу течения рабочего вещества, ССа, ОСп - коэффициенты теплоотдачи рабочего вещества и теплоносителя, Ху - коэффициент

теплопроводности материала трубок; а, Ъ, ТП, 5 - показатели степени, ГТ2 - периметр теплового контакта между рабочим веществом и теплоносителем, КД-конденсатор, ПО - переохладитель

Основные результаты работы освещены в следующих публикациях:

1. И. М. Калнинь, И. В. Рябев, С. Б. Пустовалов «Сравнительный анализ докритического и надкритического циклов теплового насоса»// Труды МГУИЭ.- Сборник статей аспирантов и студентов.- М.: 1998.- с.265-269.

2. И. В. Рябев, С. Б. Пустовалов, Е. Г. Смирнова «Исследование теплового насоса, работающего на диоксиде углерода, в качестве рабочего вещества»// Труды МГУИЭ.- Техника низких температур на службе экологии.- М.: 2000.- с. 63-74.

3. С. Б. Пустовалов, С. А. Колесников «Исследование процессов теплообмена в аппаратах теплового насоса (ТН), работающего на диоксиде углерода (С02)»// Тезисы докладов Международной конференции и V Международного симпозиума молодых ученых, аспирантов и студента в.-Инженерная защита окружающей среды.- М.: 2001,- с. 106-108

4. С. Б. Пустовалов «Результаты предварительного эксперимента по исследованию теплоотдачи в аппаратах теплового насоса (ТН), работающего на углекислоте (С02)»// Тезисы докладов научной конференции студентов и аспирантов.- Техника низких температур и экология,- М.: 2002,- с.5-6

5. С. Б. Пустовалов «Моделирование процесса теплообмена в газоохладителе теплового насоса, работающего на диоксиде углерода (11744)»// Труды XIV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева,- Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках,- М.: МЭИ. - 2003.- Т.2.-

6. И. М. Калнинь, В. А. Васютнн, С. Б. Пустовалов «Условия эффективного применения диоксида углерода в качестве рабочего вещества тепловых насосов»// Холодильная техника,- 2003,- №7.- с.8-12.

7. И. М. Калнинь, А. И. Савицкий, А. М. Масс, С. Б. Пустовалов «Тепловые насосы нового поколения большой тепловой мощности» // Материалы VII Международной научно-практической конференции. - Энергопроизводство, энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения. - г. Пермь. - 2004. - с. 46-50.

8. И. М. Калнинь, И.В. Деревнч, С. Б. Пустовалов «Исследование газоохладителей теплового насоса на 11744»// Холодильная техника. 2004.-№ (в печати).

с.313-316

Подписано в печать « » октября 2004 г. Печать офсетная. Бумага 80 гр/м1 Формат 60 х 90/16. Объем 1,0 п.л

Оригинал подготовлен автором Отпечатано на множительной технике МГУИЭ 105066, г. Москва, ул. Старая Басманная, 21/4

#19360

РЫБ Русский фонд

2005-4 16544

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЭНЕРЕГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ НАГРЕВА СЕТЕВОЙ ВОДЫ. СОСТОЯНИЕ

ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Области применения ТН.

1.2. Рабочие вещества ТН.

1.3. Основной водонагревающий элемент ТНС02.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА

ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ТНС02.

2.1. Определение рабочих параметров ГО ТНС02.

2.2. Математическая модель теплообмена в ГО ТНС02.

2.3. Алгоритм проектного расчёта.

2.4. Алгоритм поверочного расчёта.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ТНС02. ОБОБЩЕНИЕ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Объект исследования.

3.2. Программа проведения исследования.

3.3. Методика проведения исследования.

3.4. Стендовое оборудование и средства измерения.

3.5. Методика обработки результатов измерений.

3.6. Погрешности определения основных величин при испытаниях и обработке результатов.

3.7. Обобщение результатов исследования.

3.8. Выводы.

ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ТНС02.

4.1. Методика проведения численного исследования.

4.2. Результаты численного исследования водонагревателей в составе ТН.

4.3. Выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

- массовый расход , —; с

- коэффициент теплопроводности, ; м-К

- удельная теплоёмкость при постоянном давлении, ; кг-К

- среднемассовая удельная теплоёмкость при постоянном кДж давлении, ——; кг-К

- удельная энтальпия (теплосодержание), ; кг

- абсолютная температура, К;

- температура, "С;

- рабочее вещество (11744);

- теплоноситель;

- стенка со стороны 11744;

- ядро потока 11744;

- показатели степени.

