ТЕЧЕНИЕ С ТЕПЛООТДАЧЕЙ В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ РОТОРОМ И СТАТОРОМ ТУРБОМАШИН

ТЕЧЕНИЕ С ТЕПЛООТДАЧЕЙ В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ РОТОРОМ И СТАТОРОМ ТУРБОМАШИН

Кишкин А.А.

Для случая течения несжимаемой жидкости необходимо и достаточно совместного решения уравнений движения и энергии в граничных условиях зазора между статором и вращающимся ротором, для сжимаемой жидкости необходимо дополнение системы уравнением состояния. Запись и решение уравнения энергии ППС представляет отдельную, но необходимую задачу.

На основе полученных уравнений движения и выражений для определения локального коэффициента теплоотдачи разработана методика, алгоритм и программа расчета течения с теплоотдачей в полостях вращения, позволяющие проводить оптимизацию в области возможных вариаций конструктивных и режимных параметров узлов и агрегатов энерго-силовых установок динамического принципа действия машин холодильной техники и низкотемпературной энергетики, по основным конструктивным и эксплуатационным параметрам: распределению скоростей, давлений и температур. Что существенно повышает достоверность силового и теплового анализа и снижает материально-временные затраты на этапе эскизного проектирования и доводки новых образцов.

Алгоритм позволяет определять следующие параметры: окружную, осевую и радиальную составляющие скорости воды и воздуха, полное, статическое давление, напряжение трения, толщину потери импульса, локальные и осредненные по длине и радиусу параметры коэффициентов теплоотдачи, теплового потока, критерии Стантона, Нуссельта, Рейнольдса, температуры воздуха, воды, стенки со стороны воздуха и воды и другие.

Основным преимуществом алгоритма по сравнению с алгоритмами, основанными на эмпирических зависимостях, является относительно широкая область применения. Алгоритм расчета течения с теплоотдачей в стенку реализован в программное обеспечение, которое позволяет рассчитывать полости течения различной формы, строить двумерные семейства характеристик различных параметров потока в зависимости от геометрических и режимных параметров.
ДОСТИЖЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ

Доктор Вацлав Хрз

Чарт Ферокс, АО, Чешская Республика, г. Дечин
В докладе сообщается о последних достижениях промышленной криогенной техники компании Чарт и общих направлениях развития хранения и транспорта сжиженных газов. Предлагается информация о новых проектах производства больших криогенных вакуумно изолированных резервуаров, методах временного снабжения природным газом с использованием СПГ и развития системы "Microbulk" для снабжения малых потребителей технических газов
Progress in Liquefied Gases Storage and Transport Technology

Dr. Chrz, Vaclav

Chart Ferox, a.o, Decin, Czech Republic

Abstract:

The paper will inform on last achievements of industrial cryogenic

technology of the company Chart and general trends of development of the

technology of storage and transport of liquefied gases. Information on

new projects of manufacturing of large vacuum insulated cryogenic tanks,

methods of temporary supply of natural gas using LNG and progress of

application of the Microbulk technology for supply of industrial gases

to small customers.
УДК 621.565

Транспортные системы кондиционирования:::::

опыт разработки и производства в России

А.Л. Е м е л ь я н о в

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий, кафедра кондиционирования воздуха

Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9

e-mail: emelianovt@mail.ru

тел.8 (921) 992-27-39

The summary.

In the report modern air-conditioning systems for carriages and driver locomotive cabins, the structure of the system and ways of its perfection are considered.
Рассматриваются системы кондиционирования и вентиляции (СКВ) отечественных пассажирских вагонов и кабин управления подвижного состава.Эти системы являются весьма энергоемкими, требуют значительных капитальных вложений и эксплуатационных затрат на охлаждение воздуха летом и его нагрев в зимний и переходный периоды.

Поэтому задача теплофизической и структурной оптимизации СКВ представляется весьма актуальной. Возможности транспортных СКВ существенно сужаются ограничениями по массе, габаритам и допустимой для использования мощности.

На основе введенных физически обоснованных математических допущений пассажирский вагон рассматривается как термодинамический объект с сосредоточенными параметрами. Тепловой баланс такого объекта с пассажирами, кондиционером и окружающей средой описывается системой интегральных уравнений, не содержащих пространственных координат. Получены соотношения, позволяющие оценить длительность переходных тепловых режимов на различных этапах, уровень температуры в установившемся режиме, оптимальные соотношения для расхода обработанного (приточного) и свежего (наружного) воздуха, а также требования к холодопроизводительности кондиционера и требуемым энергетическим затратам.

Созданная обобщенная теплофизическая макромодель теплового режима пассажирского вагона позволила оценить роль нестационарных переходных температурных состояний вагона, учитывая проявление тепловой инерции вагона, сформулировать требования к тепловой изоляции корпуса, параметрам кондиционера и системе отопления, а также к режиму СКВ на различных этапах поездки.

