ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ва
«ИЛМИЙ-ТЕХНИК МАРКАЗ» МЧЖ
ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ
14.07.2016.Т.02.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ
КАРИМОВ ҚУДРАТИЛЛА ФУАДОВИЧ
СОВУТИШ ТЕХНИКАСИ ИССИҚЛИК АЛМАШИНИШ
АППАРАТЛАРИ ВА МАШИНАЛАРИНИ ТАКОМИЛЛАШТИРИШ
02.00.16 – «Кимѐ технологияси ва озиқ-овқат ишлаб чиқариш
жараѐнлари ва аппаратлари»
(техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
ТОШКЕНТ – 2016
1
УДК 621.57: 536.24
Докторлик диссертацияси автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата докторской диссертации
Content of the abstract of doctoral dissertation
Каримов Қудратилла Фуадович
Совутиш техникаси иссиқлик алмашиниш аппаратлари ва
машиналарини такомиллаштириш . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Каримов Кудратилла Фуадович
Совершенствование теплообменных аппаратов и машин
холодильной техники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Karimov Kudratilla Fuadovich
Improve of heat exchange apparatuses and machinaries of the refrigeration
technicque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of publications ... .…………………………………………..…….... 55
2
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ва
«ИЛМИЙ-ТЕХНИК МАРКАЗ» МЧЖ
ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ
14.07.2016.Т.02.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ
КАРИМОВ ҚУДРАТИЛЛА ФУАДОВИЧ
СОВУТИШ ТЕХНИКАСИ ИССИҚЛИК АЛМАШИНИШ
АППАРАТЛАРИ ВА МАШИНАЛАРИНИ ТАКОМИЛЛАШТИРИШ
02.00.16 – «Кимѐ технологияси ва озиқ-овқат ишлаб чиқариш
жараѐнлари ва аппаратлари»
(техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
ТОШКЕНТ – 2016
3
Докторлик диссертацияси мавзуси Ўзбекистон Республикаси Вазирлар
Маҳкамаси ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида 30.09.2014/B2014.5.T283 рақам
билан рўйхатга олинган.
Докторлик диссертацияси Тошкент давлат техника университетида бажарилган. Диссертаци
автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз) Илмий кенгаш веб-саҳифаси (www.tdtu.uz) ва
“ZIYONET” таълим ахборот тармоғида (www.ziyonet.uz) жойлаштирилган.
Илмий маслаҳатчи: Зокиров Санат Гапурович
техника фанлари доктори,
профессор
Расмий оппонентлар: Морозюк Татьяна
техника фанлари доктори, профессор
Мухиддинов Джалалиддин Носырович
техника фанлари доктори, профессор
Искандаров Зафар Самандарович
техника фанлари доктори, профессор
Етакчи ташкилот: Тошкент кимѐ-технология институти
Диссертация ҳимояси Тошкент давлат техника университети ва «Илмий-техник
марказ» МЧЖ ҳузуридаги 14.07.2016.Т.02.01 рақамли илмий кенгашнинг 2016 йил
______________ соат __ даги мажлисида бўлиб ўтади. (Манзил: 100125, Тошкент шаҳри,
Дўрмон йўли кўчаси, 29-уй. Тел.: (99871) 262-05-22; факс: (99871) 262-09-19; e-mail:
info@energetika.uz).
Докторлик диссертацияси билан «Илмий-техника маркази» маъсулияти чекланган
жамиятнинг Ахборот-ресурс марказида танишиш мумкин. (__ рақами билан рўйхатга
олинган). (Манзил: 100125, Тошкент шаҳри, Дўрмон йўли кўчаси, 29-уй. Тел.: (99871)
262-05-22).
Диссертация автореферати 2016 йил ____________ куни тарқатилди.
(2016 йил ________________ __-рақамли реестр баѐнномаси).
Х.М. Муратов
Фан доктори илмий даражасини берувчи
илмий кенгаш раиси
т.ф.д., профессор
О.О. Зарипов
Фан доктори илмий даражасини берувчи
илмий кенгаш илмий котиби, т.ф.д., доцент
Ш.М. Гулямов
Фан доктори илмий даражасини берувчи
илмий кенгаш қошидаги илмий семинар раиси
т.ф.д., профессор
4
КИРИШ (докторлик диссертацияси аннотацияси)
Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати.
