Желєзний ВІталій Петрович. Термодинамічні властивості озононеруйнівних холодоаґентів та їх розчинів з мастилами (Експеримент, методи прогнозування, проблеми екології). : Дис... д-ра наук: 05.14.06 - 2003.
Анотація до роботи:
Желєзний В.П. Термодинамічні властивості озононеруйнівних холодоаґентів та їх розчинів з мастилами (Експеримент, методи прогнозування, проблеми екології). – Рукопис.
Дисертація на здобуття ученого ступеня доктора технічних наук за фахом 05.14.06 – технічна теплофізика і промислова теплоенергетика. – Одеська державна академія холоду, Одеса, 2002.
Дисертація присвячена створенню наукових основ підвищення енергетичної ефективності холодильного обладнання при зниженні антропогенного навантаження на навколишнє середовище. Ця мета може бути досягнута застосуванням достовірної інформації про термодинамічні властивості екологічно безпечних холодоаґентів та їх розчинів у мастилах (РХМ) та упровадженням у практику підприємств еколого-енергетичного менеджменту. У роботі наведено результати дослідження термодинамічних властивостей нових озононеруйнівних холодоаґентів та РХМ, виконано аналіз впливу домішок мастила на властивості робочих тіл холодильник установок. Запропонована нова методика прогнозування термодинамічних властивостей холодоаґентів та РХМ. У дисертації одержав розвиток метод еколого-енергетичного аналізу ефективності і були сформульовані його принципи. Основною метою запропонованого метода є повномасштабне врахування емісії парникових газів на повному життєвому циклі холодильної техніки. Результати роботи знайшли застосування у проектуванні холодильного обладнання.
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 (0.3СR1.0) 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 наявністьдомішок 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.
Onistchenko V.P., Zhelezny V.P., Kutirkin O.F., Vladimirov B.P. Thermodynamic properties of polar fluids: ozone-safe refrigerants in gaseous and liquid states // High Temps. – High Press. - 1997. – Vol.29. – P. 313-318
Железный В.П., Жидков В.В. Озоноразрушающие хладагенты и экологическая безопасность Украины // Холодильная техника и технология. – 1997 - №7. – С.4-7.
Zhelezny V.P., Bisko E.G. Prediction of the surface tension of refrigerants and their binary mixtures // Int. J. Thermophysics. – 1999.-Vol.20, № 6. – P.1699-1709.
Chernyak Y., Zhelezny V.P., Yokozeki A. The influence of absorption on PVT measurements in the gaseous phase // Int. J. Thermophysics. – 1999. -Vol.20, №6. – P.1711-1719.
Zhelezny V.P., CheremnykhY.V., Bisko E.G. New vapor pressure equation for non-associated substances // High Temps. - High Press. – 1999. – Vol.31, № 2. – P.163-168.
Железний В.П. Метод еколого–термоекономічного аналізу процесів у холодильних установках // Темат. зб. наук. пр. “Обладнання та технології харчових виробництв”. – Донецьк: Донецький держ. унив. економікі і торгівлі. – 2000. –Вип.4, Т.2.– С.243-256.
Железный В.П., Каменецкий В.Р., Романов В.К. Расчет физико-химических свойств нормальных жидкостей в состоянии насыщения // Журн. физ. химии. - 1982. - Т. 56, вып. 1. - С.103-105.
Zhelezny V.P., Abed F.R., Rybnikov M.V. Saturated vapor pressure of solutions of synthetic compressor oils (XMPA) in ammonia // High Temps – High Press. – 2001. - Vol.33. - P.707-713.
Zhelezny V.P., Bisko E.G., Medvedev O.O.,Temperature and concentration dependences of surface tension of binary mixtures of ozone–safe refrigerants. //High Temps – High Press. – 2001. - Vol.33. - P.685-691.
Grebenkov A.J., Zhelezny V.P., Klepatsky P.M. et. al. Thermodynamic and transport properties of some alternative ozone-safe refrigerants for industrial refrigeration equipment: study in Belarus and Ukraine // Int. J. Thermophysics. – 1996. – Vol.17. – P.535–549.
