Получение мелкодисперсных частиц водного льда методом диспергирования в условиях вакуумирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат технических наук Сусликов, Денис Владимирович

• Сусликов, Денис Владимирович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сусликов, Денис Владимирович

Условные обозначения.

Введение.

Глава 1. Обзор проблемы получения и применения водного льда в виде водоледяных суспензий. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Общие сведения о свойствах и сферах применения природного и искусственного водного льда.

1.2. Различные виды искусственного водного льда, получаемые в промышленности. Классификация льдогенераторных установок.

1.3. Преимущества использования водоледяных суспензий как промежуточного хладоносителя. Области применения водоледяных суспензий в различных отраслях промышленности.

1.4. Классификация генераторов мелкокристаллического водного льда.

1.5. Основные типы систем накопления во до ледяной суспензии.

1.6. Системы холодоснабжения с использованием водоледяной суспензии в качестве промежуточного хладоносителя.

1.7. Теоретические и экспериментальные исследования в области замораживания воды в виде мелкодисперсного льда. Результаты исследований.

1.8. Альтернативный способ получения мелкодисперсного водного льда.

Глава 2. Аналитическое описание процесса замерзания капель воды, диспергируемых в вакуумируемое пространство термокамеры.

2.1 Постановка задачи и ее приближенное аналитическое решение.

Глава 3. Опытная установка для получения мелкодисперсного водного льда в условиях вакуума.

3.1. Описание опытной установки и ее элементов.

3.2. Последовательность пуска установки и управление процессом получения мелкодисперсных частиц водного льда.

3.3. Измерение действительной холодопроизводительности вакуумного льдогенератора. Калибровка опытного стенда.

3.4. Вспомогательное оборудование и приспособления, используемые при проведении опытов.

3.5. Расчет эффективной производительности установки и пропускной способности вакуумной коммуникации.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований вакуумного генератора водного льда мелкодисперсной структуры.

4.1. Промерзание капли в условии вакуумирования. Сопоставление теоретических опытных данных по показателю затвердевания капель различного диаметра.

4.2. Влияние температуры, подаваемой диспергирование воды, на производительность аппарата по твердой фазе. Энергетические показатели установки.

4.3. Распределение гранул водного льда по геометрическому диаметру.

4.4. Обработка опытных данных и оценка погрешностей.

4.4.1. Погрешности измеряемых величин.

Глава 5. Практическое применение вакуумных льдогенераторов по производству мелкодисперсного водного льда.

5.1. Области применения вакуумных машин малой холодопроизводительности.

5.2. Обоснование применения двухроторных вакуумных насосов в холодильных машинах, использующих воду как холодильный агент.

5.2.1. Аспекты применения средств вакуумной откачки различных типов.

5.2.2. Преимущества двухроторных вакуумных насос-компрессоров.

5.2.3. Эксплуатационные ограничения для двухроторных вакуумных насос-компрессоров.

5.2.4. Ресурсы увеличения скорости откачки двухроторных насос-компрессоров.

5.3. Пример расчета вакуумных установок для производства мелкодисперсного водного льда.

5.4. Сравнение параметров реально действующей фреоновой парокомпрессионной установки для производства водного льда с вакуумным льдогенератором мелкодисперсного льда.

5.5. Использование вакуумных льдогенераторов по производству водоледяной суспензии системах кондиционирования воздуха.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение мелкодисперсных частиц водного льда методом диспергирования в условиях вакуумирования»

Поиск новых рабочих веществ для современных парокомпрессионных холодильных машин в настоящее время становится всё более острой проблемой из-за возрастающих экологических требований, предъявляемых к ним. Разработка новых экологически безопасных хладагентов связана с большими финансовыми затратами и не всегда может гарантировать успех. Поэтому такие факторы как совместимость с окружающей средой, доступность, термодинамическое совершенство, низкая стоимость, пожаровзрывобезопасность, актуализируют поиск рабочих веществ природного происхождения - в том числе воды, диоксида углерода, водных растворов солей и спиртов.