Ҳозирги кунда
бутун жаҳонда озиқ-овқат, кимѐ саноати, тиббиѐт ва фармацевтика соҳаларида
совуқликнинг кенг қўлланилиши ишлаб чиқаришнинг ритмиклигини
таъминлаш, асосий фондлардан унумли фойдаланиш, озиқ-овқат, дори-дармон
ва ҳакозолар сифатини сақлаш имконини беради. Халқаро совуқлик
институтининг маълумотига кўра, сўнгги йилларда дунѐда ишлаб чиқарилувчи
маҳсулотларнинг учдан бир қисмини тез айнийдиган маҳсулотлар ташкил
қилади. Совутиш имкониятлари йўқлиги сабабли озиқ-овқат маҳсулотларининг
дунѐ бўйича йўқотилуви ~25% ни, мева ва сабзавотлар йўқотилуви ~35% ни,
тез айнийдиган маҳсулотлар – 20% ни ташкил қилади. Шу жиҳатдан янги
совутгичларни қуриш ва ишлаѐтганларини реконструкция қилиш сунъий
совуқлик олиш ва уни қўллаш соҳасидаги техник прогресс билан узвийликни
талаб этади ҳамда муҳим вазифалардан бири бўлиб қолмоқда.
Мустақиллик йилларида мамлакатимизда турли мақсадларда ишлатилувчи
совутиш ва сунъий иқлим яратиш қурилмаларига алоҳида эътибор қаратилди.
Улар
таркибига
кирувчи
компрессорлар
ва
иссиқлик
алмашиниш
жиҳозларининг самарадорлигини ошириш бўйича сезиларли натижаларга
эришилди. Бу борада энергия йўқотувларини камайтирадиган самарадор
конденсатор, буғлатгич ва конденсатор-буғлатгич аппаратлар яратилганлигини
алоҳида таъкидлаш мумкин.
Бугунги
кунда
жаҳонда
совутиш
қурилмалари
схемаларини
мукаммаллаштириш, озонга хавфсиз ва умумжаҳон исишига ҳисса
қўшмайдиган совутиш агентларини қўллаб табиатни муҳофазалаш долзарб
вазифалардан ҳисобланади. Бу борада мақсадли илмий-тадқиқотларни,
жумладан, хавфсиз совутиш агентлари аралашмаларини яратиш, самарадор
иссиқлик алмашиниш аппаратларини такомиллаштириш, совутиш циклларини
ва жиҳозларни ҳисобловчи янги дастурларни яратиш кабилар долзарб
вазифалардан ҳисобланади.
Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2011 йил 7 апрелдаги ПҚ-107-
сон «2011-2015 йилларда мева-сабзавот маҳсулотларини сақлаш моддий-техник
базасини ривожлантириш ва мустаҳкамлаш чора-тадбирлари тўғрисида»ги
Қарори ҳамда мазкур фаолиятга тегишли бошқа меъѐрий-ҳуқуқий ҳужжатларда
белгиланган вазифаларни амалга оширишга ушбу диссертация тадқиқоти
муайян даражада хизмат қилади.
Тадқиқотнинг республика фан ва технологияларни ривожлантириш
устувор йўналишларига боғлиқлиги.
Мазкур тадқиқот республика фан ва
технологиялар ривожланишининг V. «Қишлоқ хўжалиги, биотехнология,
экология ва атроф-муҳит муҳофазаси», VII. «Кимѐ технологиялари ва
нанотехнология» устувор йўналишларига мувофиқ бажарилган.
Диссертациянинг мавзуси бўйича хорижий илмий-тадқиқотлар
шарҳи.
Энергетик самарадор, ихчам совутиш машиналари, уларнинг иссиқлик
алмашиниш аппаратларини яратишга йўналтирилган илмий изланишлар
жаҳоннинг етакчи илмий марказлари ва олий таълим муассасалари, жумладан,
5
University of Illinois (АҚШ), Università Politecnica delle Marche (Италия), Institut
für Luft- und Kältetechnik GmbH, Berlin University of Technology (Германия),
Royal Institute of Technology (Швеция), Москва давлат техника университети ва
Россия
совутиш
машинасозлиги
илмий-тадқиқот
институтида
олиб
борилмоқда.
Совутиш
техникаси
самарадорлигини
ошириш,
улар
экологик
хавфсизлигини таъминлашга оид жаҳонда олиб борилган тадқиқотлар
натижасида қатор, жумладан, қуйидаги илмий натижалар олинган:
микроканалдан иборат иссиқлик алмашиниш аппаратлари яратилган (University
of Illinois); аммиак совутиш тизимлари самрадорлиги оширилган ва
моделлаштирилган (Università Politecnica delle Marche), озонга хавфсиз совутиш
агентлари яратилган (Institut für Luft- und Kältetechnik GmbH), абсорбцион
иссиқлик насослари такомиллаштирилган (Berlin University of Technology),
совуқлик ташувчилар хоссалари аниқланган (Royal Institute of Technology),
диоксид углеродда ишловчи совутиш системалари яратилган (Москва давлат
техника университети).
