.

Капілярно-пористі структури в твердих холодоагентах: умови утворення, теплофізичні властивості, функціональні можливості, сублімаційні охолоджувачі на

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 1990
Скачать документ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХОЛОДУ

УДК 536.48:621.596

РОЖЕНЦЕВ Андрій В’ячеславович

КАПІЛЯРНО-ПОРИСТІ СТРУКТУРИ В ТВЕРДИХ ХО-ЛОДОАГЕНТАХ: УМОВИ УТВОРЕННЯ, ТЕПЛОФІЗИЧ-
НІ ВЛАСТИВОСТІ, ФУНКЦІОНАЛЬНІ МОЖЛИВОСТІ, СУБЛІМАЦІЙНІ ОХОЛОДЖУВАЧІ НА ЇХНІЙ ОСНОВІ

Спеціальність 05.04.03 – холодильна та кріогенна техніка, системи кондиціювання

АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття вченого ступеня
доктора технічних наук

Одеса – 1999
Дисертація є рукопис

Робота виконана в Одеській державній академії холоду

Науковий консультант – доктор технічних наук, професор
Смірнов Генріх Федорович, Одеська державна академія холоду,
завідуючий кафедрою систем терморегулювання

Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Загоруйко Василь Онисимович,
Одеський державний морський університет, професор кафедри суднового енергетичного устаткування та технічної експлуатації флоту

доктор технічних наук, професор Спокійний Юрій Ефимович,
Одеський політехнічний університет, професор кафедри конструювання та виробництва радіоелектронної апаратури

доктор технічних наук, професор Тимошевський Борис Георгійович, Український державний морський технічний університет, професор кафедри суднових енергетичних установок

Провідна установа – науково-виробниче об’єднання “Шторм”,
Міністерство промислової політики України, м. Одеса

Захист відбудеться “ 01”03 1999 г. у 11 год. на засіданні спеціалізованої ради Д 41.087.01 при Одеській державній академії холоду (за адресою: 270026, Одеса, вул. Дворянська, 1/3).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ОДАХ (270026, Одеса, вул. Дворянська, 1/3).

Автореферат розісланий “30”01 1999 р.

Вчений секретар
спеціалізованої ради
д. т. н., проф. Р. К. Нікульшин

АНОТАЦІЯ
Роженцев А.В. Капілярно-пористі структури в твердих холодоагентах: умови утворення, теплофізичні властивості, функціональні можливості, сублімаційні охолоджувачі на їхній основі. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук по спеціальності 05.04.03 – холодильна та кріогенна техніка, системи кондиціювання. – Одеська державна академія холоду, Одеса, 1998.
Теоретично і експериментально досліджені умови виникнення і тривалого існування в контурі холодильної машини твердої фази холодоагенту з рухомою капілярно-пористою структурою. Вивчені теплофізичні властивості структури і процеси тепломасопереносу, що відбуваються в ній. Розроблені і досліджені дослідні зразки вуглекислотних сублімаційних охолоджувачів, в яких реалізовані багатофункціональні можливості структури і в яких капілярно-пористий твердий холодоагент існує без порушення циркуляції. Визначені раціональні області застосування холодильних машин, працюючих з твердим холодоагентом.
Ключові слова: твердий холодоагент, сублімаційний охолоджувач, капілярно-пориста структура, самоорганізаційне структурування.

SUMMARY
Rozhentsev A.V. Capillary-porous structures in solid refrigerants: conditions of formation, thermophysical properties, functionalities, sublimation coolers on the basis of them.- the manuscript.
Thesis for a degree of the doctor of technical sciences on speciality 05.04.03 – refrigerating and cryogenic engineering, system of conditioning. Odessa State Academy of Refrigeration, Odessa, 1998.
Theoretically and experimentally conditions of occurrence and long existence of the solid phase of refrigerant with dynamic capillary-porous structure in a contour of the refrigerating machine were investigated. There were studied thermophysical properties of structure and heat and mass transfer, occurring in it. Experimental samples of CO2 sublimation coolers, in which the multifunctional opportunities of structure are realized and in which is capillary – porous solid refrigerant exists without infringement of circulation were worked out and investigated. The rational areas of application of the refrigerating machines working with the solid refrigerant were determined.
Key words: solid refrigerant, sublimation, cooler, capillary-porous structure, self organizing structure formation, heat exchange.

