Методика выбора оптимальных параметров для проектирования энергоэффективных систем транспортирования криогенных жидкостей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат наук Соколова Екатерина Владимировна

• Соколова Екатерина Владимировна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Соколова Екатерина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ В НАУЧНОЙ И ПРАКТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

1.2 АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ ОПИСАНИЯ НЕУСТАНОВИВШИХСЯ ПРОЦЕССОВ В КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТНЫХ

СИСТЕМАХ

1.3 ПЕРЕДАЧА ЖИДКОСТИ В НАСЫЩЕННОМ И НЕДОГРЕТОМ СОСТОЯНИИ. ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ И ВЫБОР МЕТОДИКИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ

2.2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ

2.3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО

ЭКСПЕРИМЕНТА

ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТРАНПОРТИРОВАНИЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПО

ТРУБОПРОВОДАМ

3.1 ПРОВЕРКА ДОСТОВЕРНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ, ОТРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

КРИОГЕННОГО ТРУБОПРОВОДА

3.2. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ КРИОСТАТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ КРИОХИРУРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

3.3 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЖИДКОСТНОЙ СИСТЕМЫ

КРИОСТАТИРОВАНИЯ СИЛОВОГО КАБЕЛЯ ИЗ ВТСП

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика выбора оптимальных параметров для проектирования энергоэффективных систем транспортирования криогенных жидкостей»

ВВЕДЕНИЕ

Развитие экономики РФ требует повышения уровня рационального использования энергетических ресурсов. Повышенная «энергоемкость» большинства технологических процессов снижает конкурентоспособность отечественных производителей, увеличивает затраты на развитие и обслуживание энергетической инфраструктуры, увеличивает негативное влияние промышленности на экологическую обстановку в стране. Особое место в стратегии повышения энергоэффективности народного хозяйства страны занимает область низкотемпературных и криогенных технологий, так как в этой сфере хозяйственной деятельности нерациональные затраты энергии определяются несколькими причинами, поэтому носят неявный характер.

Криогенные технологии обеспечивают реализацию новейших методов транспортирования энергии по сверхпроводящим системам, а так же обеспечивают производство, хранение и транспортирование новейшего энергоносителя -сжиженного природного газа. Обе указанные технологии энергосферы России основаны на использовании потоков криогенной жидкости, поэтому важной задачей технологического развития страны является создание отечественного конкурентоспособного оборудования для производства, хранения и транспортирования криогенных жидкостей, на что прямо указывает Федеральный закон РФ от 13 июля 2015 г. N 249-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "О закупках товаров, работ, услуг отдельными видами юридических лиц".

Криогенные жидкостные технологии нашли широкое применение в гуманитарных областях природного хозяйства России. Одним из таких направлений использования криогенных жидкостных технологий является разработка и производство криохирургического оборудования. В последнее время на рынке медицинской техники РФ дроссельные криохирургические системы постепенно вытесняют аппараты с жидкостным охлаждением, которые обладают более высокими энергетическими характеристиками в сравнении с дроссельными аппаратами. Удельная теплоотводящая способность жидкостных систем в 3 раза выше, чем у дроссельных. Основным достоинством дроссельных криохирургических охлади-

телей является то, что они пригодны для реализации лапароскопических вмешательств. Традиционные аппараты с жидкостным охлаждением для проведения криохирургических вмешательств такого типа не пригодны, так как имеют значительные размеры трубопроводов подачи криоагента.

Таким образом, в случае оптимизации процесса транспортирования криоа-гента, можно устранить описанные выше недостатки жидкостных криохирургических систем и обеспечить медицинские учреждения России аппаратурой с высокой степенью энергоэффективности.

Обобщая изложенную выше информацию о востребованности и значимости систем транспортирования криогенных жидкостей с точки зрения энергоэффективности различных аппаратов, исследования, направленные на разработку методики автоматизированного анализа многопараметрических задач и поиска энергоэффективных решений для частных задач транспортирования криогенных жидкостей, безусловно актуальны, а их результаты будут востребованы на практике.

Степень разработанности. Вопросам выбора оптимальных параметров системы транспортирования криогенной жидкости были посвящены работы многих ученых России: Архарова А.М., Белякова В.П., Бруяцкого Е.В., Жмакина В.А., Кутателадзе С.С., Лабунцова Д.А., Патанкара С., Полозова А.Е., Филина Н.Б. и других. Высокая активность исследований в этом направлении была связана с реализацией государственных программ по освоению космического пространства и оборонных проектов. Это отразилось на выборе задач исследований и полученных результатов.

Значительная часть исследований, направленных на повышение эффективности жидкостных криосистем, была связана с разработкой систем заправки ракетоносителей криопродуктами. Специфика эксплуатации систем такого типа существенно отличается всех других криогенных систем, поэтому полученные в этой области результаты ограниченно применимы в альтернативных сферах использования криопродуктов, таких, например, как системы жидкостного криостатирова-ния кабеля на базе ВТСП, где продолжительность низкотемпературного воздействия измеряется годами. Например, основным параметром подобных систем явля-

ется не энергоэффективность транспортирования жидкости, а скорость заполнения приемных емкостей криопродуктов.

Диверсификация сфер использования криогенных систем транспортирования жидкостей, увеличивает круг задач оптимизации конструктивных решений и повышения энергоэффективности криогенных трубопроводов. С учетом этого необходимо совершенствовать методы исследования и проектирования жидкостных систем и разработать методику решения новых нестандартных задач.

Цель работы - разработка методики автоматизированного выбора конструктивных и технологических решений для повышения энергоэффективности систем транспортирования криогенной жидкости.

Для достижения поставленной цели необходимо решить комплекс взаимосвязанных научных и практических задач:

1. Разработать обобщенную математическую модель процесса транспортирования криогенной жидкости по трубопроводу.

2. Сформулировать алгоритм определения теплофизических свойств криогенных жидкостей при произвольных значениях температуры и давления.

3. Верифицировать разработанное программное обеспечение.

4. Отработать методологию решения оптимизационных задач на конкретных моделях систем транспортирования жидкости.

5. Оценить работоспособность программных продуктов при решении частных задач передачи криогенной жидкости.

Научная новизна:

1. Предложены новые методики решения задач повышения энергоэффективности процесса транспортирования криогенных жидкостей по трубопроводам, основанные на методе исследования пространства параметров.

2. Разработана методика многокритериальной многопараметрической оптимизации систем транспортирования криогенных жидкостей и программное обеспечение для ее реализации. Методика позволяет на порядок сократить время предпроектных работ и существенно снизить временные и материальные затраты на проектирование и апробирование криогенных трубопроводов.

3. На основе предложенной математической модели выполнены численные исследования процессов в системах транспортирования криогенных жидкостей на этапе формирования технического предложения.