Дунѐда совутиш ва сунъий иқлим ҳосил қилиш қурилмаларини
такомиллаштириш бўйича қатор, жумладан, қуйидаги устувор йўналишларда
тадқиқотлар олиб борилмоқда: унумдорлиги инвертор билан ростланадиган
компрессорларни янада такомиллаштириш, мой ажратгичларнинг ажратиш
коэффициентини ошириш; ишчи босимлар ўзгариши минимал ѐки конденсация
температураси ўзгарувчан компрессорларни яратиш; умумжаҳон исиш
коэффициенти паст ва озонга хавфсиз совутиш агентларини синтезлаш; суюқ
совутиш агентини ўта совутувчи турли системаларни яратиш.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.
Муаммога бағишланган мавзу
юзасидан тарихий илмий ишлар бажариб келинган. Сименс В., Клод Ж.,
Капица П.Л., Михеев М.А., Петухов Б.С., Кутателадзе С.С., Жукаускас А.А.,
Лабунцов Д.А. лар иссиқлик жараѐнлари назарияси, фазалар ўзгаришида,
конвектив иссиклик алмашинишни ўрганишга катта ҳисса қўшишган.
Дунѐнинг турли минтақаларида самарадор совутиш машиналарини яратиш
ва ихчам иссиқлик алмашиниш аппаратларини ишлаб чиқариш бўйича
тадқиқотлар олиб борилган: Vandenboer R., Mugabi N., Pachai A., Stenhede C.,
Arteconi A., Germanus J., Marti-Calatayud M.C., Koster G., Slettahjell O., Melinder
A., Pearson A., Hrnjak P. ва бошқалар.
Иссиқлик
алмашинишни
жадаллаштириш,
иссиқлик
алмашиниш
аппаратларини такомиллаштириш ва энергетик самарадор қурилмаларни
яратиш бўйича: Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Мигай В.К., Ярхо С.А., Закиров
С.Г., Нурмухамедов Х.С. лар томонидан илмий-тадқиқотлар олиб борилган.
Энергияни тежовчи, ихчам аппарат ва машиналарни яратиш учун жараѐн ва
қурилмаларни янада такомиллаштиришга тўғри келади. Эндиликда, озонга
хавфсиз совутиш агентларида ишловчи, технологик йиғилиши осон, самарадор
совутиш тизмиларини такомиллаштириш талаби вужудга келди.
Диссертация
мавзусининг диссертация бажарилган олий таълим муассасасининг
илмий-тадқиқот ишлари билан боғлиқлиги.
Диссертация тадқиқоти
Тошкент давлат техника университети илмий-тадқиқот ишлари
6
режасининг 01.94.0002688 - «Қишлоқ хўжалик маҳсулотларини қайта ишлаш ва
сақлаш учун энергия тежамкор совутиш машиналари ва аппаратларини яратиш»
(1994-1996 йй.), 01.97.0005799 - «Озонга хавфсиз совутиш агентларида ишловчи
энергия тежамкор термотрансформаторларни яратиш» (1997-1999
йй.),
01.20.0008896 - «Суюлтирилган газдан экологик тоза совутиш агентларини
олиш қурилмасини яратиш ва тадқиқ қилиш» (2000-2002 йй.), П
18.56 - «Энергия сарфини камайтирувчи ва ресурсларни тежовчи экологик тоза
совутиш агентларида ишловчи сунъий совутиш техник восита ва жараѐнларини
яратиш» (2003-2005 йй.) мавзуларидаги амалий лойиҳалар ҳамда Ф-2.3.5 -
«Накатка трубали совутиш машиналари ва иссиқлик насослари аппаратларида
иссиқлик алмашиниш жараѐнларини термодинамик таҳлил қилишнинг
эксергетик усули» (2003-2007 йй.) мавзусидаги фундаментал лойиҳа доирасида
бажарилган.
Тадқиқотнинг мақсади
кўп компонентли совутиш агенти
аралашмасининг кўндаланг-ҳалқасимон ариқчали юзаларда пуффакли
қайнашининг илмий-услубий асосини ва совутиш машиналарининг кўндаланг
ҳалқасимон турбулизаторли трубадан ясалган иссиқлик алмашиниш аппаратини
яратишдан иборат.