• виготовити і дослідити експериментальні зразки, визначити раціональні області застосування холодильних машин, працюючих з твердим холодоагентом.
Наукові положення, доказані в роботі.
1. Виявлений в контурі холодильної машини ефект утворення пористої структури твердого холодоагенту, супроводжуємий процесами кристалізації і сублімації на її межах, і визначення умов тривалого існування структури, дозволяють зняти обмеження на виникнення твердої фази і створити безупинно діючі машини, в яких робоче тіло здійснює фазові переходи “пар – рідина – тверде тіло – пар”.
2. При теоретичному аналізі процесів структуроутворення і дослідженні тепломасопереносу капілярно-пористу структуру твердого холодоагенту доцільно представити в вигляді множини розташованих в твердому скелеті незалежних мікрокапілярів, які можуть розглядатися як відкриті теплові труби з зосередженими і розподіленими джерелами і стоками тепла і маси, що функціонують в зонах дроселювання, випаровування, конвективного переносу і десублімації.
3. Структура і теплофізичні параметри капілярно-пористого твердого холодоагенту мають властивості до самоорганізації та саморегулювання, які проявляються в тому, що структура самостійно призводить у відповідність теплове навантаження, потік маси і геометричні параметри блоку твердого холодоагенту.
4. Інтенсивний тепломасоперенос в рухомій капілярно-пористій структурі твердого холодоагенту забезпечує високі значення її ефективної теплопровідності.
5. Багатофункціональний характер капілярно-пористої структури твердого холодо-агенту дозволяє в одному конструктивному вузлі вирішити задачі розподілу порожнин високого і низького тиску, створення ефективного рекуперативного теплообмінника, регулюємого дроселя і теплообмінника навантаження.
Наукова новина і наукові результати.
1. Вперше отримані експериментальні дані, що дозволили встановити основні якісні закономірності процесів виникнення і тривалого існування твердої фази робочого тіла на газопроникливій поверхні, розташованій в контурі холодильної машини.
2. Розроблена теорія процесів утворення і існування рухомої капілярно-пористої структури твердого холодоагенту в контурі холодильної машини.
3. Виявлені нові закономірності зміни структури, геометрії і ефективної теплопровідності пористого твердого холодоагенту в залежності від інтенсивності процесів кристалізації і сублімації на його межах, а також визначені критичні значення теплових потоків, вище яких структура втрачає спроможність до саморегулювання.
4. Визначені експериментальні теплові, температурні, динамічні, гідравлічні і габаритно – масові характеристики відкритих балоно – сублімаційних охолоджувачів (БСО).
5. Вперше отримані експериментальні дані по теплообміну при сублімації СО2 в вузьких щілинах пористого теплообмінника в умовах, коли твердий блок холодоагенту придавлюється до поверхні сублімації різницею тисків.
6. Rozhentsev A.V., Naer V.A., Rubnikov M.V. Eine Kältemaschine mit Drossel-Sublimation, – Die Kälte und Klimatechnik, 1995, №11, s. 940-944.
7. Rozhentsev A.V., Smirnov G.F. Dynamics of interconnected processes of structure formation, melting, crystallization of solid carbondioxide into atmosphere.- 10th Int. Heat Transfer Conf., Brighton, 1994, 7-FM-27, Vol. 4, p. 151-156.
8. Роженцев А.В., Смірнов Г.Ф. К вопросу об эффективной теплопроводности твердой СО2, сублимирующей на пористой поверхности.- Праці I-ої Російскої Національної Конф. по Теплобміну, Москва, 1994, т.VII, с. 179-183.
9. Rozhentsev A.V., Smirnov G.F. Refrigerating machine using phase transition liquid-solid-vapour.- Inter. Seminar and Workshop “Heat pipes, heat pumps, refrigerators”,The Academy of sciences of Belarus, September 12-15,1995, Minsk, Belarus, p. 24 – 29.
10. Rozhentsev A.V., Naer V.A., Rubnikov M.V., Zaslavsky V.M. Structure and Heat and Mass Transfer in Solid Capillary Porous Refrigerants.- Proceedings of 2nd European Thermal-Sciences and 14th UIT National Heat Transfer Conference, Rome, Italy, May 29-31, 1996,Vol.I, p.379-384.
11. Rozhentsev A.V. A throttle-sublimation refrigerating machine using the solid coolant with changeable porous structure.- Proc. of 19th Int. Congr. of Refrigeration, The Hague, The Netherlands, August 20-25, 1995,v.IIIa, 3 Equipment and Processes, p.176-183.
12. Роженцев А.В. Экспериментальные исследования температурных характеристик баллонно-сублимационного охладителя.- Приднiпровський науковий вiсник, науковий журнал, Машинобудування, №54 (65), грудень1997, с.35-38.