4. Доказана возможность использования разработанной методики при проектировании трубопроводов для отгрузки сжиженного природного газа, подачи жидкого азота в контактный теплообменник криохирургической системы, крио-статирования ВТСП кабеля потоком недогретого жидкого азота.

Теоретическая значимость исследования состоит в обосновании:

• целесообразности и эффективности использования методики многокритериальной многопараметрической оптимизации при проектировании криогенных трубопроводов, с целью углубления оценки проявляющихся в них физических закономерностей.

• обосновании энергоэффективности транспортирования криогенных жидкостей в недогретом состоянии, с целью поиска оптимальных решений по экономичности, надежности и ресурсу криогенных систем

Практическая ценность исследования состоит в:

• в разработке и верификации математического и программного обеспечения для реализации методики многокритериальной многопараметрической оптимизации при проектировании криогенных трубопроводов;

• отработке использования методики многокритериальной многопараметрической оптимизации для решения конкретных задач проектирования жидкостных систем различного назначения;

• внедрении результатов исследования в производство на научно-производственном предприятии «КРИОН», и в учебный процесс Университета ИТМО.

Методология и методы исследования. Концепция исследования основана на обобщении опыта проектирования криогенных трубопроводов различного назначения и анализе тенденций развития и диверсификации систем транспортирования криогенных жидкостей. Учитывая сложность и многогранность исследова-

тельской задачи, для ее решения использованы методы идеализации и восхождения от абстрактного к конкретному.

Объект исследования описан посредством обобщенной математической модели, что позволило выполнять анализ широкого круга возможных конструктивно-технологических решений, с последующей детализацией и конкретизацией рекомендаций с учетом конструктивных и технологических соображений. Анализ результатов численных экспериментов выполнен методом индукции.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика выбора оптимальных параметров для проектирования энергоэффективных систем транспортирования криогенных жидкостей. Доказана целесообразность введения этой методики проектирования на этапе технического предложения.

2. Обоснование рекомендаций по оптимизации конструкции и технологического режима криогенного трубопровода.

3. Результаты численного эксперимента транспортирования криогенной жидкости по сверхтонким каналам в КХС и по криостатам, охлаждающим ВТСП кабель.

Степень достоверности и обоснованность, полученных результатов обоснованы тем, что при построении математической модели трубопровода использованы общепризнанные законы, базы данных и апробированные методики. Численный эксперимент, проведенный на предложенной математической модели, показал хорошее согласование с экспериментальными данными, показанными в научных публикациях. Косвенным подтверждением является внедрение результатов исследования в производство.

Апробация работы. Основные материалы и результаты работы опубликованы в 17 научных статьях, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (104 наименования) и 2 приложений. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 47 рисунков.

ГЛАВА 1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ И МЕТОДИКИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ КРИОГЕННЫХ

ЖИДКОСТЕЙ В НАУЧНОЙ И ПРАКТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Потребление жидких криопродуктов крайне важно для многих отраслей науки и техники, таких как ядерная физика, управляемый термоядерный синтез, сельское хозяйство, медицина, газодобывающая промышленность, космонавтика и энергетика.

Использование криогенных жидкостей в перечисленных сферах человеческой деятельности преследует разные цели, которые достаточно условно можно разделить на 4 целевые группы:

1. Системы транспортирования и хранения вещества в сжиженном состоянии;

2. Системы, обеспечивающие криостатирование объектов за счет отвода теплоты к кипящей жидкости (криоагенту);

3. Системы криостатирования объекта за счет отвода теплоты к недогретой жидкости (теплоносителю);

4. Системы, использующие криогенные жидкости в перегретом состоянии.

Указанные варианты использования криогенных жидкостей имеют разный

масштаб применения и степень совершенства технологий.

Наиболее востребованы на практике жидкостные технологии первой группы, которые первоначально развивались преимущественно в области космонавтики, но последние годы в этой группе появился новый круг задач, связанный с транспортированием и хранением сжиженного природного газа (СПГ) [7,10].

Не менее технологически развита сфера использования жидких криопро-дуктов в качестве криоагента. Способность криогенных жидкостей отводить значительные тепловые потоки на стабильном уровне температуры - основа многих современных технологий: сверхпроводящих систем различного назначения, криохирургических и криотерапевтических аппаратов, замораживания грунтов, низкотемпературной утилизации вторичных ресурсов и т.д.

Гораздо менее изучены процессы использования криогенных жидкостей в качестве теплоносителя, т.е. для отвода тепловой нагрузки без изменения агрегатного состояния. Это объясняется тем, что перевод криогенной жидкости в недог-ретое состояние требует дополнительных затрат энергии и усложнения технологии отвода теплоты от жидкостного потока. Кроме того, технологии с использованием жидкого криогенного теплоносителя относительно новы и поэтому недостаточно развиты и востребованы на практике. Типичным примером технологий этой группы являются электропередающие системы, построенные на высокотемпературных сверхпроводящих элементах (ВТСП), которые эффективные в области температур 65-75 К. Этот температурный диапазон нельзя поддерживать за счет кипения криогенных жидкостей из-за отсутствия соответствующего по температуре кипения криоагента. Криостатирование ВТСП обеспечивают за счет циркуляции потока недогретого азота [47].

Использование перегретых криогенных жидкостей распространено в ядерной физике, где криопродукт используют в качестве "мишени", в которую направляют поток элементарных частиц. Движение частиц через слой перегретой жидкости формирует след из пузырьков пара (трек), по которому логично оценить скорость и массу частицы. Подобные технологии используются достаточно давно, поэтому несмотря на узкую сферу применения достаточно отработаны технологически.

Приведенное деление криогенных жидкостных технологий на отдельные группы достаточно условно, так как на практике использование криогенной жидкости может включать технологические приемы из нескольких групп. Ниже приводился обзор наиболее значимых в экономическом и социальном плане технологий использования криогенных жидкостей, которые позволяют обозначить актуальные направления исследований в сфере способов хранения и транспортирования жидких криопродуктов.

Наиболее масштабной сферой применения технологий группы 1 безусловно является газовая промышленность, а точнее сфера СПГ технологий, с которой связаны перспективы развития газовой промышленности России в ближайшее

время. Для этого сложились специфические геополитические условия, из-за которых традиционная для РФ технология экспорта природного газа (ПГ) по транснациональным трубопроводам сталкивается с нарастающим объемом организационных проблем [1].

Кроме того, развитие технологий получения и транспортирования СПГ морем привело к тому, что транспортирование ПГ в жидком виде становится рентабельнее трубопроводной технологии при длине наземного трубопровода более 1100 км [18]. Таким образом, главные проекты ПАО "Газпром" "Сила Сибири" длина которого около 4000 км, "Северный поток" - подводный участок 1222 км и наземная трасса полуострова Ямал около 4000 км, а также проект "Балтийский СПГ", в котором также предполагается ожижать газ с Ямала, являются планово нерентабельными. Низкая рентабельность одна из причин постоянного переноса сроков строительства "Балтийского СПГ".