Тадқиқотнинг вазифалари:
совутиш техникасининг самарадор иссиқлик алмашиниш аппаратлари
конструкцияларини ва улар самарасини баҳолаш усулини танқидий таҳлил
асосида танлашни асослаш;
назарий таҳлил асосида совутиш машиналари самарасини баҳолаш усулини
танлаш;
пуффакли қайнашда ҳалқасимон ариқчали юзалар параметрларини
эътиборга олиб иссиқлик оқими зичлигини ҳисоблаш услубига тузатишлар
киритиш;
совутиш агентларининг ноазеотроп аралашмаси R290/R600a/R600 силлиқ
труба ва ҳалқасимон ариқчали трубалар юзасида пуффакли қайнашидаги
иссиқлик алмашинишнинг характерли параметрларини олиш;
силлиқ труба ва иссиқликни жадаллаштирувчилари кўндаланг жойлашган
трубалардан иборат иссиқлик алмашиниш аппаратларига эга бўлган бир
босқичли ва каскад совутиш машиналарининг иссиқлик-энергетик
характеристикаларини олиш;
самарадор конденсатор, буғлатгич ва конденсатор-буғлатгични яратиш учун
тавсиялар ишлаб чиқиш;
кўндаланг
ҳалқасимон
ариқчаларга
(диафрагмаларга) эга бўлган
трубалардан ясалган конденсатор, буғлатгич ва конденсатор-буғлатгич
самарадорлигини баҳолаш;
рекуператив иссиқлик алмашиниш аппаратлари энергетик самарадорлигини
ҳисоблаш услубини эксергетик ѐндашув асосида яратиш;
самарадор конденсатор, буғлатгич ва конденсатор-буғлатгичга эга совутиш
машинасини такомиллаштириш.
Тадқиқотнинг объекти
бир босқичли ва каскад совутиш машиналари ва
уларнинг иссиқлик алмашиниш аппаратларидан иборат.
7
Тадқиқотнинг предмети
иссиқлик алмашиниш аппаратларида кечувчи
қайнаш, фазавий ўзгаришларсиз совиш жараѐнлари ва бу жараѐнлар
самарадорлигини ошириш масалалари ҳисобланади.
Тадқиқотнинг усуллари.
Диссертация ишида математик моделлаштириш
усуллари, таҳлилнинг сонли усуллари, термодинамик таҳлилнинг эксергетик
усули ҳамда тажриба ўтказиш усуллари қўлланилди.
Тадқиқотнинг илмий янгилиги
қуйидагилардан иборат:
углеводород совутиш агентлари ва уларнинг ноазеотроп аралашмасининг
R290/R600a/R600 кўндаланг ҳалқасимон турбулизаторли трубалар юзасида
пуффакли қайнашидаги иссиқлик алмашиниш модели яратилган;
самарадор конденсатор, буғлатгич ва конденсатор-буғлатгич билан
жиҳозланган бир босқичли ва каскад совутиш машиналарининг совутиш
унумдорлиги, энергия сарфи бўйича тенгламалар олинган;
совутиш унумдорлигининг, сарфланаѐтган қувватнинг совутиш агенти
турига, самарадор трубаларнинг ишлатилиш ўрнига (конденсаторда,
буғлатгичда ва конденсатор-буғлатгичда) боғлиқлиги аниқланган;
совиш, исиш, қайнаш, конденсацияланишдаги иссиқлик алмашинишнинг
ярим эмпирик моделлари яратилган;
ташқи томонида ҳалқасимон ариқчалар ичкари томонидан унга мос
диафрагмаларга
эга
трубалардан
ясалган
иссиқлик
алмашиниш
аппаратларининг самарадорлиги кўрсатилган. Накаткаланган трубаларни
буғлатгичларда ишлатиш термодинамик жиҳатдан фойдали, кўндаланг
ҳалқасимон турбулизаторли трубалардан ясалган конденсатор ФИК
Re
в
=1500
÷ 8000интервалда 1,06 ÷ 1,25 ни ташкил қилиши аниқланган;
ҳалқасимон ариқча ва диафрагмаларга эга трубалардан ясалган иссиқлик
алмашиниш
аппаратли
буғ-компрессион
совутиш
машиналарининг
самарадорлиги кўрсатилган. Конденсаторда №3 труба ва буғлатгичда №4 труба
қўлланилган энергетик самарадор совутиш машиналарининг ФИК
T
o
= 213К да
мос равишда
η
e
= 0,60 ва 0,59 бўлиши аниқланган;
иссиқлик алмашиниш аппаратлари энергетик самарасини баҳолаш учун
критерий яратилган;
бир каскадли буғ компрессион совутиш машинасини эксергетик таҳлил
қилиш методикаси яратилган.