Введение

Энергосбережение - одна из основных проблем, решаемых мировым сообществом в настоящее время. Преследуются две основные цели — сохранение невозобновляемых энергоресурсов и сокращение вредных выбросов в атмосферу продуктов сгорания, являющихся, в частности, основным фактором глобального потепления.

В связи с этим заметное развитие получает так называемая нетрадиционная энергетика, использующая солнечную, ветровую, геотермальную энергию, энергию биомассы и другие виды возобновляемых источников энергии.

В этом ряду особое место занимают тепловые насосы (ТН, термотрансформаторы), использующие для теплоснабжения низкопотенциальное тепло природных, промышленных и бытовых источников.

Основным рабочим веществом ТН, в настоящее время, являются фреоны. Однако, в соответствии с Международными соглашениями, происходит постепенный отказ от этих экологически не безопасных веществ и их замена на природные рабочие вещества. Одним из наиболее перспективных природных рабочих веществ ТН является диоксид углерода (11744, СО2), который не горюч, не токсичен, не разрушает озоновый слой и имеет минимальный потенциал глобального потепления. Его уникальные термодинамические и теплофизические свойства позволяют создавать высокоэффективные ТН весьма большой тепловой мощности.

В настоящее время в России в соответствии с Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 20022006 годы» по теме №24: «Создание технологий и оборудования для использования низкопотенциальных тепловых ресурсов для целей теплоснабжения», с участием МГУИЭ, создаются ТН, работающие на 11744 (ТНС02). Это принципиально новые машины, практически все элементы которых разрабатываются впервые. Теплообменный аппарат — водонагреватель (газоохладитель, ГО ТНС02) относится к основным элементам ТНС02 и во многом определяет технико-экономические показатели теплового насоса.

В ТНС02 осуществляется газожидкостный термодинамический цикл, в отличие от фреоновых ТН, в которых реализуется парожидкостный цикл. При условиях работы ГО ТНС02 параметры состояния рабочего вещества (11744) целиком лежат в околокритической области при сверхкритическом давлении (СКД). Околокритическая область характеризуется существенной переменностью теплофизических свойств однофазного 11744 в зависимости от температуры при постоянном давлении.

Для создания ГО ТНС02 необходимы надёжные данные о закономерностях теплопередачи между рабочим веществом (11744) при СКД и теплоносителем (сетевая вода). Экспериментальные данные по теплоотдаче от охлаждаемого Я744, в полной мере отвечающие условиям и режимам работы реальных ГО ТНС02, в настоящее время, отсутствуют.

Должны быть разработаны рациональные конструкции ГО ТНС02.

Исходя из вышеизложенного, в настоящем исследовании, поставлена цель — создание высокоэффективных водонагревателей тепловых насосов ТНС02, работающих на диоксиде углерода (11744) в качестве рабочего вещества.

Научная новизна

1. Определены актуальные рабочие условия и требования к ГО ТНС02; предложены конструкции ГО ТНС02 малой и большой тепловой мощности.

2. В условиях резкой переменности теплофизических свойств в процессе охлаждения 11744 при СКД получены новые экспериментальные данные по теплообмену в водонагревателях, в режимах актуальных для ТНС02, при А массовой скорости рабочего вещества более 500 кг/м с.

3. В результате проведённого исследования установлено определяющее влияние массовой скорости Я744 на коэффициент теплоотдачи. Определены максимальные значения массовой скорости рабочего вещества и теплоносителя при допустимых перепадах давлений в каналах, при которых коэффициент теплоотдачи со стороны 11744 превышает достижимые значения для фреонов более чем в четыре раза.

4. Разработана методика расчёта реальных ГО ТНС02.

5. Выявлено, что реализация высоких массовых скоростей в ГО ТНС02 позволяет сократить удельную массу аппарата, по сравнению с фреоновыми аналогами, более чем в полтора раза.

6. В результате численного исследования разработаны рекомендации по проектированию реальных ГО ТНС02: по значениям массовой скорости рабочего вещества; по скорости сетевой воды; по размерам теплообменных трубок; по схемам трубных пучков.

Практическая ценность и реализация результатов

1. Разработана методика расчёта водонагревателей ТНС02.