Это подтверждает быстрое развитие СПГ проектов не связанных с применением магистральных газопроводов. В 2018 году начато транспортирование экспортного СПГ с полуострова Ямал, где расположен завод по получению сжиженного природного газа "Ямал-СПГ".

В течение одного года проект "Ямал-СПГ" вышел на плановую производительность 10 млн. тонн СПГ в год. Уже готовится к запуску третья очередь завода, которая выведет "Ямал-СПГ" в лидеры. В то время как на заводе "Сахалин-СПГ", построенном 10 лет назад, ввод в строй третьей очереди постоянно откладывается, в том числе из-за дефицита мощностей трубопроводной системы.

Логично ожидать, что в ближайшее время производство СПГ в РФ сместится в районы добычи ПГ и жидкостные технологии полностью вытеснят трубопроводное транспортирование из новых газовых проектов [33-37]. Популярность СПГ также определяется тем, что накопление и хранение криопродуктов в жидком виде позволяет обеспечивать их выдачу потребителю практически с любыми параметрами, упрощается их перевозка, так как в жидком виде плотность вещества при нормальных условиям примерно в 800 раз больше, чем в газообразном, что позволяет уменьшить конечную массу емкостного и другого оборудования [38].

Учитывая высокую рентабельность СПГ технологий необходимо организовать опережающие научные исследования в области совершенствования методов транспортирования криогенных жидкостей. Быстрое развитие отрасли СПГ сопровождается проектированием спорных с теплофизической точки зрения объектов. Таких как трубопровод СПГ для заправочного терминала завода СПГ в г. Вы-соцк Ленинградской обл. Длина этого трубопровода составляет 3000 м, из-за этого потребовалось использовать вакуумную изоляцию магистрали, в то время как обычные заправочные трубопроводы длиной порядка 1000 м имеют газонаполненную изоляцию, что значительно снижает себестоимость их изготовления.

Применение на транспорте водорода и метана в качестве горючего, а кислорода - в качестве окислителя возможно только в жидком виде.

Технология работы с криогенными жидкостями определяется их специфическими свойствами.

Системы накопления и транспортирования СПГ содержат практически все признаки, присущие жидкостным системам группы 1. Как правило, состоят из нескольких типовых объектов (рисунок 1.1.1): накопительная емкость для сбора и длительного хранения криоагента I, приемная емкость для хранения криопродук-та II и криогенный трубопровод, по которой жидкость перемещается из I в II.

В случае СПГ накопительной емкостью I является хранилище накопитель заводов СПГ, в которых содержится до 150 м СПГ. В качестве приемной емкости II выступает хранилище транспортной системы, например танкеры-метановозы. Из-за глубокой осадки танкеров-метановозов расстояние между емкостью накопителем и емкостью танкера х составляет не менее 1000 м. Набор этих исходных данных формирует задачу оптимизации жидкостной системы передачи СПГ из накопительной системы в транспортную емкость или обратно, которая возникает на приемном терминале. Задача осложняется тем, что ввиду больших размеров накопительной транспортной емкости хранение и транспортирование СПГ возможно только при давлении близком к атмосферному, а теплоизоляционная конструкция выполнения с использованием газонаполненной изоляции, это приводит к тому, что для вытеснения криопродукта из емкости I или емкости II нельзя ис-

пользовать избыточное давление паров, которое можно обеспечить, если перекрыть байпасные вентили IV, V. Поэтому в системах накопления, хранения и транспортирования СПГ обязательно используются погружные жидкостные насосы.

Рисунок 1.1.1 Принципиальная схема транспортирования и хранения криопродукта в

жидком состоянии

Примерно так же выглядит технологическая схема второго по востребованности случая транспортирования криогенных продуктов на большие расстояния, а именно заправочные системы аэрокосмической отрасли. В этом случае приемная емкость (заправочные баки ракетоносителя) должны быть удалены от накопительной емкости на существенные расстояния для обеспечения безопасности накопительных емкостей в момент запуска ракетоносителя. Эксплуатация такого рода жидкостных систем упрощается тем, что в них хранится гораздо меньший объем сжиженного криопродукта, поэтому размер емкостей I и II меньше, чем для случая хранения и транспортирования СПГ, и в них может быть использована высоковакуумная изоляция. Кроме того, для вытеснения жидкого криопродукта из накопительной емкости в приемную емкость можно использовать избыточное давление паров, так как размеры емкости не велики, а значит можно создать достаточное давление паров для вытеснения жидкости из емкости, для повышения давления паровой фазы можно использовать байпасные вентили IV, V. В остальном система выглядит примерно так же, как и в случае СПГ. Сходство конструктивных решений позволяет использовать богатый опыт проектирования заправочных систем ракетоносителей, которые в РФ насчитывают более 70 лет практики, при разработке альтернативных жидкостных систем предназначенных для накопления, хранения и транспортирования криогенных жидкостей.

Низкая температура кипения криогенных жидкостей обуславливает неизбежно высокий уровень теплопритоков из окружающей среды [9,29,49]. В сочетании с относительно малой теплотой фазового перехода криогенных жидкостей теплопритоки из окружающей среды (ОС) вызывают существенные потери крио-продукта.

Переходные режимы работы наиболее характерны для криогенных систем, отсутствие стационарных режимов работы обусловлено притоком теплоты из окружающей среды через изоляцию трубопроводов, емкостей и по тепловым мостам. Переходные режимы в свою очередь отличаются сложностью и обилием форм их проявления [16,17,21,45,48,53,59,64,65,91,95,101].

Например, при хранении криопродуктов в резервуарах с открытым вентилем газосброса IV, V (см. рисунок 1.1.1) в зависимости от внешних условий возможны как потери паров криопродукта в атмосферу, так и заброс атмосферного воздуха в паровое пространство криогенной цистерны случае повышения атмосферного давления, что создает угрозу загрязнение продукта компонентами воздуха.

Хранение криогенной жидкости при закрытом вентиле газосброса - неизбежно приводит к увеличению давления в паровом пространстве и повышению температуры криогенной жидкости. Провайдеры криогенных емкостей изготовленных по схеме «холодного» газификатора, т.е. рассчитанных на транспортирование жидкости при существенном (до 2,5 МПа) повышении давления, утверждают, что транспортирование жидкости при закрытом вентиле газосброса до минимума сокращает потери криопродукта. Это утверждение справедливо только в том случае, когда криопродукт используется потребителем в газообразном состоянии и при давлении не выше 2,5 МПа. Так как при превышении разрешенного давления предохранительная арматура (на рисунке 1.1.1. не показана) будет поддерживать давление на предельно допустимом уровне за счет сброса части паров в ОС.