Тадқиқотнинг амалий натижаси:
совутиш машинаси учун иссиқлик алмашиниш аппаратининг
конструкцияси яратилган;
иссиқлик алмашиниш аппаратининг энергетик самарасини баҳолаш
эксергетик усули яратилган;
каскад совутиш машиналарини эксергетик таҳлил қилиш усули яратилган;
иссиқлик алмашиниш аппаратларини шахсий компьютерда эксергетик таҳлил
қилиш дастури яратилган.
Тадқиқот натижаларининг ишончлилиги.
Илмий қараш, хулоса ва
тавсияларнинг ишончлилиги назарий ва тажриба натижаларининг
8
аддекватлиги, олинган натижаларнинг бошқа тадқиқотчиларники билан қиѐсий
таҳлилда мослиги билан тасдиқланади.
Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.
Тадқиқотда
олинган натижаларининг илмий аҳамияти бир босқичли ва каскад буғ
компрессион совутиш машиналарининг энергетик самарадорлигини
оширишнинг илмий асослари ва йўллари, конденсатор, буғлатгич ва
конденсатор-буғлатгичларнинг самарадорлигини баҳолаш усули яратилганидан
иборат.
Олинган натижаларнинг амалий аҳамияти самарадор иссиқлик алмашиниш
аппаратларини ҳисоблаш, самарадор иссиқлик алмашиниш аппаратларини ўз
ичига олган совутиш машиналарини таҳлил қилиш усуллари яратилганидан
иборат.
Тадқиқот
натижаларининг
жорий
қилиниши.
Иссиқлик
алмашинишнинг аниқланган қонуниятлари ва иссиқлик алмашинишни
жадаллаштиришнинг
яратилган
усули асосида кўндаланг ариқчалар
кўринишидаги турбулизаторли буғлатгич аппарати «Нефт-газ ва кимѐ
машинасозлиги заводи» АЖда жорий қилинган («Узбекнефтегаз» МХКнинг
2016 йил 09 июндаги 08/364-645-сон маълумотномаси). Илмий натижанинг
қўлланилиши совуқлик ташувчи томонидан гидравлик қаршилик сезиларли
ортмаганда иссиқлик алмашинишни 1,8–2,2 марта ошириш ва аппаратни
тайѐрлашдаги конструкцион материал сарфини қисқартириш, унинг габарит
ўлчамларини кичрайтириш ѐки буғлатгич орқали совуқлик ташувчини ҳайдаш
энергияси сарфини, совуқлик ташувчи томонида қуйқа ҳосил бўлишини
камайтириш имконини берган. Тавсия этилган конструкциядаги труба силлиқ
трубали буғлатгичларни йиғиш технологиясини бузмаслик, трубалар тўридаги
трубалар сонини камайтирмаслик, трубалар диаметрини ўзгартирмаслик,
ариқча ва диафрагмаларни накатка йўли билан ҳосил қилишда иссиқлик
алмашиниш юзасини 8% дан катта қийматга ортмаслик, аппаратни узоқ вақт
давомида ифлосликлардан махсус тозалаш тадбирларисиз ишлатиш, аппарат
ишончлилигини камайтирмаслик ҳамда яратилган аппаратни буғ-компрессион
совутиш машинаси таркибида ишлатишда электроэнергияни 1368,4 кВт/сутка
миқдорида тежаш имконини берган.
Тадқиқот натижаларининг апробацияси.