2. Обоснован выбор конструкций водонагревателей малых (до 100 кВт) и крупных (до 20 МВт) ТНС02.

3. Даны рекомендации по выбору параметров и расчёту реальных водонагревателей ТНС02.

4. Результаты работы использованы НПФ «ЭКИП» при создании пилотного образца ТНС02 тепловой мощностью 20 кВт по заказу Минпромнауки РФ.

Апробация работы

Основные научные результаты работы были доложены и обсуждены на Международной конференции и V Международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерная защита окружающей среды» (г. Москва, 2001), Научной конференции студентов и аспирантов «Техника низких температур и экология» (г. Москва, 2002), на XIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (г. Рыбинск, 2003), а также на VII Международной научно-практической конференции

Энергопроизводство, энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения» (г. Пермь, 2004).

7. Результаты работы использованы НПФ «ЭКИП» при создании пилотного образца ТНС02 тепловой мощностью 20 кВт по заказу Минпромнауки РФ.

1. Алексеев Г.В., Силин В.А., Смирнов A.M., Субботин В.И.Исследование температурных режимов стенки трубы при теплосъёме водой сверхкритического давления. // ТВТ, 1976, 14 (4), 769-774.

2. Архаров A.M. и др. Криогенные системы. // Учебник для студентов вузов, М.: Машиностроение, 1999.- 720 е., ил., в 2 т., Т.2.

3. Беляков В.П. Криогенная техника и технология // М.: Энергоиздат, 1982.

4. Валуева Б. П., Попов В. Н., Филиппович Е. В. Теплообмен при переходном и турбулентном течении в трубах углеводородных жидкостей сверхкритических параметров. // Теплоэнергетика, 1995, № 3, с. 30-35.

5. Валуева Е. П., Попов В.Н. Численное моделирование процесса нестационарного сопряженного теплообмена при турбулентном течении жидкости в канале. // ТВТ, 1997, т.35, № 6, с. 917-925.

6. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизичеким свойствам газов и жидкостей. // М.: 1972.

7. Григорьев В.А., Крохин Ю.И. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники. // Учебное пособие для вузов. — М.: Энергоиздат, 1982. 312 е., ил.

8. Данилова Г.Н. и др. Теплообменные аппараты холодильных установок. // Л.: Машиностроение, 1973. 328 с.

9. Делайе Дж., Гио М., Ритмюллер М. Теплообмен и гидродинамика двухфазных потоков в атомной и тепловой энергетике. //М.: Энергоатомиздат. 1984. 424 с.

10. И.В. Деревич, Е.Г. Смирнова. Метод расчёта теплообменапри противоточном движении теплоносителей с переменными теплофизическими свойствами. // ТОХТ, 2002, т.36, №4, с. 376380.

11. Жукаускас А., Макарявичус В., Шланчяускас А.Теплоотдача пучков труб при поперечном потоке жидкости. // МИНТИС. Вильнюс, 1986.

12. Зубков В.А. Использование тепловых насосов в системах теплоснабжения. // Теплоэнергетика, 1996, № 2, с. 17-20.

13. Ибрагимов М.Х., Субботин В.И., Бобков В.П., Сабелев Г.И., Таранов Г.С. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена.//- М.: Атомиздат, 1978,296 с.

14. Калнинь И.М., Бухтер Е.З., Славуцкий Д.Л., Цырлин Б.Л., Мифтахов АА. Результаты испытаний холодильных фреоновых турбомашин. // ХТ, 1965, № 3, с. 10-16.

15. Калнинь И.М. Техника низких температур на службе энергетики.//Холодильное дело, 1996, № 1.

16. Калнинь И.М., Рябев И. В., Пустовалов С.Б. Сравнительный анализ докритического и надкритического циклов теплового насоса. // Труды МГУИЭ.-М.-1998.-С.265-269.

17. Калнинь И.М. Тепловые насосы вчера, сегодня, завтра. //Холодильная техника, 2000, № 10.

18. Калнинь И.М. Значение техники низких температур для решения экологических проблем. //Труды МГУИЭ.-М.-2000.- с. 3-6.

19. Калнинь И.М. Энергосберегающие теплонасосные технологии. // Труды МГУИЭ.-М.-2000.-С.25-38.

20. Калнинь И.М. Что ждет холодильную технику в XXI веке. //Холодильная техника, 2002, № 4.