Расчеты по созданной модели показали, что в условиях России комфортные условия в купейном вагоне при эффективной его проводимости 1,0 Вт/(м2К) обеспечивает кондиционер с холодопроизводительностью 15-20 кВт, при общем расходе приточного воздуха около 2500 м3/час и наружного около 1000 м3/час. Для зимних условий необходимо подавать в вагон 25-30 кВт тепла. В летний жаркий период на начальном этапе при посадке пассажиров энергетически гораздо выгоднее обеспечивать эффективный продув вагона воздухом с наружной температурой, а кондиционер включать только с началом движения поезда при работающем генераторе. Такой режим является более комфортным и для пассажиров, так как исключает тепловой удар при резком погружении в среду с гораздо более низкой температурой (на 10-15 град).

В переходный период весной и осенью, а в условиях юга России и Украины при наружной температуре от минус 10 до плюс 16 0C целесообразно в кондиционере использовать реверсивный режим «тепловой насос». Термодинамический анализ режима показывает, что при этом экономится до 60% энергии на отопление. Такие кондиционеры созданы под руководством автора и широко внедрены на подвижном составе ОАО «Российские железные дороги».

Подробно рассмотрена структура моноблочного кондиционера для пассажирских вагонов и вагонов-ресторанов. Использование вентиляторов с вентильным приводом позволило исключить необходимость использования двух каналов преобразователя напряжения, разместить в кондиционере одноканальный статический преобразователь =110/220 3ф, уменьшить массу СКВ почти на 500 кг и энергопотребление в режиме КВ на 3 кВт по сравнению с зарубежными и отечественными аналогами, повысить надежность всей системы, в вагонах-ресторанах обеспечить раздельную обработку воздуха для салона и кухни, создать системы с покупейным управлением росхода воздуха и температурой.

Обобщенная теплофизическая модель вагона в целом, анализ алгоритма управления СКВ и системы воздухораспределения позволили сделать ряд важных выводов о возможности достаточно простого индивидуального управления температурой и расходом воздуха в купе пассажирского вагона или каюте корабля, снижению общего энергопотребления, оптимизации работы всей климатической установки .

Рассмотренные модели и результаты их анализа использованы при проектировании и производстве энергоэффективных систем кондиционирования и вентиляции различных отраслях ( в пассажирском вагоностроении, при ремонте и производстве локомотивов, вагонов метро, в аэродромной технике, судостроении и других).

УДК 621.008

МГТУ им. Н.Э.Баумана, Россия, г. Москва

Doctor of Science, Prof. B.A. Ivanov

Bauman MSTU, Moscow, Russia
Рассмотрено влияние температур источника и идеального цикла Карно преобразования теплоты в работу в абсолютном бесконечном температурном поле.

Расчетным путем показана роль величины температуры окружающей среды при работе энергетических установок, преобразующих теплоту в механическую или электрическую энергию. При этом окружающая среда может являться как источником, так и приемником тепла.

Отмечены две области практических сочетаний температур источника и приемника тепла, где тепло окружающей среды может достаточно эффективно использоваться для получения работы.
УДК 651.574.041

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЦИКЛЫ ПАРОКОМПРЕССИОННЫХ УСТАНОВОК

МГТУ им. Н. Э. Баумана

Жердев А.А., Колесников А.С., Нечаев А.Н.

Doctor of Science, Prof. A.A. Zherdev, A.S. Kolesnikov, A.N. Nechaev

Bauman MSTU, Moscow, Russia
A method of increasing the efficiency of vapor compression refrigeration cycle using a variable ambient temperature.

The analysis of the influence of various factors on the coefficient of performance of heat pump and refrigeration unit cycles. A method for increasing the thermodynamic efficiency of vapor compression cycle heat pump, in case of limited heat capacity of low-grade heat source, is proposed.
Энергоэффективность названа президентом одним из приоритетов экономической политики России. Учитывая, что потребление энергии холодильной техникой составляет, по разным оценкам от 15 до 25% от общего, весьма актуально повышение эффективности парокомпрессионных циклов.

Существует возможность уменьшения энергозатрат в системах на основе парокомпрессионного холодильного цикла за счёт использования неравномерности температуры окружающей среды с течением времени. Это решение может быть наиболее актуально в системах холодоснабжения, работающих круглогодично в регионах с заметным годовым перепадом средних температур (в том числе для России).