Железный В.П., Хлиева О.Я., Быковец Н.П. Учет эмиссии парниковых газов при формировании индикаторов для эколого-энергетического аудита и менеджмента в холодильной промышленности // Экотехнология и ресурсосбережение. – 2001. - №4. – С.51-58.
Железный В.П., Хлиева О.Я. Оценка перспектив применения изобутана в бытовой холодильной технике с помощью эколого-термоэкономического метода // Холодильная техника. – 2001. - №9. – С.2-7.
Zhelezny V.P., Katchurca Y.A., Rybnikov M.V. Thermal properties of HFC-134a in liquid and solid states // High Temps – High Press. - 1999 – Vol. 31, №2. – P.168-173.
Железный В.П., Каменецкий В Р., Векштейн Л.Е. Расчет термических свойств газов и насыщенных паров с помощью уравнения Ван-дер-Ваальса // Журн. физ. химии.- 1981. - Т.55, Вып.10. – С.2477-2480.
Железный В.П., Пугач А. К. Определение критической температуры веществ из данных по капиллярной постоянной // Журн. физ. химии. – 1985. - Т. 59, Вып.3. – С.739-740.
Железный В. П. Расчет поверхностного натяжения бинарных смесей жидкостей // Журн. физ. химии. – 1986. - Т 60, Вып. 1. - С.235-236.
Железный В.П. Поверхностное натяжение холодильных агентов R14-R22 на кривой расслоения // Фазовые переходы и теплофизические свойства многокомпонентных систем. – Махачкала: Даг. ФАН СССР. - 1990. - С.34-41.
Железный В.П. Исследование температурной зависимости капиллярной постоянной различных фреонов // Теплофизические свойства веществ и материалов (ГСССД. Сер. “Физические константы и свойства веществ”).- 1982. - Вып. 16. – С.70-79.
Железный В.П. Исследование поверхностного натяжения холодильных агентов в широком диапазоне температур, включая окрестность критической точки // Теплофизические свойства веществ и материалов (ГСССД. Сер. “Физические константы и свойства веществ”).- 1985. - Вып. 20. - С.117-127.
Железный В.П., Лясота Л.Д., Пономарева О.П. и др. Исследование теплоемкости, теплопроводности и поверхностного натяжения хладагента R329 и азеотропных смесей R116-R13 и R116-R23 на линии насыщения // Респ. межведом. научн.-техн. сб. “Холодильная техника и технология”-К.: Технiка, 1988. - Вып.47. - С.64-69.
Гунчук Б.В., Железный В.П., Жосул И.А. и др. Исследование плотности, вязкости, теплопроводности, поверхностного натяжения холодильных агентов R116, R132B2, R318, R329 и азеотропных смесей R116-R23, R116-R13 на линии кипения // Теплофизические свойства веществ и материалов (ГСССД.Сер. “Физические константы и свойства веществ”). - 1989. - Вып. 28. - С.93-106.
Железный В.П., Лясота Л.Д., Пономарева О.П. и др. Теплопроводность, поверхностное натяжение и теплоемкость бромированных хладагентов R114В2, R132В2, R216В2 // Респ. межведом. научн.-техн. сб. “Холодильная техника и технология”-К.: Технiка, 1989. - Вып. 49. – С.53-57.
Железный В.П. Гунчук Б.В., Жосул И.А. и др. Исследование плотности, вязкости, теплопроводности, поверхностного натяжения холодильных агентов R116, R132В2, R318, R329 и азеотропных смесей R116+R23, R116+R13 на линии насыщения // Теплофизические свойства веществ и материалов ( ГСССД. Сер. “Физические константы и свойства веществ”). – 1989. - Вып. 28. – С.93-101.
Семенюк Ю.В., Железный В.П., Афтеньев Ю.М. Исследование фазового равновесия и критической кривой смеси R23-R116 // Респ. межведом. научн.-техн. сб. “Холодильная техника и технология”-К.: Технiка, 1990. - Вып. 51. - С.79-81.