Тадқиқот натижалари илмий техник
конференцияларда, жумладан, ТошДТУ даги конференцияларда (Тошкент, 2001,
2004, 2007); II, III, IV, V- иссиқлик алмашиниш бўйича Россия Миллий
конференцияларида (Москва, 1998, 2002, 2006, 2010); РФА акад. А.И. Леонтьев
раҳбарлигидаги ѐш олим ва мутахассислар XIII, XIV, XIV, XV, XIX -
мактаб-семинарида (Россия, 2001, 2003, 2005, 2013); «Замонавий
энергиятежамкор иссиқлик технологиялари (Қуритиш ва материалларни
иссиқлик-намлик жиҳатдан қайта ишлаш» 1, 3- халқаро илмий-амалий
конференцияларида (Москва, 2002, 2008); «Техника ва технологияларда
математик усуллар» XVI-халқаро илмий конференциясида (Ростов-Дон, 2003);
«Энергиятежамкорлик – назария ва амалиѐт» ѐш олимлар ва мутахассислар
Иккинчи Бутун Россия мактаб-семинарида (Москва, 2004); совутиш техникаси
ва ҳавони кондициялаш бўйича Пердьюдаги 10 и 11- халқаро конференцияларда
9
(АҚШ, 2004, 2006); илмий-амалий конференцияларда (Шимкент, 2005, 2006,
2009); совутиш техникаси ва ҳавони кондициялаш бўйича 3-Осиѐ
конференциясида (Жанубий Корея, 2006); «Илмий кимѐвий технологиялар
2006» XI-халқаро илмий-техник конференцияда (Самара, 2006); Халқаро
Совуқлик Институтининг совутиш техникаси бўйича 22-Конгрессида (Хитой,
2007); аммиак совутиш технологиялари бўйича Охриддаги конференцияда
(Македония, 2009); XV халқаро илмий-техник конференцияда (Орел, 2012)
маъруза кўринишида баѐн этилган ҳамда апробациядан ўтказилган.
Тадқиқот
натижаларининг эълон қилиниши.
Диссертация мавзуси ва материаллари
бўйича жаъми 61 та илмий иш чоп этилган, шулардан Ўзбекистон
Республикаси Олий аттестация комиссиясининг докторлик диссертациялари
асосий илмий натижалари чоп этиш тавсия этилган илмий нашрларда 15 та
мақола, жумладан, 13 таси республика ва 2 таси хорижий журналларда нашр
этилган.
Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми.
Диссертация таркиби кириш,
бешта боб, хулоса, фойдаланилган адабиѐтлар рўйхати ва иловалардан иборат.
Диссертациянинг ҳажми 191 бетни ташкил этган.
ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш
қисмида ўтказилган тадқиқотнинг долзарблиги ва зарурати
асосланган, тадқиқотнинг мақсади ва вазифалари, объект ва предметлари
тавсифланган, республика фан ва технологияларни ривожланишининг устувор
йўналишларига мослиги кўрсатилган, тадқиқотнинг илмий янгилиги ва амалий
натижалари очиб берилган, тадқиқот натижаларини амалиѐтга жорий қилиш,
нашр этилган ишлар ва диссертация тузилиши бўйича маълумотлар
келтирилган.
Диссертациянинг
«Самарадор иссиқлик алмашиниш аппаратлари ва
буғ-компрессион совутиш машиналари ҳолатининг таҳлили»
деб
номланган биринчи бобида совутиш техникасининг ҳозирги ҳолати – иссиқлик
алмашиниш аппаратларининг кўп ишлатилувчи конструкциялари, буғ
компрессион совутиш машиналарининг мавжуд ва кенг тарқалган цикллари ва
схемалари ѐритилган. Иссиқлик алмашиниш аппаратларининг авзаллик ва
камчиликлари, совутиш машиналарининг турли схемалари батафсил таҳлил
қилинган, сунъий совутиш соҳасидаги муаммолар ва уларни ечиш йўллари
кўрсатилган. Иссиқлик алмашиниш аппаратлари ва совутиш машиналарининг
самарадорлигини баҳолаш услуб ва мезонлари кўриб чиқилган, системаларни
таҳлил қилишдаги, таҳлил маълумотларини умумлаштиришдаги, мезонларни
қўллашдаги назарий, услубий камчиликлар кўрсатилган. Адабиѐтлардан
олинган маълумотларни назарий таҳлил қилиш ва умумлаштириш асосида
ҳамда ўрганилаѐтган муаммонинг ҳозирги аҳволидан келиб чиқиб
тадқиқотнинг мақсад ва вазифалари белгиланди. Боб ниҳоясида хулосалар
келтирилган.
Диссертациянинг
«Экспериментал стендлар ва буғ-компрессион
совутиш машиналарини тадқиқ қилиш методикасини яратиш»
деб
10
номланган иккинчи бобида эталон ва юқори самарадор конденсатор, буғлатгич,
конденсатор-буғлатгичли бир босқичли ва каскад буғ-компрессион совутиш
машинасининг иссиқлик-энергетик характеристикаларини аниқлаш учун
тажриба қурилмаларининг тавсифи берилган. Совутиш агентлари сифатида бир
босқичли ва каскад машинасининг юқори тармоғида R12, озонга хавфсиз
углеводород газлар аралашмаси, қуйи тармоқда эса этан ишлатилган.