13. Роженцев А.В. Анализ устойчивости режимов работы баллонно -сублимационного охладителя.- V наук.-метод. конф. “Человек и окружающая среда-проблемы непрерывного экологического образования в ВУЗах”,Сб. наук. праць, Україна, Одеса, 16-18 вересня 1996, с. 133.
14. Роженцев А.В. Твердые теплохладоносители с подвижной капиллярно-пористой структурой.- Приднiпровський науковий вiсник, науковий журнал, №8(19), березень 1997,с.13-14
15. Роженцев А.В. Динамическая модель углекислотного баллонно-сублимационного охладителя.- V наук.-метод. конф. “Человек и окружающая среда – проблемы непрерывного экологического образования в ВУЗах”, Сб.наук. праць, Україна, Одеса, 16-18 вересня 1996, с. 134.
16. Роженцев А.В. Капиллярно-пористое структурирование твердой СО2, сублимирующей на газопроницаемой поверхности.- Приднiпровський науковий вiсник, науковий журнал, № 8(19), березень 1997, с. 11-12
17. Роженцев А.В. Модель тепломассообмена в пористой структуре озонобезопасного хладагента – СО2.- V наук.-метод. конф. “Человек и окружающая среда – проблемы непрерывного экологического образования в ВУЗах”, Сб. наук. праць, Україна, Одеса, 16-18 вересня 1996, с. 135
18. Rozhentsev A.V. Dynamics of the structure formation and heat-and-mass transfer in solid capillary-porous refrigerants.- Proceedings of 8th Annual Int. Energy Week Conf., January 28-30, 1997, Houston, Texas, USA, book VI, v.I, p.14-28.
19. Роженцев А.В. Тепломассоперенос в твердых теплохладоносителях с меняющейся под воздействием граничных условий пористой структурой.- 1V Всесоюзна конф. молодих вчених “Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики”, Новосибірськ; Інст. теплофізики СВ АН СРСР,1991, с.194-195.
20. Наєр В.А., Роженцев А.В., Заславский В.В. Углекислотный сублимационный охладитель.- Матеріали 60-ї наук.-техн. конф. Теория и Практика ВУЗовской Науки, Одеса, Одеська Держ. Академія Холоду, 1995, с. 49-50.
21. Rozhentsev A.V. Solid coolant with changeable porous structure.-13th European Conf. on Thermophysical Properties, 29 August-3 September 1993, Lisboa, Portugal, Ps1-19.
22. Роженцев А.В., Заславский В.М. Контактный теплообмен при сублимации углекислоты на газопроницаемой металлической поверхности. -Деп. в ДНТБ України 13.12.94,№ 2400-Ук94,10 с.
23. Роженцев А.В., Заславский В.В. Стационарная модель тепломассообмена в самоорганизующихся пористых структурах.- Материали 60-ї наук.-техн. конф. Теория и Практика ВУЗовской Науки, Одеса, Одеська Держ. Акад. Холоду, 1995, с. 42.
24. Роженцев А.В. Компрессионная-сублимационная холодильная машина.- Межреспубликанская науч.-практич. Конф. Совершенствование холодильной техники и технологии для эффективного хранения и переработки сельхозпродукции, Краснодар, 1992, с. 6.
25. Роженцев А.В., Заславский В.В. Анализ устойчивости режимов работы баллонно-сублимационного охладителя.- Материали 60-ї наук.-техн. конф. Теория и Практика ВУЗовской Науки, Одеса, Одеська Держ. Акад. Холоду, 1995, с. 27.
26. Роженцев А.В. Динамика сопряженных процессов структурообразования, плавления, кристаллизации и сублимации твердой углекислоты в атмосферу.- IX школа-семінар молодих вчених и спеціалістів Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок,17-22 травня ’93, МДТУ, Москва, с.54-55
27. Rozhentsev A.V. Solid coolant with changeable porous structure.- 11th Int. Cong. of Chemical Engineering, Chemical Equipment Design and Automation, Praha, 29.08. – 03.09.1993, p. G8[787].
28. Роженцев А.В. Математическая модель структурообразования в капиллярно-пористых хладагентах.- Тепловые режимы охлаждения РЭА, науч.-тех. сб., № 4, 1997, с.22-26.
29. Роженцев А.В. Тепломассообмен в пористых хладагентах баллонно – сублимационных охладителей; Автореф.дис….канд.техн.наук.-Одеса,1991.- 16 с. (ДСВ).
30. Роженцев А.В. Холодильная машина, работающая на твердом хладагенте.- Холодильная техника и технология, №1(57),1997, с. 23-27.
31. Rozhentsev A.V. Capillary-porous structures as a specific form of a volume sublimation in solid refrigerants.- Third ISHMT/ASME Heat and Mass Transfer Conf., Indian Inst. of Technology, Kanpur, India, December 29-31 1997, p.279-284.
32. Rozhentsev A.V., Rubnikov M.V. A peculiarity of effective thermal conduction in solid capillary-porous refrigerants.- Third ISHMT/ASME Heat and Mass Transfer Conf., Indian Inst. of Technology, Kanpur, India, December 29-31 1997, p.285-287.