Железный В.П. Температурная зависимость капиллярной постоянной и коэффициента поверхностного натяжения неассоциированных жидкостей // Теплофизические свойства веществ и материалов (ГСССД. Сер. “Физические константы и свойства веществ”).- 1991. - Вып. 31. - С.179-189.
Железный В.П., Лысенко О.В., Фаиз Абед Реза. Влияние примесей растворимого в аммиаке компрессорного масла на калорические свойства рабочего тела и энергетическую эффективность холодильного цикла // Холодильная техника и технология. – 1998. - № 59(2). – С.40-46.
Железный В.П., Реза Ф.А., Курбатов А.В. Фазовые равновесия растворов аммиака в новых компрессорных маслах // Холодильная техника и технология. – 1999. - Вып. 63. – С.54-61.
Железный В.П. Принципы эколого-термоэкономического анализа эффективности холодильного оборудования при переходе на новые озонобезопасные хладагенты // Вест. Междунар. акад. холода. – 2000. - Вып.1. – С.4-8.
Железный В.П., Железный П.В., Лысенко О.В., Овчаренко В.С. Эколого-энергетический анализ перспектив применения аммиака в холодильном оборудовании // Холодильная техника. - 2000. - №3. - С.12-16.
Железный В.П., Ременяк О.Г. Поверхностное натяжение бинарных смесей холодильных агентов R22/R142b и R152а/R134а // Межвуз. сб. научн. тр. “Теплообменные процессы в системах холодильной техники и свойства рабочих тел” – С.-Пб.: СПбТИХП. – 1993 – С.67-72.
Железный В.П., Медведев О.О., Фаиз Абед Реза. Методы прогнозирования термодинамических свойств растворов хладагент/масло // Сбор. научн. труд. Междунар. науч.-техн. Конф. "Современные проблемы холодильной техники и технологий". - Украина (Одесса). – С.59.
Железный В.П., Хлиева О.Я., Быковец Н.П. Перспективы и проблемы применения углеводородов в качестве хладагентов // Холодильная техника .- 2002.- №7.- С.14-16; -№8.- С.5-9.
Кессельман П.М., Железный В.П. Особенности температурной зависимости капиллярной постоянной вблизи критической точки // Материалы II Всесоюзн. конф. по поверхностным явлениям в жидкостях "100 лет теории капиллярности Гиббса" - Л.: ЛГУ. - 1978. - С.78-79.
Zhelezny V.P., Katchurca Y.A., Ponomaryova O.P. Experimental and theoretical research on thermal properties of refrigerants R23, R116 and azeotropic mixtures of R23-R116 // Proc. of the XVIII International Cong. of Refrig. - Montrйal, Quebec (Canada). - 1991. - Vol.11. - P.626-630.
Zhelezny V.P. The temperature-concentration correlation of refrigerants R23-R116 mixture surface tension // Proc. The Seventh Conf. On Thermogrammametry and Thermal Engineering. – Budapest (Hungary). – 1991. – P.76-81.
Dobrokhotov A.V., Grebenkov A. G., Zhelezny V.P., Thermophysical properties of HFC 134a (equations and tables) // Proc. of the 13-th Japan Symp. on Thermophys. Prop.- Akita (Japan). - 1993. - P.267-274.
Dobrokhtov A.V., Grebenkov A.G., Ustjushanin E.E., Altunin V.V., Zhelezny V.P. at all. Equation of State and Thermophysic Properties for HFC-134a at the Single-Phase Region // Proc. of the Int. Cong. “Energy Efficiency in Refrigeration and global Warming Impact” Commission B . - Gent (Belgium). – 1993. – P.175-181.
Железный В.П. Жидков В.В., Бютнер А.Г., Рыбников М.В. Эколого-энергетические аспекты перевода холодильного оборудования АО “НОРД” на альтернативные хладагенты // Материалы 1-й международной конференции по управлению использованием энергии. –Киев,1995.- 122-126.
Zhelezny V., Chernyak Y., Anisimov V., et all. Liquid–vapor equilibrium and thermal properties for the HFC32/HFC125 and HFC143a/HFC125 systems // Proc. 4th Asian Thermophys. Props. Conf. – Tokyo (Japan). – 1995. – P.335–338.