21. Калнинь И.М. Диоксид углерода экологически безопасное рабочее вещество для тепловых насосов. // V Международная конференция, Москва, МГУИЭ, Сборник докладов, 2003, с. 7779.

22. Калнинь И.М., Лазарев Л.Я., Масс A.M., Савицкий А.И.Тепловые насосы большой мощности, работающие на диоксиде углерода в качестве рабочего вещества. МНПК "Инженерное искусство в развитии цивилизации", М., Россия, 2003.

23. Калнинь И.М., Савицкий А.И., Масс А.М, Лазарев Л .Я. Тепловые насосы. Перспективы развития в России. // Международная научно-техническая конференция, Сочи, Россия, 2003.

24. Калнинь И.М., Масс A.M., Савицкий А.И. Создание тепловых насосов большой мощности. Международный Геотермальный Семинар МТС - 2003, г. Сочи, 6-10 октября 2003 г.

25. Калнинь И.М., Васютин В.А., Пустовалов С.Б. Условия эффективного применения диоксида углерода в качестве рабочего вещества тепловых насосов. // Холодильная техника, 2003, №7.

26. Касаткин А.П., Лабунцов Д. А., Сознев Р.И. Экспериментальное исследование теплообмена при турбулентном течении гелия сверхкритических параметров состояния. //Теплоэнергетика, 1980, №10, с. 68-70.

27. Кириллов ПЛ., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). // М.: Энергоатомиздадт. 1984. 296 с.

28. Краснощекое Е.А., Протопопов B.C. Экспериментальное исследование теплообмена двуокиси углерода всверхкритической области при больших температурных напорах.// ТВТ, 1966, т.4, № 3, с. 389 398.

29. Краснощекое Е.А., Протопопов B.C. Исследование высокотемпературных процессов теплообмена, массообмена и физической газодинамики. // ИВТАН, Сборник статей, 1983, с. 28-37.

30. Краснощекое Е.А., Кураева И.В., Протопопе B.C.Экспериментальное исследование местной теплоотдачи двуокиси углерода сверхкритического давления в условиях охлаждения. // ТВТ, 1969, т.7, № 5, с. 922-930.

31. Краснощекое Е.А., Протопопов B.C. Обобщённая зависимость для расчёта теплоотдачи к двуокиси углерода при сверхкритическом давлении (л = 1,02 5,25). // Теплоэнергетика, 1971, №10, с. 1314.

32. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырский П.И. Вычислительные методы. // Том.1. М.: Наука, 1976.

33. Курганов В.А. Теплообмен и сопротивление в трубах при сверхкритических давлениях теплоносителя (4.1). // Теплоэнергетика, 1998, № 3, с.2-10.

34. Курганов В.А. Теплообмен и сопротивление в трубах при сверхкритических давлениях теплоносителя (4.2). // Теплоэнергетика, 1998, № 4, с. 35-43.

35. Курганов В.А., Анкудинов В.Б. Расчет нормальной и ухудшенной теплоотдачи в трубах при турбулентном течении жидкостей в околокритической области и газовой области состояний. // Теплоэнергетика, 1985, № 6.

36. Марьин В.К., Пиянзина Т.В. Предприятия теплоэнергетики и окружающая среда. // Экология и промышленность России, февраль 2004 г., с. 12-14.

37. МИХ: 15-я информационная записка по хладагентам. Использование С02 в качестве хладагента. // Холодильная техника, 2000, № И.

38. На Ц. Вычислительные методы решения прикладных граничных задач. // М.: Мир, 1982.

39. Патент на изобретение "Теплонасосная установка (варианты)" по заявке № 2002113818, дата поступления :29.05.2002г. Приоритет от 29.05.2002г. Авторы изобретения Калнинь И.М., Савицкий A.M., Масс A.M.

40. Петров Н.Е., Попов В.Н. Теплоотдача и сопротивление охлаждаемой двуокиси углерода в сверхкритической области. // Теплоэнергетика, 1985, № 3, с. 16-19.

41. Петросян АЛ. Теплонасосная установка для аккумуляции энергии. //Теплоэнергетика, 1992, № 1, с. 52-56.

42. Петухов Б.С. Теплообмен в однофазной среде при околокритических параметрах состояния. // ТВТ, 1968, т.6, № 4, с. 732-744.