В применяемых системах компрессоры работают с постоянной степенью сжатия, рассчитанной на поддержание давления конденсации хладагента при постоянной расчётной температуре окружающего воздуха. За расчётную для региона (согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология») принимается установленная температура, превышение которой в году наблюдается лишь в течение регламентированного времени. Реальная температура окружающей среды меняется в течение года, месяца и даже суток. В современных системах с понижением температуры окружающей среды ниже расчётной принимаются меры для поддержания установленного значения давления и температуры в конденсаторе. Поддержание постоянного давления конденсации вызвано тем, что производительность ТРВ зависит от перепада давлений на нём.

Если реализовать систему, в которой параметры конденсации всегда будут соответствовать текущему состоянию окружающей среды, при условии обеспечения работоспособности всех элементов холодильной системы, можно рассчитывать на экономию энергии за счёт уменьшения работы сжатия при понижении температуры окружающего воздуха.

В работах [1,2] описываются преимущества использования герметичных насосов жидкого хладагента «в качестве второй ступени сжатия, создающей давление подачи, необходимое для обеспечения достаточной пропускной способности ТРВ» на холодильных установках судов рыболовного флота.

В США, начиная с 1960 года, по рассматриваемой теме были получены несколько патентов, но данные о практическом применении не обнаружены вплоть до момента, когда Р.Хайд получил поддержку государства со своими патентами 1992 и 1994 годов [3,4].

Альтернативным решением может быть использование расширительного устройства позволяющего обеспечить необходимый расход хладагента независимо от отношения давлений конденсации и кипения [5].

Тепловые насосы и холодильные машины имеют много общего: работают по идентичным циклам и собираются из одних и тех же комплектующих. Однако, у них разная целевая функция: тепловой насос это нагреватель, и основной аппарат у него - конденсатор (у холодильных машин - испаритель).

В работе [6] проведен сравнительный анализ парокомпрессионных циклов холодильных машин и тепловых насосов. Температуры испарения и конденсации различны, но подобраны таким образом, чтобы циклы имели одинаковые коэффициенты преобразования энергии. Такой анализ позволил разграничить сходства и различия в путях повышения энергоэффективности парокомпрессионных циклов в зависимости от назначения агрегата. Например, теплота, вырабатываемая компрессором теплового насоса, отдается конденсатором в систему отопления. Поэтому уменьшение термодинамической эффективности компрессора теплового насоса в меньшей степени снижает коэффициент преобразования энергии всего цикла, по сравнению с циклом холодильной машины.

Основным недостатком воздушных тепловых насосов является то, что максимум теплогенерации должен приходится на минимум температуры источника низкопотенциального тепла (окружающей среды). В патенте [7] предлагается увеличивать удельную энтальпию испарения с помощью промежуточного дросселирования, а получающийся газ подавать в полость компрессора. При этом температура испарения хладагента уменьшается.

Для геотермальных тепловых насосов, по аналогии с предложенным в патенте [7] решением, предлагается использовать цикл с промежуточным дросселированием. Температура испарения остается на прежнем уровне. После повторного дросселирования хладагент на входе в испаритель имеет меньшее процентное содержание пара. Это позволяет отбирать то же самое количество теплоты от теплового источника, но процесс теплообмена идет более эффективно. Газ после первого терморегулирующего вентиля и отделителя жидкости направляется на повторное дросселирование. Его температура будет выше температуры насыщенного пара, выходящего из испарителя. После смешения этих потоков перед всасыванием в компрессор хладагент получит дополнительное количество теплоты, по сравнению с циклом без двойного дросселирования.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Плотников В.А. О проектировании энергосберегающих судовых холодильных установок //Судостроение. 1992.№7,с.19-21

2. Плотников В.А. Модернизация судовой холодильной установки //Холодильная техника. 1990. №4, с.28-30

3. US Patent №5150580, 1992.

4. US Patent №5291744, 1994.

5. Патент РФ № 95082, 2010.

6. Нечаев А. Н., Глухов С. Д., Жилин И. А., Жердев А. А. Сравнение циклов холодильной машины и теплового насоса // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2010

7. US Patent №5056329, 1991.


УДК 69.697
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

к.т.н., доц. Фролов Ю. Д., Павлов А.Ю., к.т.н. Жаров А.А.

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Россия, г. Москва.
Power effective and power saving up technologies in building

Yu. D. Frolov, DPh, A.Yu. Pavlov, A.A. Zharov, DPh

Bauman MSTU, Moscow, Russia
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы: Теперь уже весь мир осознает, что мы неудержимо приближаемся к изменению климата. Такие климатические изменения периодически случались в истории нашей планеты, однако, впервые это вызвано деятельностью человека, и скорость текущих изменений беспрецедентна. СО₂, выделяемый при сгорании ископаемого топлива и кислорода, изменяет состав нашей атмосферы. Кроме всего прочего, неконтролируемое использование ископаемой энергии ведет к драматическому истощению мировых запасов ископаемых энергоносителей. Малейшая экономия энергии, особенно в густозаселенных местах, ведет к снижению объема выброса загрязняющих веществ и, следовательно, помогает защитить окружающую среду, а также снизить затраты на всё дорожающие энергоресурсы.