Диссертациянинг
«Уч компонентли совутиш агенти аралашмасининг
пуффакчали қайнашидаги иссиқлик алмашинишни тадқиқ қилиш»
деб
номланган учинчи бобида совутиш ва криоген техникаси учун муҳим аҳамиятга
1-жадвал
Тўйинган буғ босими
T,
K
C
4
H
10
- н-бутан
C
3
H
8
- пропан
p
s
, Па
(ҳисобий)
p
s
, Па
(тажрибавий)
p
s
, Па
(ҳисобий)
p
s
, Па
(тажрибавий)
17
3
162,1621703
-
2761,149139
-
18
3
448,1817513
-
6192,786016
-
19
3
1098,984913
-
12627,85552
-
20
3
2436,416712
-
23770,64562
30397,5
21
3
4958,494374
5038,74
41818,3491
4356,975
22
3
9379,665696
9490,96
69449,72517
6890,1
23
16661,5204
16809,13
109785,8609
111457,5
3
24
3
28030,47586
28219,61
166334,1496
151987,5
25
3
44981,42831
45202,03
242927,8536
283710
26
3
69268,70689
69542,61
343672,5432
374902,5
27
3
102887,4271
103250,18
472908,2876
486360
28
3
148049,3194
148339,8
635193,6238
648480
29
3
207157,3441
207412,28
835314,7019
861262,5
30
3
282783,0625
282696,75
1078320,986
1023382,5
31
3
377650,047
377942,25
1369587,594
1053780
32
3
494625,7775
496492,5
1714903,789
1722525
33
3
636723,6604
639360,75
2120587,161
2229150
34
3
807116,123
810600
2593623,563
2735775
35
3
1009159,232
1013250
3141833,746
3242400
36
3
1246428,984
1250350,5
3774068,773
3850350
эга бўлган областда индивидуал моддаларнинг
p
,
v
,
T
−
катталикларини амалиѐт
учун қониқарли даражадаги аниқловчи ҳолат тенгламаси берилган.
Умумлашган тенгламалар базавий системаси учта термик тенгламаларни ўз
ичига олади: тўйинган буғ босимининг тенгламаси, қайнаѐтган суюқлик
зичлигининг тенгламаси, ҳолат тенгламаси. Бу тенгламалар тўйинган буғ
босими ва қайнаѐтган суюқлик зичлигининг температурага боғлиқлигини
11
учлама нуқтадан критик нуқтагача оралиқда барча турдаги моддалар учун
қониқарли ифодалайди.
2-жадвал
Қайнаѐтган суюқлик зичлиги
T, K
C
4
H
10
- н-бутан
C
3
H
8
-пропан
ρ, кг/м
3
(ҳисобий)
ρ, кг/м
3
(тажрибавий)
ρ, кг/м
3
(ҳисобий)
ρ, кг/м
3
(тажрибавий)
173
695,0387
-
644,7181
-
183
686,2479
-
634,604
-
193
677,3529
-
624,3075
-
203
668,341
-
613,8031
-
213
659,1982
-
603,0608
602,4096
223
649,9081
-
592,0458
591,716
233
640,4524
-
580,7167
581,3953
243
630,8102
630,8102
569,0245
568,1818
253
620,9575
620,9575
556,9099
555,5556
263
610,8665
617,28395
544,3006
543,4783
273
600,505
602,40964
531,1069
526,3158
283
589,8352
591,71598
517,2149
515,4639
293
578,8127
581,39535
502,4769
505,0505
303
5673,841
568,18182
486,6952
476,1905
313
555,485
558,65922
469,5941
458,7156
323
543,0362
543,47826
450,768
442,4779
333
529,9385
529,10053
429,5753
425,5319
343
516,065
515,46392
404,8821
400,000
353
501,2484
505,05051
374,2819
357,1429
363
485,2605
-
330,2303
-
Индивидуал моддалар – н-бутан ва пропаннинг тўйинган буғ босимини
сонли тадқиқот натижалари 1-жадвалда берилган. Температуралар ортиши
билан н-бутан, пропан буғларининг босими ошади. Ҳисоблар
p
=
0,1МПа,
T
=
173
÷
553К да бажарилган. Жадвалдан кўринадики, тўйинган буғ босимининг
тенгламаси бўйича ҳисобланган қийматларнинг тажриба қийматларидан ўртача
квадратик фарқланиши 1% дан ошмади.
Қайнаѐтган суюқлик зичлигини ҳисоблаш натижалари 2-жадвалда
келтирилган. Температура ортиши билан суюқлик зичлиги камаяди. Бунда ҳам
ўртача квадратик хатолик кўрсатилган диапазонда. Ҳисобий катталикларнинг
тажрибада олинганидан максимал фарқи ±3,59%.