33. Rozhentsev A.V. Percolation and heat-and-mass transfer in solid capillary-porous refrigerants.- Cryogenic Engineering Conf. / Int. Cryogenic Materials Conf., Portland, Oregon, USA, July 28 – August 1 1997, p. GFG-AB-412.
34. Роженцев А.В. Дроссельно-сублимационная холодильная машина, работающая на твердом хладагенте с изменяющейся пористой структурой.- Приднiпровський науковий вiсник, науковий журнал, №15(26), травень 1997, с.40-43.
35. Роженцев А.В. Теплообмен при сублимации СО2 на пористой поверхности.- Приднi-провський науковий вiсник, науковий журнал, Машинобудування, №54(65), грудень1997, с.10-13.
УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ, ІНДЕКСИ І СКОРОЧЕННЯ
,  і  – коефіцієнти теплопровідності, Вт/(мК), кінематичної в’язкості, м2/с і щільності, кг/м3; Ср – ізобарна теплоємкість, Дж/(кгК); p, Т, i – тиск, Па, температура, К і ентальпія, Дж/кг; qv і – інтенсивність внутрішніх джерел теплоти, Вт/м3 і маси, кг/см3; R і  – універсальна газова постійна, Дж/(мольК) і молекулярна маса холодоагенту, кг/моль; Н, d і S – висота, м, діаметр, м і площа поперечного перерізу, м2; Q0 і QТП – корисне теплове навантаження і сумарний теплоприплив в НТК, Вт; – час, с; – масовий видаток, кг/с;  – лінійний коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(мК); Р – пористість твердого блоку.
Т – тверда фаза; р – рідинна фаза холодоагенту; к – кристалізація; с – сублімація; w – стінка НТК; ос – оточуюче середовище; еф – ефективне значення; НТК – низькотемпературна камера; БСО – балоно-сублімаційний охолоджувач; КПС – капілярно-пориста структура.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. В свій час Карно встановив, що ККД ідеальної теплової машини не залежить від властивостей робочого тіла. Однак, наступні дослідження показали, що як принципові схеми реальних машин так і їхня енергетична ефективність в значній мірі залежать від цих властивостей. В пропонуємій дисертації основна увага приділяється проблемі використання утворюючихся в контурі машини твердих робочих тіл, вивченню їх теплофізичних властивостей і, зокрема, доводиться, що шляхом активізації процесів утворення і забезпечення тривалого існування особливої форми капілярно-пористої структури в твердій фазі можливо створення холодильних і кріогенних машин безперервної дії, в контурі яких робоче тіло зазнає фазових перетворень “пар – рідина – тверде тіло – пар”. Раніше це не допускалось і вважалось, що поява твердої фази веде до припинення циркуляції і зупинки машини. Останнє накладало істотне обмеження на вибір робочого тіла, температурні рівні, енергетичну ефективність і інші теплотехнічні характеристики холодильних і кріогенних машин.
Таким чином, актуальність розглянутої проблеми визначається тим, що її рішення дозволяє створити нову ґенерацію машин, в яких допускається перехід робочого тіла в твердий стан, а також дозволяє поширити число використовуємих робочих тіл.
Зв’язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконана згідно плану держбюджетних НДР Міністерства Освіти України на 1997-1999 рр., шифр НДР: ВІК-97/3, назва – “Дослідження умов утворення рухомих капілярно-пористих структур в твердих холодоагентах, їх термодинамічних і теплофізичних властивостей” (Наказ Міністерства Освіти України від 13.02. 97., №37).
Робота також в свій час виконувалася в відповідності з розпорядженням Президії АН СРСР на 1988 р. в рамках НДР “Квант”, держ. рег. № 01880071450, назва – “Розробка і дослідження охолоджувачів ФЭМ і матриць ПЗЗ”.
Мета і задачі дослідження. Метою пропонуємого дослідження є розробка нового наукового напрямку в галузі холодильної і кріогенної техніки, пов’язаного з створенням сублімаційних холодильних машин, в контурі яких робоче тіло може переходити в твердий стан в вигляді особливої динамічної капілярно-пористої структури.
Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні задачі:
• використовуючи двоокис вуглецю СО2 як робоче тіло, теоретично і експериментально дослідити умови і процеси виникнення і тривалого існування в контурі холодильної машини твердої фази холодоагенту з динамічною капілярно-пористою структурою (КПС), вивчити її специфічні особливості, теплофізичні властивості, процеси тепломасопереносу, що відбуваються в ній;
• визначити характер взаємодії і взаємовпливу структури і проходячих крізь неї теплових потоків;
• розробити конструктивні елементи холодильних і кріогенних машин, що забезпечують виникнення і існування пористої твердої фази без порушення циркуляції, а також реалізують її багатофункціональні можливості;