Единственная область, где можно резко снизить объемы потребляемого топлива и, как следствие, расход энергии и объемы выбросов – это существующие и новые здания, для этого необходимо улучшить теплоизоляцию и установить более эффективные отопительные системы. Для снижения выбросов СО₂ и экономии энергии в будущем нам придется обходиться намного меньшим количеством энергии для отопления, чем мы использовали до сих пор. В то время, как существующие не усовершенствованные здания старой постройки расходуют на отопление от 300 до 400 кВт•ч/м², энергии, потребность в отопительной энергии для зданий будущего поколения составит от 20 до 40 кВт•ч/м². Так что основная характеристика архитектуры зданий будущего – это ультранизкое и даже нулевое потребление энергии. Но эта задача не одного десятилетия, предстоит долгий путь перехода от существующих зданий к зданиям с нулевым потреблением энергии.

В соответствии с поставленной целью в работе рассмотрены и решены следующие задачи:

1. 
   Поиск энергоэффективных и энергосберегающих технологий для жилых и административных зданий.
   
2. 
   Выбор наиболее подходящих для России инноваций в сфере жилищно-коммунального хозяйства.
   

1. 
   Ознакомление с энергоэффективными и энергосберегающими технологиями в строительстве.
   
2. 
   Выявление наиболее перспективных инноваций в сфере энергосбережения для России.
   

Литература

1. 
   Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2003.
   
2. 
   Рысин С. А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. Справочник. – М.: Машгиз, 1961.
   
3. 
   Грицевич И. Протокол конференции по глобальному климату в Киото: новые правила игры на следующее десятилетие // Экономическая эффективность. Ежеквартальный бюллетень Центра по эффективному использованию энергии (ЦЭНЭФ). М., 1998. № 18 (январь-март).
   
4. 
   Дорошенко А. В., Омельченко Ю. М. Комплексные системы отопления и горячего водоснабжения // Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. 1998. № 1; Альтернативная энергетика: опыт использования и реальные перспективы // Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. 1999. № 2.
   

УДК 621.433

• 
  холодильной установки для ледовой арены с полной утилизацией теплоты конденсации;
  
• 
  проект тригенерации для ресурсообеспечения общественно-культурного центра в с. Эсто-Садок (Красная поляна, г. Сочи);
  
• 
  проект системы кондиционирования санатория общей площадью ≈ 170 тыс. м², (г. Сочи) с системой аккумуляция холода по технологии «ice-slurry».
  

• 
  refrigerating systems for ice arena with complete condensation heat recovery;
  
• 
  trigeneration model for supply of cultural and public centre in village Esto-Sadok (Krasnaya Poljana, Sochi);
  

УДК 004.942

Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, кафедра «Холодильная, криогенная техника, истемы кондиционирования и жизнеобеспечения»

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5

8-910-480-16-92

Производится сравнение различных методик расчета скорости намораживания и толщины льда.

Компьютерное моделирование проводилось в гидродинамическом модуле CFX среды Ansys. В качестве модели для упрощения расчётов ввиду недостаточных вычислительных мощностей была принята квазилинейная задача намерзания слоя льда внутри области в виде параллелограмма размерами 1х1х500. На границах области были заданы условия периодичности. Для расчёта 2х фазной области использована гомогенная смесь двух жидкостей: воды и жидкости с набором характеристик льда и вязкостью на порядки превышающей вязкость жидкой воды. Было проведено моделирование процесса по времени. В результате были получены графики теплового потока через стенку и толщины льда, которые позволяют оценить интенсивность теплообмена и скорость нарастания ледяной корки. На графиках были выделены зоны уменьшения скорости нарастания льда, что позволило выявить оптимальные параметры срезания льда.

В качестве качественного расчета была взята за основу теория расчета Л.С.Лейбензона о скорости перемещения границы раздела фаз в цилиндрической оболочке. Были применены методы интегралов теплового баланса и квазистационарных состояний. Так как талая зона представляет собой движущуюся поверхность, то в данном методе реализуются граничные условия третьего рода. Скорость перемещения границы фаз определяется методом графического дифференцирования зависимости толщины намерзаемого слоя льда от времени.

Были построены графики зависимости толщины льда и теплового потока от времени и были сопоставлены результаты, полученные разными методами.

Данное исследование проводилось с целью оптимизации величины срезаемого ротором слоя льда и времени наморозки. Проблема была также выбрана в связи с недостаточной исследованностью процессов намерзания льда в целом. Выявление необходимых зависимостей позволит более эффективно рассчитывать льдогенераторы и льдоаккумуляторы.