Вода является простым, дешевым, совершенным по теплофизическим свойствам веществом, обладающим высокими показателями скрытой теплоты парообразования и теплоемкости. Использование воды как холодильного агента в системах охлаждения является перспективным в сельском хозяйстве, на транспорте, в промышленном и гражданском кондиционировании. Однако рабочий цикл с применением воды в качестве хладагента проходит при давлении ниже атмосферного. В результате система должна пропускать большие объемные потоки водяного пара, имея сравнительно высокие коэффициенты сжатия. По этой причине, машины высокой объемной производительности являются наилучшим выбором. Основной цикл машин, работающих на воде, фактически идентичен парокомпрессионному холодильному циклу с традиционными холодильными агентами, за исключением того, что в связи с доступностью и относительно низкой стоимостью воды как холодильного агента, возможно, ее использование в разомкнутом цикле. В силу своих специфических свойств (низкое давление паров при температурах 0.+20°С), существующий парк холодильных компрессоров не может быть использован, поэтому в качестве средств компремирования выбраны скоростные вакуумные насосы ротативного действия.

На сегодняшний день водоледяная суспензия и водный лёд находят широкое применение в разных отраслях промышленности. Применение водоледяных суспензий в холодильной технике существенно сокращает габариты теплообменного оборудования, более интенсивно протекают процессы тепломассообмена.

Классические методы получения мелкодисперсного водного льда предполагают наличие парокомпрессионных холодильных машин, использующих различные виды холодильных агентов от хладонов и аммиака до углеводородов и С02. В последние годы в холодильной технике появилась узкая группа синтетических хладагентов типа R123, R407C, которые имеют минимальное отепляющее воздействие на окружающую среду и не разрушают озоновый слой. Подобные вещества не производятся в нашей стране, поэтому они весьма дороги. Еще более дорогими являются синтетические масла совместимые с ними.

Создание вакуумных льдогенераторов в нашей стране в настоящее время находится в стадии развития. Учитывая потребность сельского хозяйства и малого предпринимательства в подобных машинах малой и средней холодопроизводительности, обоснована необходимость исследований в данной области.

Заключение диссертации по теме «Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения», Сусликов, Денис Владимирович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Создан стенд-имитатор вакуумного льдогенератора по получению мелкодисперсного водного льда.

Получены основные характеристики вакуумного генератора мелкодисперсного водного льда, работающего в различных режимах испытаний.

Выявлен энергетически выгодный режим работы льдогенератора.

Экспериментально подтверждены технологические преимущества вакуумного метода получения мелкодисперсного водного льда методом диспергирования воды по сравнению с существующими льдогенераторными установками, работающими на традиционных холодильных агентах (HFC).

На основе физических представлений о процессе предложено аналитическое описание процесса замерзания капель жидкости в вакуумируемом объеме гермокамеры-генераторе.

Расхождение между полученными опытными данными и аналитическим расчетом невелико и находится в пределах 8-11 %.

Разработана инженерная методика расчета производительности вакуумных генераторов мелкодисперсного водного льда.

Создана программа для проектного расчета вакуумных льдогенераторов с использованием ЭВМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сусликов, Денис Владимирович, 2009 год

1. Ануфриева И.В., Васильев Ю.К., и др. Современное состояние рынка форвакуумных средств откачки — Вакуумная техника и технология — 2003 — том 13 —№2. 93-99 с.

2. Бабакин Б.С., Стефанчук В.И., Ковтунов Е.Е. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе / Бабакин Б.С., Стефанчук В.И., Ковтунов Е.Е — М : «Колос» 2000. — 160 с.

3. Белозёров Г.А., Медникова Н.М., Пытченко В.П., Серова Е.Н.(Внихи) Холодильные системы с рабочими веществами, обеспечивающимипромышленную безопасность и энергетическую эффективность // Холодил ыцик.ш — 2009 — №4(52).

4. Бобков, В.А. Производство и применение льда / В.А. Бобков. М. : Пищевая промышленность, 1977.-231 е., ил.118

5. Бородин В.А., Дитяткин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей / В.А. Бородин, Ю.Ф. Дитяткин и др — М. : «Машиностроение» 1967. — 263 с.

6. Босин, И.Н. Охлаждение молока на комплексах и фермах / И.Н. Босин. -М. : Колос. 1993. 46 е., ил.

7. Бурмистров А.В., Ушко А.В. Проводимость радиальных каналов двухроторных вакуумных насосов в молекулярном режиме / Вакуумная техника и технология — 2003 —том 13 — №2. 83-87 с.

