Термодинамічні властивості озононеруйнівних холодоагентів та їх розчинів з мастилами

У дисертації наведено теоретичне обґрунтування і нові методи розв’язання складної науково-практичної проблеми, пов’язаної з переведенням і створенням холодильних установок на екологічно безпечних холодоаґентах. Вказана проблема розв’язується як в рамках комплексного експериментально-розрахункового дослідження термодинамічних властивостей холодоаґентів та РХМ, так і розвитком сучасних методів еколого-енергетичного аналізу ефективності холодильного обладнання. Одержані в роботі наукові результати можуть розглядатися як основа для створення бази довідкових даних з термодинамічних властивостей холодоаґентів і РХМ для нового покоління холодильного обладнання. Запропонована в роботі методика еколого-термоекономічного аналізу орієнтована на розробку наукових основ і нормативної бази холодильного менеджменту.

Узагальнюючи одержані у роботі наукові і практичні результати, можна сформулювати загальні висновки:

1. Розроблені і створені експериментальні установки для проведення комплексних досліджень термодинамічних властивостей холодоаґентів і РХМ, включаючи фазові рівноваги, критичні параметри, поверхневий натяг, густину, теплоємність. Наявність подібної лабораторії в Україні значною мірою сприяє розвитку нормативної бази даних для органів Держстандарту і технологічному прогресу в холодильному машинобудуванні в цілому. При створенні установок для вимірювання поверхневого натягу запропонована нова модифікація диференційного методу капілярного підняття, а самі установки не мають аналогів. Розроблені методики проведення досліджень і виконано аналіз похибки одержаних даних.

2. У дисертації наведено нові експериментальні дані з фазових рівноваг, критичних параметрів і густини таких холодоаґентів як R125, R134a, R134a-R218, R134a-R152a, R22-R142b, R23-R116, R32-R125, R125-R143a; з поверхневого натягу для більшості холодоаґентів і сумішей, включаючи: R23, R32, R125, R134a, R143a 152a, R218, RC318, R134a-R218, R134a-R152a, R22-R142b, R23-R116; з ізохорної теплоємності R134a, R23-R116; з фазових рівноваг, кривої розшарування, густини для таких технічно важливих РХМ, як: Castrol Iсematic SW 22/R134a, Mobil EAL Arctic 22/R134a, ХФ22с-16/R134a-R152a, ХФС-134/R134a-R152a, ХМРА-1/NH3. Одержану вихідну інформацію покладено в основу розроблених таблиць довідкових даних. Крім того, вивчено характер і величину зміни параметрів фазового переходу поблизу лінії конденсації в залежності від концентрації і температури. Показано, що розмиті фазові переходи поблизу лінії конденсації є методичним джерелом похибки для дослідження фазових рівноваг розчинів. Вперше виявлено фазовий перехід у твердій фазі R134а і виміряні його характеристики.

3. Запропоновано робоче тіло – аміак з розчинним у ньому мастилом, що відкриває широкі можливості для розробки нового покоління аміачного холодильного обладнання, яке має високу енергетичну ефективність.

4. Встановлено, що перемішування зразка РХМ в осередку при вивченні фазових рівноваг є серйозним джерелом похибки одержуваних даних. Іншим джерелом методичних похибок є зміна концентрації рідкого РХМ при ізохорному нагріванні зразка у двофазному стані у вимірювальному осередку. Вказані обставини мають принципово важливе значення при розробці методів розрахунку властивостей РХМ і одержання таблиць довідкових даних.

5. Запропонована нова термодинамічна узгоджена методика прогнозування капілярної сталої, поверхневого натягу і тиску насичених парів, густини на лінії насичення. На відміну від відомих методів прогнозування (роботи Л. П. Філіппова, І. І. Перельштейна, І. С. Бадилькеса та ін.), коефіцієнти запропонованих степеневих кореляцій пов’язані між собою термодинамічними співвідношеннями, ефективні показники степеня змінюються універсально від зведеної температури, значення коефіцієнтів не залежать від рівня температури, в якому вони виділяються із обмежених експериментальних даних, а самі рівняння придатні для розрахунку термодинамічних функцій у всьому інтервалі температур існування рідкої фази. Показана можливість застосування запропонованих кореляцій для експертизи якості експериментальних даних.

6. На підставі сформульованого в дисертації наукового положення про термодинамічну подібність РХМ в широкому інтервалі концентрацій холодоаґенту (0. 3СR1. 0) і розробленої для чистих речовин методики розрахунку термодинамічних властивостей на лінії насичення запропонована методика прогнозування фазових рівноваг, молекулярної маси, густини, поверхневого натягу, ентальпії рідкої фази і теплоти пароутворення для розчинів холодоаґент/мастило. Розрахункові залежності пройшли детальну апробацію, і на їх основі запропонований метод оцінки достовірності експериментальних і розрахункових даних.

7. З використанням одержаних експериментальних даних побудовані рівняння стану для R125, R134a, R134a-R218, R134a-R152a, R22-R142b, R23-R116, R32-R125, R125-R143a, за допомогою яких докладно вивчені характерні особливості зміни фазових діаграм і розраховані термодинамічні властивості. Таблиці довідкових даних для перспективних, але недостатньо вивчених сумішей холодоаґентів R134a-R218, R134a-R152a, R23-R116 наведені в додатку. Там же подано вперше одержані дані з термодинамічних властивостей РХМ – Castrol Iсematic SW 22/R134a, Mobil EAL Arctic 22/R134a, ХФ22с-16/R134a-R152a, ХФС-134/R134a-R152a, ХМРА-1/NH3. За результатами проведеного дослідження уточнена інформація щодо поверхневого натягу для найчастіше застосовуваних холодоаґентів.

8. Вперше для нових озононеруйнівних робочих тіл виконано теоретичне дослідження впливу домішок мастила в холодоаґенті на показники термодинамічної ефективності холодильного циклу. Показано, що наявність домішок мастила в холодоаґенті призводить до значного (до 10%) зниження холодопродуктивності і холодильного коефіцієнта. Тому підбір оптимального мастила має не менше значення, ніж вибір альтернативного холодоаґенту. Цій обставині сьогодні приділяється недостатня увага.

9. У дисертації запропонована методика еколого-термоекономічного аналізу ефективності холодильної техніки, основною метою якої є повномасштабне урахування емісії парникових газів на повному життєвому циклі холодильного обладнання. На підставі запропонованої методики розроблена система нових індикаторів для холодильного менеджменту, з використанням якої можуть бути розроблені квоти на питому емісію парникових газів при виробленні холоду. Урахування екологічних факторів в значній мірі розширив можливості вже існуючих методів аналізу ефективності використання енергетичних ресурсів.

 

1. Железный В. П., Жидков В. В. Эколого-энергетические аспекты внедрения альтернативных хладагентов в холодильной технике. Донецк: Донбасс, 1996. –