2. Дослідження тепломасопереносу в різноманітних отверділих газах враховують процеси в їх змінній пористій структурі. Однак, ці процеси пов’язані з обмеженою кількістю робочої речовини, є типово нестаціонарними і для їхнього використання при рішенні стаціонарних задач необхідні істотні уточнення.
3. Є значні розбіжності між розрахунковими і раніше дослідженими експеримен-тальними характеристиками БСО, для усунення яких необхідно враховувати специфічні процеси, що відбуваються в пористій структурі робочої речовини.
4. З проведеного аналізу випливає необхідність розробки теорії структуроутворення і уточненої математичної моделі тепломасопереносу в твердих робочих тілах, що мають пористу пульсуючу структуру. В частковості, потрібне істотне уточнення методик розрахунку низькотемпературних камер (НТК) БСО і перевірка їхньої вірогідності шляхом порівняння розрахункових і експериментальних характеристик.
На підставі результатів аналізу наукової літератури були сформульовані вищезазначені мета і задачі дослідження.
Експериментальні дослідження (візуальні спостереження).
Експериментальні дослідження проводилися на дослідних зразках розімкнених вуглекислотних НТК БСО. Принципова схема БСО представлена на мал. 1. Пуск охолоджувача відбувається слідуючим чином. Запас рідинного холодоагенту (СО2) знаходиться в балоні (стан А) при температурі навколишнього середовища і тиску p 5… 6 МПа. При відкритті вентиля 1 рідинний холодоагент, відібраний з балону і заздалегідь підохолоджений в рекуперативному теплообміннику 2, дроселюється в пусковому дроселі 3 до тиску навколишнього середовища, яке повинно бути нижче потрійної точки. Пар і тверда фаза, що утворилися за дроселем, надходять в НТК 4. Тверді частки затримуються на поверхні газопроникливого теплообмінника 7, а пари через рекуперативний теплообмінник відводяться в довкілля (або в компресор).
По мірі накопичення твердої фази 6 робочий об’єм НТК герметизується, тиск в ньому зростає. З того моменту, коли тиск в НТК стає рівним тиску в балоні, дроселювання в пусковому дроселі припиняється і в камеру надходить рідинний холодоагент, що притискає тверду фазу до газопроникливого теплообмінника. На цьому процес пуску завершується.
В стаціонарному стані рідинна СО2 з параметрами B рухається вниз по камері і охолоджується при постійному тиску до температури кристалізації (точка C). Охолоджування рідинної фази холодоагенту і його кристалізація при високому тиску відбуваються за рахунок частини теплоти сублімації твердої СО2 при низькому тиску. Інша частина теплоти сублімації компенсує теплове навантаження Q0 від об’єкту охолодження.
При одноступеневому компресорі подібна вуглекислотна машина може використовуватися до температур порядку 190 К. Вона може застосовуватися також в якості низькотемпературної ступіні в каскадній холодильній машині.
Іспити дослідного зразка підтвердили перспективність запропонованої схеми.
На підставі наведених вище теоретичних і експериментальних досліджень були розроблені дослідні зразки вуглекислотних БСО для Пулковської і Вірменської обсерваторій. Зразки розроблялися по завданню ГАО АН СРСР. Нижче приводяться технічні характеристики одного з дослідних зразків БСО.
Холодовидатність
максимальна 15 Вт
номінальна 2.5 Вт
Температура термостабілізації 200 К
Точність підтримання температури  0.3 К
Час виходу на температуру 200 К,
не більш 300 c
Маса СО2, що споживається за час пуску,
не більш 0.15 кг
Витрата СО2 в сталому режимі 2.810-5 кг/с
Розміри НТК – діаметр 0.031 м, висота 0.030 м.