8. Бурмистров А.В., Беляев Л.А. Концепция объемно-скоростной откачки. Метод расчета двухроторных вакуумных насосов откачки — Вакуумная техника и технология — 2002 —том 12 — №2. 85-90 с.

9. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов / Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров. — 2-е изд., стер. — М.: Высш. шк., 2000. — 480 е.: ил.

10. Гайданенко, Е.И. Использование льдов в качестве оснований сооружений / Е.И. Гайданенко.— Новосибирск : «Наука» Сибирское отд., 1978.— 82 с.

11. П.Гейнце, В. Введение в вакуумную технику / В. Гейнце. — М. : Государственное энергетическое издательство, 1960. — 511 с.

12. Гусейнов Ш.Э. Метод сведения обобщенной задачи Стефана к нелинейному интегро-дифференциальному уравнению типа Вольтера / Гусейнов Ш.Э / Computer Modeling and New Technologies — 2006, — №2. 57-67.

13. Данилова Г.Н., Богданов C.H., Иванов О.П. и др. Теплообменные аппараты холодильных установок. —М. : «Машиностроение» 1973. — 328 с.

14. Дворжак 3. Бинарный лед // Холодильный бизнес — 2004 —№2 6-10 с.

15. Двуреченский И.В. Закономерности процессов тепло- и массопереноса при охлаждении и затвердевании капель воды в потоке вождуха / Двуреченский И.В. / Авторсф. дисс. к.т.н., — Л.: ЛТИХП 1987. — 16 с.

16. Дунаев, Е.С. Лед из морской воды как строительный материал / Е.С. Дунаев // Тр. Дальневост. политех, ин-та, 1957. - Т. 46. - С. 1-26.

17. Калнинь И.Г. Расчет центробежных холодильных компрессоров / Калнинь И.Г. / Учебное пособие. — М. : МГУИЭ. — 2000. — 76 с. ; ил. 15.

18. Кирьянов Д.В. Mathcad 13 / Кирьянов Д.В. — Спб. : «БХВ-Петербург» 2006.-608 с.

19. Корягин С.И. Экспериментальное исследование адгезии льда к металлу и полимерпым покрытиям // Пластические массы — 1997 — №4 16-18 с.

20. Крысанов, К.С. Разработка и исследование вакуумно-испарительных холодильных машин с использованием воды как холодильного агента : Автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.04.03 : защищена 18.10.2007 : утв. 12.01.2008 / К.С. Крысанов. М. : МГУИЭ, 2007.

21. Кудряшов, Н.Т. Экспериментальное исследование тонкослойного намораживания льда / Н.Т. Кудряшов // Холодильная техника. 1959. - №3.

22. Кузнецов В И. механические вакуумные насосы / Кузнецов В И. — Л. :

23. Государственное энергетическое издательство» — 1959. — 280 с.

24. Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки / Курылев Е.С., Герасимов Н.А. — JI. : «Машиностроение» 1970. — 672, илл. 319.

25. Лейбензон, Л.С. О динамическом температурном условии образования складчатости на поверхности земного шара и при охлаждении. / Л.С. Лейбензон. — Изд. АН СССР, ОТН, серия геогр. и геофиз., №6, 1939.

26. Лыков А.В. Теория теплопроводности / Лыков А.В. — М. : «Высшая школа» 1967. — 600 с.

27. Маринюк Б.Т. Вакуумные генераторы холода: реальность сегодня и перспектива на завтра // Холодильный бизнес —2004 — №2 42-43 с.

28. Марипюк, Б.Т. Вакуумно-испарительные холодильные установки, теплообменники и газификаторы техники низких температур / Б.Т. Маринюк. — М. : Энергоатомиздат, 2003. -208 е., ил.

29. Маринюк Б.Т., Крысанов К.С. Энергетическая эффективность вакуумного испарительного охлаждения воды // Маринюк Б.Т., Крысанов К.С. Холодильная техника — 2006 — №6

30. Марков, B.C. Нижнекамская станция получения ледяной воды с насыпным льдоаккумулятором / B.C. Марков, А.Г. Лазарев // Холодильная техника. 2003. - №6.

31. Пажи Д.Г., Галустов Основы техники распыливания жидкостей. / Пажи Д.Г., Галустов — М. : «Химия» 1984. — 254 с.

32. Панов Д.Ю. Численное решение квазилинейных гиперболических систем дифференциальных уравнений в частных производных/ Д.Ю. Панов. — М. : Государственное издательство технико-теоретической литературы/ 1957 — 215 с.