43. Петухов Б.С., Курганов В.А., Анкудинов В.Б., Григорьев B.C. Экспериментальное исследование сопротивления и теплоотдачи при турбулентном течении жидкости сверхкритического давления. // ТВТ, 1980, т. 18, № 1, с. 100111

44. Петухов Б.С.,' Поляков А.Ф. Турбулентное течение итеплообмен в горизонтальных каналах в поле силы тяжести. // Препринт ИВТАН № 2-083, М.: 1982, 88 с.

45. Петухов Б.С., Курганов В.А., Анкудинов В.Б. Теплообмен и гидравлическое сопротивление в трубах при турбулентном течении жидкости при околокритических параметрах состояния. // ТВТ, 1983, 21(1), 92-100.

46. Проценко В.П., Зайцев А.А., Старшинин В.Н. Теплонасосные установки с закритическими параметрами рабочего тела. // Теплоэнергетика, 1990, №6, с. 50-53.

47. Проценко В.П., Старшинин В.Н. Анализ режимов нагрева воды теплонасосной установки. // Теплоэнергетика, 1992, №12, с. 33-36.

48. Проценко В. П. Проблемы использования теплонасосных установок в системе централизованного теплоснабжения. // Энергетическое строительство, 1994, № 2.

49. Пустовалов С. Б., Рябев И. В., Смирнова Е. Г. Исследование теплового насоса, работающего на диоксиде углерода, в качестве рабочего вещества //Труды МГУИЭ.-М.-2000.-С.63-74.

50. Пустовалов С.Б. Результаты предварительного эксперимента по исследованию теплоотдачи в аппаратах теплового насоса (ТН), работающего на углекислоте (С02). // Тезисы докладов научной конференции студентов и аспирантов.- М.: МГУИЭ.2002.- с.5-6

51. Рабинович С.Г. Погрешности измерений.// Л.: Энергия. 1978, -262с., ил.

52. Ренц Г. Полугерметичные поршневые и винтовые компрессоры «Битцер» для каскадных холодильных установок на С02. // Холодильная техника, 2003, № 2.

53. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: справочное пособие. // Л.: Химия. 1977. 592 с.

54. Свенсон, Карвер, Кэкаралла. Теплоотдача к воде закритических параметров в гладких трубах. // Теплопередача, 1965, №4, 58-67.

55. Смирнов ИА., Кореннов Б.Б., Иголка Л.П. Система теплоснабжения Северных районов Москвы от Конаковской ГРЭС с применением тепловых насосов. // Теплоэнергетика, 1992, № 11, с. 33-37.

56. Смирнова Е.Г. Реализация в среде MathCAD современных методов расчёта термодинамических хладагентов. // Тезисы докладов научной конференции студентов и аспирантов факультета ТФНТ. М.: МГУИЭ, 2002. - 28 с.

57. Строммен И., Бредсен A.M., Петерсен Й., Эйкевик Т., Некса П., Арлиен Р. Холодильные установки. Кондиционеры и тепловые насосы для XXI века. // Холодильный бизнес, 2000, № 5, с. 8-10.

58. Тихонов А.Н., Арсении В .Я. Методы решения некорректных задач. // М.: Наука, 1979.

59. Ханыков А. В. Субъект Российской Федерации в Киотском пространстве. // International Geotermal Workshop, Sochi,Russia, 2003/10.

60. Холл У., Джексон Дж. Теплообмен вблизи критической точки. // Теплообмен: достижения, проблемы, перспективы. -М.: Мир. 1981.^ с.106-144.

61. Чаховский В.М. Опыт применения энергосберегающей теплонасосной технологии в системе городского теплоснабжения. // РСЭ ИНФОРМ, 1999, № 2.

62. Шиндяпкин А.А. Экстракция органического масла из растительного сырья сверхкритическим диоксидом углерода // Диссертация кандидата технических наук. М.: МГУИЭ.-2003.-162 с.

63. Шицман М.Е. Ухудшенные режимы теплоотдачи при закритических давлениях.//ТВТ.- 1963.- т.1.- № 2.-е. 267 -275.

64. Шицман М.Е. Особенности температурного режима в трубах при сверхкритических давлениях. // Теплоэнергетика, 1968, с.57-61.

65. Шляховецкий Д.В., Шляховецкий В.М. Термодинамические аспекты повышения эффективности циклов углекислотных холодильных машин. // С.-Пб., М.: Вестник международной академии холода, Выпуск 4,2002, с. 14-18.