Совершенно иная картина складывается в случае, когда в сосуде с закрытым вентилем газосброса потребитель получает криопродукт, который он планирует

использовать в жидком состоянии. При существенном росте давления в паровом пространстве емкости наблюдается рост температуры насыщения и уменьшение теплоты парообразования жидкости [6]. Длительное хранения жидкости сопровождается таким явлением как тепловое расслоение или стратификация жидкости.

Проектируя систему транспортирования криогенной жидкости, следует учитывать высокую вероятность прогрева под действием внешнего теплопритока и диссипативных потерь. С учетом этого при проектировании криогенных жидкостных трубопроводов формулируется задача оптимизации скорости движения жидкости по трубопроводам, для снижения прогрева жидкостного потока. Эта задача была всесторонне исследована применительно к системам заправки крио-продуктами ракетных двигателей и передаче СПГ [17,21,22,35,80].

В работах [36,49,85,92], посвященных транспортированию СПГ, показано, что эффективность транспортирования СПГ на большие расстояния обеспечивается правильным выбором оптимальных параметров, таких как:

• начальная температура передаваемого криопродукта - 153-163 К;

• начальное давление паров криопродукта в накопительной емкости I (см. рисунок 1.1.1) - 5,5 МПа;

• конечное давление паров криопродукта в приемной емкости II (см. рисунок 1.1.1) - 1,5-3 МПа.

Уникальные параметры парожидкостной системы в накопительной емкости I обеспечивает переход СПГ в недогретое состояние, которое сохраняется при перемещении в приемную емкость II. Значительный недогрев криопродукта до состояния насыщения в исходной емкости позволяет транспортировать жидкий криопродукт по криогенному трубопроводу III в недогретом состоянии, когда те-плопритока через изоляцию трубопровода покрывается за счет теплоемкости криогенной жидкости [25].

Для передачи жидкости в недогретом состоянии, т.е. в состоянии когда температура жидкости в емкости I Т/ меньше температуры насыщения паров Г"=/(Р/) при давлении Р] и температура жидкости в емкости II Т]] меньше температуры насыщения паров Тп=/(Р]])при давлении Р]] :

T < T"=f(Pi) и Tu <T"=f(Pn), важно обеспечить трубопровод III высокоэффективной тепловой защитой и создать условия для безаварийной эксплуатации жидкостной системы [77].

К таким условиям можно отнести рациональный выбор материалов для изготовления элементов жидкостной системы. Например, в РФ элементы криогенных систем традиционно изготавливают в основном из аустенитной хромонике-левой стали 12Х18Н10Т, которая имеет сравнительно низкий предел текучести (ст02 = 200 МПа). Низкие механические характеристики конструкционной стали

приводят к росту расчетной толщины стенок емкостей и магистралей, росту массы и тепловой инерции жидкостного оборудования. Применение высокопрочной стали 03Х20Н16АГ6 с более высоким пределом текучести (ст0,2 = 370 МПа) при изготовлении основного оборудования стартовых комплексов ракетно-космической системы «Энергия-Буран», позволило существенно снизить расход жидкого продукта на первичное охлаждение аппаратуры [49,79].

По теме транспортирования сжиженных криопродуктов последнее время был опубликован ряд работ, в которых нашли отражения следующие проблемы:

• разработка методики расчета гидравлических и тепловых режимов низкотемпературных трубопроводов [13,16,17,19,25,46,66,67,69];

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Соколова Екатерина Владимировна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адрианов В.А. Прохладное отношение к холодному газу. Ж. «Стратегия России», №4, 2009, с. 9-12.

2. Альтшуль А.Д., Калицун В.И., Майрановский Ф.Г. и др. Примеры расчетов по гидравлике: Учебное пособие. - М.: Стройиздат, 1976. 256 с.

3. Акулов Л.А., Борзенко Е.И., Зайцев А.В. Теплофизические свойства и фазовое равновесие криопродуктов. Справ. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2009 г. 567 с.

4. Архаров А.М., Архаров И.А., Тычкова С.О. К задаче об изменении температуры криогенных жидкостей при откачке их паров и хранении. Вестник МГТУ им. Баумана. Серия «Машиностроение», 2010, с. 41-45.

5. Баранов А.Ю. Низкотемпературные установки медицинского назначения. Ч. 1. Аппараты для общего криотерапевтического воздействия: Учеб. пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2016. - 178 с.

6. Баранов А.Ю., Соколова Е.В. Хранение и транспортировка криогенных жидкостей. Часть 1: Учебное пособие. - СПб.: Университет ИТМО, 2017. -95 с.

7. Бармин И.В., Чечулин Ю.К., Кунис И.Д. Сжиженный природный газ -альтернативный энергоноситель и доступное топливо // Холодильное дело. -1996. - №3.

8. Беляев А.М., Багненко С.Ф., Рухляда Н.В. Внутрибрюшинная химиотерапия злокачественных опухолей. СПб. : Элби-СПб., 2007. — 238 с.

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

271 с.

10. Блейхер Э.М., Владимиров А.Е., Иванцов О.М., Польский С.М. Трубопроводный транспорт сжиженного природного газа: Научно-технический обзор // Транспорт и хранение газа/ ВНИИЭгазпром. М., 1977- 56 с.

11. Бобрихин А.Ф., Гудков А.Г., Цыганов Д.И., Агасиева С.В., Горлачева Е.Н., Леушин В.Ю., Шашурин В.Д. Малогабаритные автономные криохирургические аппараты. Медицинская техника. 2017. № 2 (302). С. 33-35.

12. Борзенко Е.И., Зайцев А.В. Установки и системы низкотемпературной техники. автоматизированный расчет и моделирование процессов криогенных ус-

тановок и систем. Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 140400 "Техническая физика" / СПбГУНиПТ, Санкт-Петербург, 2006, 232 с.

13. Бруяцкий Е.В., Костин А.Г., Никифорович Е.И., Розумнюк Н.В. Метод численного решения уравнений Навье-Стокса в переменных скорость-давление. Киев: Институт гидромеханики НАН Украины, 2007. - 11 с.

14. Будрик В.В. Исследование теплообменных процессов в криохирургических задачах с вынужденной циркуляцией криоагента: Автореферат дисс. на со-иск. ученой степени канд.техн.наук. Москва: МВТУ, 1979. - 16 с.

15. Будрик В.В. Физические основы криометодов в медицине. Москва: МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2006. - 130 с.

16. Владимиров А.Е., Иванцов О.М. Стационарные и переходные режимы трубопроводов сжиженного природного газа. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1981. №6. - с. 105-114.

17. Владимиров А.Е., Одишария Г.Э. Гидравлический и тепловой расчеты трубопроводов СПГ с учетом его сжимаемости. Транспорт и хранения газа, ВНИИЭгазпром. 1971 - №9, с.13-17.

18. Воронов В.А., Докукин В.П., Николаев А.К. Анализ существующих методик расчета режимов перекачки сжиженного природного газа по трубопроводам. Записки Горного института. 2012. Т. 199. С. 357-359.