33. Пап, Л. Концентрирование вымораживанием / Л. Пап. — М: Легкая ипищевая промышленность, 1982.— 92с.

34. Печатников Ю.М. Инженерно-физическая модель процесса откачки в вакуумных системах при молекулярно-вязкостном режиме / Вакуумная техника и технология — 2003 —том 13 — №3

35. Пехович, А.И. Основы гидроледотермики / А.И. Пехович. — Л. : Энергоатомиздат : Ленингр. отд-ние, 1983.

36. Ржевская В.Б. Исследование процесса теплообмена в льдогенераторах непрерывного действия с целью повышения их производительности / Ржевская В.Б / Автореф. дисс. к.т.н., — Л.: ЛТИХП 1976. — 16 с.

37. Рябинин Г.А. Винтовые холодильные компрессоры / Рябинин Г.А. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию — М. : МИХМ 1982. —28 с.

38. Савельев, Б.А. Искусственные ледяные платформы / Б.А. Савельев, Д.А. Латалип. М. : ВИНИТИ, 1986. - том 7.

39. Симаков Н.Н. Кризис сопротивления капель при переходных числах Рейнольдса в турбулентном двухфазном потоке факела распыла механической форсунки / Журнал технической физики — 2004 — том 74 — вып. 2. 46-51 с.

40. Сморыгин, Г.И. Теория и методы получения искусственного льда / Г.И. Сморыгин. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1988. -282 с.

41. Сморыгин, Г.И. Теоретические основы получения льда рыхлой структуры / Г.И. Сморыгин. Новосибирск : Наука, 1984. - 157 с.

42. Сосновский А.В. Льдообразование в факеле искусственного дождя как метод использования водных и климатических ресурсов / Автореф. канд. дисс., М., 1984,21с.

43. Фикиин К., Калоянов Н., Филатова Т., Соколов В. Мелкокристаллические ледяные суспензии как основа передовых промышленных технологий: состояние и перспектива // Холодильный бизнес — 2007 — №7 4-11 с.

44. Фролов, Е.С. Вакуумная техника / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев, А.Т. Александрова. — М. : Машиностроение, 1985. — 350 с.

45. Шорин С.Н. Теплопередача. —М. : «Высшая школа» 1964. — 490 с.

46. Шумский К.П. Вакуумные аппараты и приборы химического машиностроения / Шумский К.П. — 2-е изд. —. М. : «Машиностроение», 1974 — 576 с.

47. Шумский К.П., Мялкин А.И., Максимовская И.С. Основы расчета вакуумной сублимационной аппаратуры / Шумский К.П., Мялкин А.И., Максимовская И.С. —М.: «Машиностроение» 1967. —224 с.

48. Производство ледяной шуги по технологии «ISTORM» / Холодильный бизнес. — 2004 — №4.

49. Chen К. Н20 refrigerant: exploitation of dispersed water droplets / Chen K.22nd international congress of refrigeration, Refrigeration creates the future. August 21—26, 2007, Beijing. — Beijing, 2007. — P.R. China. ICR07-B1-135.

50. Jacques Guilpart., Evangelos Stamatiou., Anthony Delahaye., Laurence Fournaison «Comparison of the performance of different ice slurry types depending on application temperature» / International Journal of Refrigeration. 29 (2006) 781788.

51. Isao Satoh, Yu Hashimoto « Freezing of a water droplet due to evaporation-heat transfer dominating the evaporation-freezing phenomena and the effect of boiling on freezing characteristics» / International Journal of Refrigeration. 25 (2002) 226234.

52. Kim B.S., Shin H.T., Lee Y.P., Jurng J «Study on ice production by water spray» / International Journal of Refrigeration. 24 (2001) 176-184.

53. Kuhnl-Kinel, J. New age water chillers with water as refrigerant. — CERN, Geneva, Switzerland.

54. Paul, J. State-of-the-art for cooling with "water as Refrigerant" (R718) / J. Paul // 22nd international congress of refrigeration, Refrigeration creates the future. August 21—26, 2007, Beijing. — Beijing, 2007. — P.R. China. ICR07-B2-856.

55. Atomized liquid jet refrigeration system / United States Patent № 7,159,407 B2 / Jan. 9,2007