66. Adelt М., Mikielewiczt J. Heat transfer in channel at supercritical pressure. // J. Heat Mass Transfer, 1981, Vol. 24, No. 10, pp. 16671674 (Printed in Great Britain).

67. Brassington D.J., Coirns D.N.H. Measurements of forced convections heat transfer to supercritical helium. // Int. J. Heat Mass Transfer, 1977,20(3), 207-214.

68. Dorin F., Neksa P. C02 compressors and equipment, use and aviability. // 9th Annual Conference of Institute of Refrigeration, IIR/IIF, London, 2000/11. Beating the ban is C02 a viablealternative?

69. Enkeman T., Kruze H. Operation control of C02 heat pump for application in existing heating systems. // IIF IIR - Commission E2, with El&B2,Linz, Austria, 1997/04, pp. 148-155.

70. Giarratano P.J., Arp V.B., Smith H. Forced convection heat transfer to supercritical helium // Cryogenics, 1971, vol. 11(5), p. 385-393.

71. Giarratano P.J., Arp V.B., Smith H. Forced convection heat transfer to subcritical He-I. // Cryogenics, 1971, vol. 11, № 11, p. 385-390.

72. Giarratano P.J., Hess R.S., Jones M.S. Forced convection heat transfer to liquid He-I. // Advances in Cryogenic Engineering, 1974, vol. 19, p. 404-409.

73. Girotto S., Neksa P. Commercial refrigeration systems with refrigerant C02 theoretical consideration and experimental results. // IIF IIR - Commission Dl/Bl, Urbana, IL, USA, 2002/07.

74. Gustav Lorentzen Cong. // Purdue, USA, 2000/07.

75. Inokuty H. Optimum Operation Conditions for Carbon Dioxide. // J. Refrigeration Engineering, 1928, Vol. 16, No. 4, pp. 122-123.

76. Jakobsen A. Improving efficiency of trans-critical C02 cycles using an ejector driven by heat rejected in the gas cooler. // 20th International Congress of Refrigeration, IIR/IIF, Sidney, 1999.

77. Kurtz E., Wiley J., Inc S. Mechanical Engineering Handbook. // 1986, 2316 p.

78. Neksa P., Rekstad H., Zakeri G.R. C02 prototype hot water heatpump characteristics, system design and experimental results. // IIF IIR - Commission E2, with E1&B2, Linz, Austria, 1997/04, pp. 165-172.

79. Ogata H., Sato S. Measurements of forced convection heat transfer to supercritical .helium. // Proceedings of Forth International Conference, Eindhoven, 1972, p. 295-300.

80. Olson D. Heat transfer in supercritical carbon dioxide with convective boundary conditions. // 20th International Congress of Refrigeration, IIR/IIF, Sidney, 1999.

81. Pitla S.S., Groll E.A., Ramadhyani S. New correlation to predict the heat transfer coefficient during in-tube cooling of turbulent supercritical C02. // International Journal of Refrigeration, 2002, Vol. 25, pp. 887-895.

82. Rousah D.S., Miller F.H. Cooling with supercritical oxygen. // AI AA Paper 1975, №75-1248,1-6.

83. Schmidt E.L., Klöcker K., Flake N., Steimle F. A heat pump dryer using carbon dioxide as working fluid. // 20th International Congress of Refrigeration, IIR/IIF, Sidney, 1999.

84. Staicovici M.D. Heat pumping cycle optimization using a non-equilibrum phenomenological (two-points) theory of mass and heat transfer. // IIR/IIF, Stockholm, 2002. Zero Leakage — Minimum Charge.

85. Suss J., Kruse H. Design criteria of C02-compressors for vapor compression cycles. // IIF — IIR Commission E2, with E1&B2, Linz, Austria, 1997/04, pp. 165-172.

86. UNEP. Montreal protocol on substances that delete the ozone layer. Final act: date 16 September 1987. 6 p.

87. Wang N.H. Prediction and comparison of C02 subcritical and transcritical refrigeration cycles. // IIR/IIF, Stockholm, 2002. Zero Leakage — Minimum Charge.

88. Yekoshenko V.M., Yaskin L.A. Applicability of various correlations for the prediction of turbulent heat transfer to supercritical helium. // Cryogenics, 1981,21(2), p. 94-96

89. Yin J.M., Bullard C.W., Hrnjak P.S. R-744 gas cooler model development and validation. // International Journal of Refrigeration, 2001, Vol. 24, pp. 692-701.