19. Врагов А.П. Гидромеханические процессы и оборудование химических и нефтеперерабатывающих производств: Учебное пособие. Сумы: Изд-во СумГУ, 2005.- 208 с.

20. Врагов А.П. Теплообменные процессы и оборудование химических и нефтеперерабатывающих производств: Учебное пособие. Сумы: Изд-во СумГУ, 2005.- 216 с.

21. Гольдзберг В.О., Фишер В.З., Марон В.И. Движение по трубопроводу сжиженного природного газа с фазовыми превращениями. Газовая промышленность, 1974. -№5, С. 32-35.

22. Грезин А.Г., Громов А.В., Мельникова Н.С. Использование сжиженного природного газа в качестве энергоносителя задача государственной важности.// Холодильная техника. - 1999 - №9, с. 6.

23. Гудков С.Ф., Беньяминович О.А., Одишария Г.Э. Технико-экономический анализ транспорта природного газа в сжиженном и охлажденном состоянии. М., ВНИИгаз, 1970, 28 с.

24. Делайе Дж, Гио М., Ритмюллер М. Теплообмен и гидродинамика в атомной и тепловой энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1984, 422 с.

25. Друзякин И.Г. Управление агрегатным состоянием жидкой углекислоты в технологических трубопроводах: Дис.канд.тех.наук: 05.13.06 Пермь, 2004-138 с.

26. Житомирский И.С., Пестрякова В.А. Методы расчета гидродинамических и теплообменных процессов, имеющих место при заполнении, наддуве и опорожнении криогенных емкостей. - В кн. Космические исследования на Украине. Киев: Наукова думка, 1973, вып. 1, С.90-99.

27. Жмакин В. А. Разработка методов и технических решений для транспортировки сжиженного природного газа по низконапорным трубопроводам. авто-реф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. специальность 25.00.19 <Стр-во и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ> - 2007, 16 с.

28. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. - 472 с.

29. Загорученко В.А., Журавлев А.М. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. М., 1969. - 236 с.

30. Иванов В.И., Еремеев В.А. Исследование процесса получения переохлажденного сжиженного природного газа. Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. Том 1. - СПб.: Университет ИТМО, 2017. - 348 с.

31. Иванов В.И., Соколова Е.В. Криовакуумные системы: Учебное пособие -Санкт-Петербург: СПб: Университет ИТМО, 2017, 2017. - 77 с.

32. Иванов К.А., Павлов Н.В. Современные атмосферные испарители криогенных жидкостей. Москва: Технические газы, № 3, 2010, с. 30-33.

33. Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Статья «Твердый шаг жидкого газа». Наука и жизнь. №7. 1988, с. 79.

34. Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Низкотемпературные газопроводы. М.: Недра, 1980. -140 с.

35. Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Эффективность строительства низкотемпературных газопроводов. М., НИПИЭСУнефтегазстрой, 1977, 60 с.

36. Иванцов О.М. Преимущества использования сжиженного природного газа. - Строительство трубопроводов, 1971. №6 -С. 12-13.

37. Иванцов О.М. Транспорт и хранение сжиженного газа во Франции. - М.: ВНИОЭНГ, 1968. - С. 12-14.

38. Ильинский А.А. Транспорт и хранение промышленных сжиженных газов. - М.: Химия, 1976. -160 с.

39. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для вузов, изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: «Энергия», 1975. - 488 с.

40. Канюков В.Н., Терегулов Н.Г., Винярский В.Ф., Осипов В.В. Развитие научно-технических решений в медицине (учебное пособие) - Оренбург, ОГУ, 2000. - 255 с.

41. Киселев В. В., Разработка автоматизированных методов повышения безопасности и надежности трубопроводов энергообъектов и оптимизация режимов их работы. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. к.т.н. Спец. 05.26.03. Спец. 05.14.01 - 2004.

42. Козлов Б.К. Режимы и формы движения воздухо-водяной смеси в вертикальной трубе. Сб. «Гидродинамика и теплообмен в котлах высокого давления». Изд.АН СССР, 1955, с.21-24.

43. Козлов Б.К. Формы течения газо-жидкостных смесей и границы их устойчивости в вертикальных трубах. Журнал Технической физики, т. 24, вып.12, 1954, с. 2285-2288.

44. Кондратенко Р.О. Разработка и создание аппаратуры для криохирургии и криотерапии: дисс. на соискание уч.степени канд.техн.наук по спец. 05.04.03. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. - 140 с.

45. Костерин С.И. Исследование структуры потока двухфазной смеси в горизонтальных трубах. Известия ОТН АН СССР, №7, 1948, С. 37-45.

46. Костюк В.В. Методы расчета процессов заполнения и охлаждения емкостей и магистралей криогенными жидкостями.- Новосибирск: Академия наук СССС Сибирское отделение Институт теплофизики,1990, 70 с.

47. Костюк В.В., Каторгин Б.И., Фирсов В.П., Ковалёв К.Л., Равикович Ю.А., Антюхов И.В., Тимушев С.Ф., Верещагин М.М., Холобцев Д.П., Ермилов Ю.И., Балабошко Н.Г., Гапеев Ю.А., Лесовников А.С., Сычков А.Е., Модестов К.А. Система криообеспечения высокотемпературной сверхпроводимости устройств (СКР 001). Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 8.

48. Красякова Л.Ю. Некоторые характеристики движения двухфазной смеси в горизонтальной трубе. Журнал Технической физики, т.12, вып. 4, 1972, с. 14831487.

49. Криогенные системы. Том 2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем. Под общей редакцией А.М. Архарова и А.И. Смородина. М.: Машиностроение, 1999. - 720 с.

50. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-367 с.

51. Куталадзе С.С., Стыркович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М.: Энергия, 1976, 296 с.

52. Кутепов A.M., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учеб.пособие для вузов.- 3-е изд., испр.- М.: Высш. шк., 1986.-448 с.

53. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. Избранные труды по теплообмену, гидродинамике, термодинамике. М.: Изд-во МЭИ, 2000, 388 с.

54. Лесин В.В., Лисовец Ю.П. Основы методов оптимизации. - М.: Изд-во МАИ, 1998, 344 с.

55. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Наука, 1969. - 742 с.

56. Лямаев Б.Ф., Небольшин Г.П., Нелюбов В.А. Стационарные и переходные процессы в сложных гидросистемах. Методы расчета на ЭВМ. (Под.ред. Ля-маева Б.Ф.) Л.: Машиностроение, 1978, 192 с.

57. Справочник по физико-техническим основам криогеники/ М.П. Малков, И.Б. Данилов, Л.Г. Зельдович, А.Б. Фрадков; Под ред. М.П. Малкова. М.: Энергия, 1973. - 342 с.

58. Мутовин Ю.Г. Покрытие пиковых неравномерностей газопотребления сжиженным природным газом и исследование технологических процессов его производства: Автореф. дис. канд. техн. наук,- М.: ВНИИГАЗ, 1988.

59. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных систем. Т.1,2 М.: Наука, 1987,464 с.

60. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости.- М.: Энерго-атомиздат, 1984.- 152 с.

61. Патент №2115377, РФ, МКП7 А61В 17/36. Устройство для криохирургического воздействия/ В.Б. Низковолос, А.Д. Аничков; опубл.20.07.98, БИ №20.

62. Патент №58658 РФ, F17D 1/13, F16L 9/18. Трубопровод для передачи криогенной жидкости / Полозов А.Е., Жмакин В.А. (Россия). № 2006116911/22; Заявлено 16.05.2006; Опубл. 27.11.2006, Бюл. № 33.

63. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. - М.: Наука, 1982- 256 с.

64. Полозов А.Е., Жмакин В.А. Преодоление двухфазности течения транспортируемого сжиженного природного газа по трубопроводу // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова.- 2005.- № 12. С. 58-61.

65. Полозов А.Е., Кобелев Н.С., Жмакин В.А. Динамика двухфазного течения сжиженного природного газа при самотечной передаче по трубопроводам. // Вибрационные машины и технологии: Сб. науч. тр. Курск: КГТУ, 2005.- С. 140142.

66. Полозов А.Е. Методика определения режима охлаждения низкотемпературного трубопровода // Газовая промышленность. 1996-№12.-С. 24-26.

67. Полозов А.Е. Низкотемпературные газопроводы // Газовая промышленность. 1997. -№ 11. - С. 12-14.

68. Пушкарев А.В. Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена при многозондовом низкотемпературном воздействии на биоткани: дисс. на соискание уч.степени канд.техн.наук: 05.04.03. - М., 2017. 178 с.

69. Расчет течений жидкостей и газов с помощью универсального программного комплекса Fluent. Учеб. пособие/ О.В. Батурин, Н.В. Батурин, В.Н. Матвеев - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2009. - 151с.: ил.

70. Резницкий В.Г. Разработка методов криовоздействия на биоткань. Создание криохирургических систем и их применение: дисс. на соискание уч.степени канд.техн.наук. М.: МВТУ, 1984. - 243 с.

71. Рекомендации по гидравлическому и тепловому расчетам магистральных трубопроводов, транспортирующих природный газ в охлажденном и сжиженном состоянии. -М.: ВНИИГАЗ, 1973- 25 с.

72. Сафонов B.C., Белоусов В.Д., Яковлев Е.И. Гидравлический расчет магистральных трубопроводов сжиженного природного газа. - Изв. высш. учебн. заведений. Нефть и газ. - 1974. -№ 4- С. 83-88.

73. Сафонов B.C., Белоусов В.Д., Яковлев Е.И. Тепловой расчет магистральных трубопроводов сжиженного природного газа при установившемся режиме работы. Изв. вузов. Нефть и газ - 1973 - № 1.- С. 81-84.

74. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. - М.: Наука, 1981. - 111 с.

75. Соу С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Наука, 1971, 536 с.

76. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под ред. Клименко А.В., Зорина В.М. 3-е издание, М.: издательство МЭИ, 2001, 564 с.

77. Тепловая изоляция. / Под ред. Г.Ф. Кузнецова. Изд. 3-е, испр., М.: Стройиздат, 1976. - 439 с.

78. Теплопередача при низких температурах / Под ред. У. Фроста: пер. с англ. / В.В. Альтова и А.А. Васильева; Под ред. Н.А. Анфимова. М.: "Мир", 1977391 с.

79. Трубопроводы сжиженного природного газа, материалы и конструкции для их обустройства. Сборник научных трудов. - М.: ВНИИСТ, 1985. - с.10-13

80. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Мир, 1972, 436 с.

81. Установка сжижения природного газа на базе детандерно-компрессорного агрегата УСДК. Технико-коммерческое предложение ОАО «Криогенмаш». Балашиха, 2000. - С. 58.

82. Фастовский В.Г., Петровский Ю.О. Ровенский А.Е. Криогенная техника. -М.: Энергия, 1967. - 416 с.

83. Фенько В.Е. Перспективы использования СПГ //Газовая промышленность 2000. - № 2 - С.58.

84. Филин Н.Б, Буланов А.Б. Жидкостные криогенные системы. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1985 - 247 с.

85. Филин Н.В. и др. Неустановившиеся процессы в криогенных системах. Обзорная информация. Сер. ХМ-6, Криогенное и кислородное машиностроение. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1973, - 23 с.

86. Харлоу Ф. Х. Численный метод частиц в ячейках для задач гидродинамики // Вычислительные методы в гидродинамике. - М.: Мир.-1967.- С. 316-342.

87. Холявин А.И., Низковолос В.Б. Криохирургический прибор, работающий на твердой углекислоте, и его применения в стереотаксической хирургии головного мозга // Проблемы криобиологии и криомедицины. - 2014. - Т. 24, №4. -С. 354-365.

88. Цыганов Д.И. Криомедицина: процессы и аппараты. Монография. - М.: САЙНС - ПРЕСС, 2011 - 304 с.

89. Цыганов Д.И. Разработка методики и определение теплопроводности биотканей в интервале температур 77-320 К: дисс.канд.техн.наук. М.: МВТУ, 1986. - 140 с.

90. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. М.: Наука, 1975, 296 с.

91. Чисхолм Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках: Пер. с анг./ Великобритания.-М.:Недра,1986.- 204с.

92. Шевич Ю.А. Хранение и транспортировка криогенных жидкостей. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 67 с.

93. Шишов В.В. Моделирование нестационарных рабочих процессов в низкотемпературных системах: автореферат дисс. на соискание уч.степени канд.техн.наук по спец.05.04.03. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. - 16 с.

94. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. - М.: Мир, 1980. - 616 с.

95. Bankoff S.G. A variable density single-fluid model for two-phase flow with particular reference to steam-water flow// J. Heat Transfer. 1960. Vol.82, p.265-272.

96. Chorin A. J. Numerucal solution of the Navier-Stokes equations // Math.Comput.- 1968.- 22.- P. 745-762.

97. Chorin A. J. A numerical method for solving incompressible viscous flow problems // J. Comput. Phys.- 1967.- 2, N1.- P. 12-26.

98. Douglas J., Gunn J. E. A general formulation of alternating direction implicit methods. Pt. 1. Parabolic and hyperbolic problems // Numer. Math.- 1964.- 6, N5.- P. 428-453.

99. Harlow F. H. Welch J. E. Numerical calculation of time-dependent viscouse incompressible flow of fluid with free surface // Phys. Fluids.- 1965.- 8, N12.-P. 21822189.

100. Patancar S. V., Spolding P. V. Calculation Procedure for Heat, Mass, and Momentum Transfer in Three-dimensional Parabolic Flows // Int.j.Heat and Mass Transfer.- 1972.- 15.- P. 1787-1806.