Габарити і маса рефрижераторного блоку – 0.130 0.150 0.200 м і 0.9 кг.
В доповнення до цих характеристик вкажемо, що дослідні зразки БСО працювали в горах тривко в діапазоні температур навколишнього середовища 300…243 K і повністю задовольняли умовам технічного завдання.
Висновки
1 Проведені у візуальній камері експериментальні дослідження показали, що в НТК БСО на газопроникливій поверхні може виникати пульсуюча капілярно-пориста структура твердого холодоагенту, утворена скелетом і безліччю упорядкованих періодично оновлюючихся мікрокапілярів, які беруть начало в зоні сублімації і пронизують твердий блок до його кордону з рідинною фазою.
2 Сформульовані необхідні і достатні умови утворення і тривалого існування капілярно-пористої структури твердого холодоагенту в замкненому контурі сублімаційних холодильних машин дозволили розробити нові схеми і конструкції машин, які працюють без порушення циркуляції і використовують специфічні властивості пористих структур.
3 Розроблена двомірна нестаціонарна модель структуроутворення в пористих холодоагентах призвела до розрахункових співвідношень, визначаючих процеси зародження, зростання, стаціонарного існування і знищення мікрокапілярів в вигляді просторових геометричних поверхонь.
4 Псевдостаціонарна математична модель, а також багатоступенева телескопічна форма мікрокапілярів і їхня подібність відкритим тепловим трубам дали можливість оцінити теплові потоки на кордонах блоку твердого холодоагенту, де відбуваються процеси кристалізації і сублімації.
5 Проведене порівняння експериментальних і розрахункових характеристик БСО дало добре погодження, що підтверджує правомірність допущень, прийнятих при теоретичному аналізі, і можливість застосування запропонованих рівнянь для розрахунку розглянутих систем.
6 Дослідження властивостей пульсуючої структури дозволило виявити її нову функцію, яка виявляється в тому, що вона може виконувати роль саморегулюємого дроселя, автоматично оптимізуючого роботу холодильної машини при різноманітних корисних теплових навантаженнях.
7 Вивчення тепломасопереносу в капілярно-пористій структурі твердої СО2 показало, що вона має ефективну теплопровідність, перевищуючу теплопровідність звичайної твердої фази в 5-8 раз, і це дає можливість використати блок пористого холодоагенту в якості ефективного рекуперативного теплообмінника, працюючого в діапазоні температур між фазовими переходами кристалізації і сублімації, що відбуваються при істотно різних значеннях тиску.
8 Дослідження експериментальних зразків сублімаційних охолоджувачів показали, що щільність теплового потоку від об’єкту охолодження до сублімуючого холодоагенту не повинна перевищувати значень q0  2104 Вт/м2, віднесених до площі базової поверхні газопроникливого теплообмінника. Перевищення навантаження призводить до прориву рідкої фази в область низького тиску і до зворотного руйнування пористої структури в твердому холодоагенті.
9 Запропоновані нові схеми компресійно-сублімаційних охолоджувачів допускають перехід робочого тіла в твердий стан без порушення циркуляції, поширюючи вибір робочих тіл і температурні діапазони роботи охолоджувачів.
10 Дослідні зразки вуглекислотних балоно-сублімаційних охолоджувачів успішно використані в астрономічних обсерваторіях України, Росії і Вірменії для охолоджування фотомножителів до температури 200 К при тепловому навантаженні 6 Вт.
Основний зміст дисертації викладений в публікаціях:
8. Баглюк В.П., Дворніцин А.П., Роженцев А.В., Себов А.А. Балонный сублимационный охладитель.- Вопросы радиоэлектроники, Серія ОВР(ТРТО), 1989, вип.12, с.27-33.