Zhelezny V.P., Chernyak Y., ZheleznyV.P. Critical parameter for the several alternative mixture // Proc. 4th Asian Conf. on Thermophys. Propers.– Tokyo (Japan).– 1995– P.291-294.
Zhelezny V.P., Semeniuk Y.V., Vladimirov D.A., et al. Phase equilibrium, density and miscibility of quaziazeotrope mixtures HFC152a/HFC134a in RefrigerationOils // Proc. 19th Int. Cong. of Refrig. - The Hague (The Netherlands).-1995. - Vol. IVa - P.630-637.
Onistchenko V. P., Zhelezny V.P., Vladimirov B. P. Thermodynamic properties of binary azeotropes of ozone– non-depleting refrigerants // Proc. 19th Int. Cong. of Refrig. - Hague (The Netherlands) – 1995. - Vol.IVa – P.450-456.
Chumack I.G., Chepurnenko V.P. Onistchenko V. P. Zhelezny V.P. Systems of cooling on mixtures containing ammonia with soluble oil // Proc. 19th Int. Cong. of Refrig. - The Hague (The Netherlands). – 1995. - Vol.IVa -P.665-670.
Geller V.Z., Bivens D.B., Yokozeki A., Zhelezny V.P. Transport properties and surface tension of R23/116 mixture // Proc. of 6th Int. Refrig. Conf. at Purdue. - Purdue (USA). – 1996. - P.397-402.
Zhelezny V.P., Semenyuk Y.V., Anisimov V.N. Equlibria and thermal properties for the R23/R116 system // Proc. of 6th Int. Refrig. Conf. at Purdue. - Purdue (USA). – 1996. - P.453-457.
Zhelezny V.P., Zhidkov V.V., Zhelezny P.V. Phase equilibrium of oil-refrigerant solution R134a/SW22 // Proc. of 6th Int. Refrig. Conf. at Purdue. - Purdue (USA). – 1996. - P.447-451.
Zhelezny V.P., Voronovski A.M., Zhelezny P.V. et al. Phase equilibrium in ammonia new refrigerating oil mixtures, method of experimental data analysis // Proc. Conf. “Application for Natural Refrigerants” – Aarhus (Denmark). - 1996. – P.769-776.
Zhelezny V.P., Zhidkov V.V. Ecological safety of natural refrigerants in domestic refrigerating equipment. Illusions and reality // Proc. 1998 Int. Refrig. Conf. at Purdue. – Purdue (USA). – 1998. – P.455–460.
Chumak I.G., Onistchenko V.P., Zhelezny V P. et al. New class of lubricant oils soluble in ammonia // Preprints Joint Meeting of the Int. Institute of Refrigeration. Section Band E “Natural Working Fluids 98”. Oslo (Norway). – 1998. - P.417-419.
Zhelezny V.P., Rybnikov M.V., Voronovsky A.M., et.al. Influence of the ammonia-soluble compressor oil admixtures on the caloric properties of working fluid and energy efficiency of refrigerating cycle // Proc. IIR Conf. Sections B and E “Emerging Trend in Refrigeration and Air-Conditioning”. New Delhi (India). – 1998. - P.257-264.
Zhelezny V.P., Lysenko O.V. Ecological-and-thermoeconomic method of analysis of refrigerating equipment efficiency // Proc. 2000 Int. Refrig. Conf. at Purdue. Purdue (USA). – 2000. - P.537-544.
Ovcharenko V.S., Zhelezny V.P., Lysenko O.V. et al. Estimation of possibility of usage of quasiazeotropic mixture R134a/R152a in refrigerating engineering refrigerating engineering // Proc. 2000 Int. Refrig. Conf. at Purdue. Purdue (USA). – 2000. - P.185-191.
Железный В.П., Лысенко О.В., Рыбина Н.П. Эколого-термоэкономический метод анализа эффективности холодильного оборудования // Сб. научн. тр. Межд. научно-практической конф. ”Экологическая и техногенная безопасность”. - Харьков. – 2000. – С.225-237.
Особистий внесок автора в роботах, виконаних у співавторстві :