101. Peaceman D. W., Rachford H. H. The numerical solution of parabolic and ellipt^ differentional equations // J. Soc. Indust. Appl. Math.- 1955.- 3, N1.- P. 28-41.

102. Taitel Y., Dukler A.K. A model for predicting flow regime transitions on horizontal and near horizontal gas-liquid flow // AlChE Journal. 1976. Vol.22. №1. P.47-55.

103. Xu K., Korpan N.N., Nui L. Modern Cryosurgery for Cancer. London: World Scientific Publisher, 2012. 940 pp.

104. Yukikazu Iwasa. Case Studies in Superconducting Magnets. Design and Operational Issues. - Springer US, 2005, XXXIV, 682.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ТЕКСТ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ТРАНПОРТИРОВАНИЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ ПО ТРУБОПРОВОДУ module kat

common/tfs/z,ro,cp,aktr,akms !свойства смеси character(50) text real x(10) common /sostav/x common /param/pvi,pva, & Tvi,Tva, & Gi,Ga, & dLi,dLa, & ni,na, & d2i,d2a, & deli,dela, & dizi,diza, & qi,qa, & E1kr,E2kr,pjkr

end

program katena_opt use kat

open(3,file='k_rez.txt') !открытие файла для результатов расчёта write(3,*)'ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:'; write(3,*)'=—====='

open(1,file='k_dataG.txt') !подключение файла с составом газа (смеси газов) read(1,*);read(1,*);read(1,*)nv !ввод типа криопродукта в программу if(nv==10) &

then !выбран СПГ

write(3,*)'Криопродукт - СПГ';read(1,*);read(1,*);read(1,*)

read(1,*)(x(i),i=1,5); read(1,*);read(1,*)(x(i),i=6,10) !загрузка состава газа ! Число компонент смеси СПГ - 10. Не используемые следует задавать 0 write(*,*)' MIX STRUCTURE (SOSTAV SMESI)' write(*,*)' ..............................'

write(*,*)' Methane Ethane Propane Butane Pentane' write(*,*)(x(i),i=1,5)

write(*,*)' Hexane Heptane S2H Carbon dioxide Nitrogen' write(*,*)(x(i),i=6,10) write(3,*)' СОСТАВ СМЕСИ' write(3,*)' ..................'

write(3,*)' Метан Этан Пропан Бутан Пентан'

write(3,*)(x(i),i=1,5)

write(3,*)' Гексан Гептан Сероводород Двуокись углерода Азот' write(3,*)(x(i),i=6,10) else

select case (nv) !вызов п/п св-в по криопродукту case (0); write(3,*)'Криопродукт - Воздух'; call AER case (1); write(3,*)'Криопродукт - Азот'; call N2 case (2); write(3,*)'Криопродукт - Аргон'; call Ar case (3); write(3,*)'Криопродукт - Кислород'; call O2 case (4); write(3,*)'Криопродукт - Водород'; call H2 case (5); write(3,*)'Криопродукт - Гелий-1'; call He1 case (6); write(3,*)'Криопродукт - Гелий-2'; call He2 case (7); write(3,*)'Криопродукт - Метан'; call CH4 case default; print*,'ERROR KRIAG'; end select endif

open(2,file='k_dataT.txt') !подключение файла с исх. данными трубы read(2,*) ! ПАРАМЕТРЫ read(2,*)text,pvi,pva !давление на входе,МПа

write(3,'(1x,a,f6.3,5x,f6.3)')text,pvi,pva;write(*,*)'pvi,pva',pvi,pva read(2,*)text,Tvi,Tva !температура на входе ,К write(3,'(1x,a,f6.2,6x,f6.2)')text,Tvi,Tva;write(*,*)'Tvi,Tva',Tvi,Tva read(2,*)text,Gi,Ga !массовый расход,кг/ч write(3,'(1x,a,f6.0,5x,f6.0)')text,Gi,Ga;write(*,*)'Gi,Ga',Gi,Ga read(2,*)text,dLi,dLa !длина трубы,м

write(3,'(1x,a,f6.0,5x,f6.0)')text,dLi,dLa;write(*,*)'dLi,dLa',dLi,dLa read(2,*)text,ni,na !количество участков трубы write(3,'(1x,a,i3,8x,i3)')text,ni,na;write(*,*)'ni,na',ni,na read(2,*)text,d2i,d2a !наружный диаметр,м write(3,'(1x,a,f6.3,5x,f6.3)')text,d2i,d2a;write(*,*)'d2i,d2a',d2i,d2a read(2,*)text,deli,dela !толщина стенки,м

write(3,'(1x,a,f6.3,5x,f6.3)')text,deli,dela;write(*,*)'deli,dela',deli,dela

read(2,*)text,dizi,diza !толщина изоляции,м

write(3,'(1x,a,f6.3,5x,f6.3)')text,dizi,diza;write(*,*)'dizi,diza',dizi,diza

read(2,*)text,qi,qa !плотность теплового потока Вт/кв.м (Арх,2,с.569)

write(3,'(1x,a,f4.0,8x,f4.0)')text,qi,qa;write(*,*)'qi,qa',qi,qa

read(2,*)

read(2,*) ! ОГРАНИЧЕНИЯ

read(2,*)text,E1kr !предел энергопотерь прокачки(трение), кВт write(3,'(1x,a,f6.2)')text,E1kr;write(*,*)'E1kr',E1kr

read(2,*)text,E2kr !предел энергопотерь переохлаждения(температура), кВт write(3,'(1x,a,f6.2)')text,E2kr;write(*,*)'E2kr',E2kr read(2,*)text,pjkr !предел давления на выходе, МПа write(3,'(1x,a,f6.3)')text,pjkr;write(*,*)'pjkr',pjkr

!предел температуры на выходе определяется расчётно (кипение), К ! print* ;print* ,'Click ENTER' ;read* call katena

print*;print*,'G O T O V O ! ! ! (ENTER)';read* end

subroutine katena use kat

write(3,*);write(3,*);write(3,*)'РЕЗУЛЬТАТЫ:';write(3,*)' write(3,*)'............................................................

write(3,*)' i di pv pj Tv Tj G E1 E2

Esum'

write(3,*)' м МПа МПа К К кг/ч Вт Вт Вт'

write(3,*)'.............................................................................................

write(*,*)' i di pv Tv G E1 E2 Esum' !write(3,*)' di d2 diz pv Tv pj Tj E1 E2 Esum'

do i=1,1000

pv=pvi+rand()*(pva-pvi) !давление на входе, МПа Tv=Tvi+rand()*(Tva-Tvi) !температура на входе, К G=Gi+rand()*(Ga-Gi) !массовый расход, кг/ч !G=Gi !НЕ варьируем !dL=dLi+rand()*(dLa-dLi) !длина трубы, м dL=dLi !НЕ варьируем

n=ni !количество участков трубы, НЕ варьируем d2=d2i+rand()*(d2a-d2i) !диаметр трубы наружний, м del=deli !толщина стенки трубы, м (ГОСТ) diz=dizi !толщина изоляции, м (выбираем оптим., теория) d1=d2-2.*del !внутренний диаметр, м d3=d2+2.*diz !диаметр изоляции, м !q=qi+rand()*(qa-qi) !плотность теплопритока, Вт/кв.м q=qi

!print*,'..........................................................................'