9. Роженцев А.В. Тепломассоперенос в пористых хладагентах сублимационных охладителей.- Вопросы радиоэлектроники, Серія ОВР(ТРТО), 1990, вип. 12, с. 93-101.
10. Баглюк В.П., Дворніцин А.П., Роженцев А.В., Себов А.А. Математическая модель баллонно-сублимационного охладителя.- Холодил. техника и технология: Респ. міжвід. наук.-техн. сб., 1989, вип. 48, с. 32-34.
11. Баглюк В.П., Дворніцин А.П., Роженцев А.В. Баллонный сублимационный охладитель.- Приборы и техника эксперимента, 1989, № 6, с. 12.
12. Белозорова Л.А., Котюков Ю.Д., Роженцев А.В. Устройство термостабилизации катода фотоэлектронных умножителей.-Приборы и техника эксперимента, 1986, №3, с.11-12.
13. Роженцев А.В. Эффективная теплопроводность пористой углекислоты.- Холодил. техника и технология: Респ. міжвід. наук.-техн. сб., 1994, вип. 56, с. 57-61.
14. Роженцев А.В. Компрессионно-сублимационная холодильная машина, работающая на твердом хладагенте.- Холодильная техника, 1992, № 11-12, с. 24-25.
Вірогідність наукових результатів, наукових положень і практичних рекомендацій підтверджена задовільним погодженням розрахункових і експериментальних теплотехнічних і габаритно-масових характеристик дослідних зразків БСО, а також добрим збігом теоретичних і експериментальних температурних полів в холодоагенті.
Практичне значення роботи.
1. Розроблені в дисертації теорія утворення і існування капілярно-пористої структури в контурі холодильної машини, розрахункові співвідношення для визначення робочих характеристик охолоджувачів, а також програми і алгоритми дозволили створити прості і достатньо точні інженерні засоби проектування балоно – сублімаційних охолоджувачів відкритого типу.
2. Отримані експериментальні робочі характеристики дослідних зразків сублімаційних охолоджувачів можуть використовуватися як основний матеріал при їхній розробці і визначенні раціональних областей застосування.
3. Запропоновані засіб роботи, схеми і конструктивні вузли розімкнених і безупинно діючих сублімаційних холодильних машин, в яких відбуваються фазові переходи “пар – рідина – тверде тіло – пар”.
4. Дослідні зразки БСО успішно використані як охолоджувачі ФЭМ і матриць ПЗЗ.
.
Апробація роботи.
Основні положення і результати дослідження викладені в 37 наукових роботах, в тому числі на десяті міжнародних конференціях, що проходили в США, Англії, Нідерландах, Італії, Індії, Португалії і Чехії, з яких 6 опубліковані в працях конференцій і 5 в вигляді тез, а також на 10-и конференціях в Україні і країнах СНД.
Особистий вклад автора підтверджують 22 самостійні наукові публікації. В них викладені теоретичні моделі, математичний опис і результати експериментальних досліджень охолоджувачів, в яких холодоагент набуває твердої пористої структури.
Структура і обсяг роботи.
Дисертація складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаної літератури (155 найменувань) і містить 281 сторінку, включаючи 75 малюнків, 22 фотографії і 2 таблиці.
СТИСЛИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Проведений літературний огляд по властивостям пористих матеріалів, гідравлічним процесам і процесам тепломасопереносу, що відбуваються в них, а також по холодильним і теплотехнічним приладам, в яких робоче тіло зазнає фазових переходів “рідина – тверде тіло – пар” дозволив встановити наступне.
1. Більшість розглянутих досліджень присвячена вивченню гідравліки і тепломасо-переносу в тілах, що мають постійну і незмінну пористу структуру, або припускають ці умови навіть там, де їх немає (сублімаційна сушка, низькотемпературні камери БСО).