!print*,' dLj w p T z ro cp'

!print*,'..........................................................................'

!write(3,*)'............................................................................................

!write(3,*)' di d2 diz pv Tv pj Tj E1 E2 Esum'

!write(3,*)'............................................................................................

ddL=dL/n !длина одного расчётного участка

dT=0. !нагрев жидкости на текущем участке

dp=0. !падение давления жидкости на текущем участке

dLj=0;Tj=Tv;pj=pv !начальное сечение, температура, давление

E1=0.;E2=0. !начальные энергопотери

do j=1,n !перебор участков

if(nv==10)then !св-ва СПГ во входном сечении

call k_LNG(pj,Tj,x)

else read*;endif Ts=FTS(pj)

Ts=FTS2(pj) !T насыщения if(Tj>=Ts)exit !не выполнено ограничение ro=FROL(pj,Tj);cp=CRCP(ro,Tj);z=CRZ(ro,Tj) endif

dLj=dLj+ddL

wj=4.*G/(ro*3.1416*di*d1*3600.) !print*,'zzz',wj,di;read*

dp=(1.+aktr*ddL/di)*.5*ro*wj*wj*1.e-6 !МПа, м/с

pj=pj-dp !МПа

if(pj<=pjkr)exit !не выполнено ограничение

dT=(4.*q/ro/wj+aktr*wj*wj/2.*(1.+akm0d1/aktr/ddL))*ddL/d1/(cp*1.e3) Tj=Tj+dT !К

if(Tj>=Ts)exit !не выполнено ограничение !dE1=(dp*1.e6*G/(3600.*ro))/1000. !Мощность гидропотерь, кВт !dE2=(cp*1.e3*dT*G/3600.)/1000. !Мощность теплопотерь, кВт dE1=(dp*1.e6*G/(3600.*ro)) !Мощность гидропотерь, Вт dE2=(cp*1.e3*dT*G/3600.) !Мощность теплопотерь, Вт E1=E1+dE1; E2=E2+dE2 ! print*,akms/(aktr*dL/d 1 ),(Tj -Tv)/(dL/d 1 ),wj print*,'xxx',ro,E1,E2;read* enddo

!write(*,'(1x,i4,8f12.3)')i,d1,pv,Tv,pj,Tj,E1,E2,E1+E2; read* if(pj<=. 1)then; write(*,'(1x,i4,a)')i, write(3,'(1x,i4,a)')i,' Ограничение по давлению !!!' cycle; endif

if(Tj>=Ts)then; write(*,'(1x,i4,a)')i, !write(3,'(1x,i4,a)')i,' Ограничение по температуре !!!' cycle; endif

if(E1>E1kr)then; write(*,'(1x,i4,a)')i,

write(3,'(1x,i4,a)')i,' Ограничение по мощности гидропотерь !!!' cycle; endif

if(E2>E2kr)then; write(*,'(1x,i4,a)')i,

write(3,'(1x,i4,a)')i,' Ограничение по мощности теплопотерь !!!' cycle; endif

write(3,'(1x,i4,10f12.3)')i,d1,pv,pj,Tv,Tj,G,E1,E2,E1+E2

write(*,'(1x,i4,f12.3,e12.4,6f12.3)')i,d1,pv,Tv,G,E1,E2,E1+E2

enddo

end

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

К R I 6 N

Утверждаю

1 -лавный инженер ООО «1Gay ч но- I! роизводствен ное предприятий «КРИОН» Ежахов К,Б.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационного исследования Соколовой К.В, на тему «Методики выбора оптимальных параметров для проектирования энергоэффективных систем транспортирования криогенных жидкостей»

Комиссия п составе: председателя: главного технолога Паламарчук А,В, и членов комиссии заведующего производством Злшнхина Д. Л. и инженера См ей кала К. П., составила настоящий акг в том. что результаты диссертационной работы Соколовой Е.В. были внедрены и производство «Научно-производственного предприятия «КРИОН»,

Изложенная и диссертационной работе методика моделирования и выбора оптимальных параметров энергоэффективных систем транспортирован ия криогенных жидкостей включена в регламент проектирования систем дистанционной поддачи жидкого азота в криотерапевтические комплексы «КАЭКТ-01 «КРИОН».

С использованием методики Соколовой В,В. а 2«! К году было выполнены проекты размещения и технического обеспечения й новых комплексов «КАЭКТ-01 «КРИ011» и два проекта модернизации действующих комплексов.

Использование методики позволило сократить продолжительность подготовки к проектированию и снизить удельные потери криоагента при передаче ич питающей емкости в систему криостаггврования комплекса «КАЭКТ-01 «КРИОН».

I Председатель комиссии; Члены комиссии:

I [аламарчук Л. в. Чашихип Д.Д. Смейкал К. П,

Россия, 197349. Санкт-Петербург, Макулатурный проезд, дом 4, литер А, пом. 120-121;

Тел /Факс: (612) 49B-28-£fi; 301-29-70; www. k rlori-g (obal.com E-mail into@kriem-global com

УНИВЕРСИТЕТ ИТМО

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» (Университет ИТМО)

МИНОБРНДУКИ РОССИИ

Кронверкский проспект, д. 49, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация, 197101 тел.: [phone] | факс: [phone] [e-mail] \ www.ifmo.ru

АКТ ВНЕДРЕНИЯ в учебный процесс результатов диссертационного исследования Соколовой Е.В. на тему

«Методика выбора оптимальных параметров для проектирования энергоэффективных систем транспортирования криогенных жидкостей»

Настоящим актом подтверждается, что положения и результаты диссертационной работы были внедрены в учебную деятельность Университета ИТМО.

Изложенные в диссертационной работе теоретические положения, методы моделирования и выбора оптимальных параметров для проектирования энергоэффективных систем транспортирования криогенных жидкостей используются при подготовке студентов, обучающихся по направлению подготовки 16.03.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения». Методика выбора оптимальных параметров для проектирования энергоэффективных систем транспортирования криогенных жидкостей нашла свое применение в ходе курсового и дипломного проектирования.

Результаты численных экспериментов были использованы при написании учебного пособия «Хранение и транспортировка криогенных жидкостей. Часть 1», авторов Баранова А.Ю., Соколовой Е.В.

Директор мегафакультета биотехнологий и низкотемпературных систем,

профессор, д.т.н.