виглядає як періодичне збільшення і змінююче його зменшення висоти блоку твердої фази (мал.4).

Мал. 4 Процеси зміни висоти твердого пористого блоку холодоагенту

6. Зі збільшенням теплового навантаження Q0 необхідно інтенсифікувати процес кристалізації, що відбувається автоматично шляхом зниження висоти твердої фази. Це, в поєднанні з процесами, які відбуваються в мікрокапілярах, призводить до висновку, що структура виконує роль авторегулюємого дроселя, узгоджуючого теплове навантаження, масовий видаток холодоагенту і геометрію твердого блоку.
7. Геометрія структури і динаміка її розвитку визначають конструктивні параметри НТК при заданому тепловому навантаженні, а також значення її граничного навантаження. Для всіх зразків, що досліджувалися, найбільше граничне теплове навантаження Qmax відповідало мінімальній товщині блоку твердого холодоагенту HТ  1 мм. При Q0  Qmax механічна стійкість блоку стає недостатньою для стримування рідинної фази холодоагенту. Блок руйнується і рідинна фаза проривається крізь теплообмінник.
8. Наші посередні оцінки, пов’язані з візуальними спостереженнями, а також дані, отримані Б. І. Веркіним і його співробітниками при спостереженні за процесами отвердіння газів, дозволяють затверджувати, що мікрокапіляри мають діаметри порядку (0.5 … 1.0)10-6 м при пористості твердого блоку 30…40%.
Розроблена теоретична модель поведінки трифазної системи “рідинний – твердий – пароподібний” холодоагент в НТК БСО.
В якості першого наближення блок твердої фази приймався монолітним, однорідним без внутрішніх джерел (стоків) тепла і маси. Диференціальне рівняння енергії для твердої фази холодоагенту має наступний вигляд:

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020