Аралашма учун
p
,
v
,
T
−
катталиклар номаълум, унинг компонентлари учун
эса ўта қизиган буғ ва фазавий мувозанат областларида яхши ўрганилган бўлса,
у ҳолда аввал ҳар бир компонент учун юқорида қайд этилган
12
тенгламалар ѐрдамида уч константали тенгламанинг
а
,
в
,
с
−
константалари
қийматлари топилади. Сўнгра комбинаторика қоидаларини ишлатиб
аралашманинг термик хоссалари компонентларни аниқлашдаги хатоликдан 2-3
баробар ошмайдиган хатолик билан фазалар мувозанати ва қизиган буғ
областида топилади.
Суюқликка ботирилган думалоқ труба орасидаги иссиқлик алмашиниш
температурасида ўрганилди.
жараѐни суюқлик тепасидаги доимий босим ва унга мос тўйиниш
q
, Вт/м
2
180000
150000
120000
90000
60000
30000
0
0 1 2 3 4 5
ΔT
, K
t=-30 С t=-20 С t=-10 С t=0 С t=10 С t=20
С t=30 С
1-расм. Аралашма учун иссиқлик оқими зичлигининг девор ва тўйинган
буғ температуралари фарқига боғлиқлиги
Иссиқлик алмашинишнинг 3.2 пунктда баѐн қилинган тадқиқот усулига
таяниб соф совутиш агентлари R290, R600a, R600 ва уларнинг аралашмаларини
пуффакли қайнаш тажрибалари қуйидаги шароитларда ўтказилди:
q
=
405
÷
246112Вт/(м
2
·К),
t
o
=
−
30
÷
30
o
C,
T
=
1
÷
5K, состав смеси R290/R600a/R600 –
40/30/30.
I тур (
t
ст
≅
const) чегаравий шартларда
q
ни
Δ
T
га боғлиқлик характери
диссертациянинг 3.2÷3.5 - расмларида келтирилган. Совутиш қурилмалари
буғлатгичларидаги шундай ишчи параметрлар танлаб олинганки, унда
буғланиш жараѐни ривожланмаган ва бошланғич ривожланган қайнаш зонасида
боради. Плѐнкали қайнаш области ўрганилмади.
Δ
T
=
1
÷
2температуралар напорининг диапазони эркин конвекция
областига мос келади: иссиқлик иситувчи юзадан суюқ совутиш агентига
қатламларнинг кўчиши билан ўтади. Иситиш юзасида ва суюқликда буғ
пуффакчалари бўлмайди.
q
=
f
(
Δ
T
)эгри чизиқнинг бир қисми
Δ
T
≅
2
÷
3,5К
диапазонда ривожланмаган қайнаш областига мос келади: иситиш юзасида буғ
пуффаклари пайдо бўлади, лекин уларнинг сони кўп эмас, пуффакларнинг бир
қисми сирт таранглик кучлари томонидан ажралиш зонасига етмай бузилади
13
(суюқликни ҳажмда етарли қизимагани туфайли). Бу зонада эркин конвекция ва
пуффакчали қайнаш биргаликда иссиқлик алмашиниш жадаллигини
белгилайди.
Δ
T
=
3,5K дан ривожланган қайнаш бошланади. Бу зона юзада
пуффакларни кўпайиши, уларнинг сузиб чиқишда ва буғга ўтишда қўшимча
ўсиши, суюқликни қизиши билан характерланади. Бунда иссиқлик бериш
буғланиш жадаллиги билан аниқланади.
q
=
f
(
Δ
T
)эгри чизиғининг қайнаш температуралари бўйича қатламланиши
и-бутан учунгина кузатилмаслиги аниқланди. С
3
Н
8
, н-С
4
Н
10
ва и-С
4
Н
10
ҳамда
уларнинг аралашмалари учун
q
ни
Δ
T
га боғлиқлиги сифат жиҳатидан бир хил,
лекин
Δ
T
=
idem
да иссиқлик бериш коэффициенти ва иссиқлик оқими
зичлигининг қийматлари утрлича. Масалан,
Δ
T
=
idem
(
Δ
T
=
2К) ва
t
o
=
idem
(
t
o
=
0
о
С)
да пропан учун
α
=
4088Вт/(м
2
·К)
ва
q
=
8176Вт/м
2
, н-бутан учун
α
=
2213Вт/(м
2
·К) ва
q
=
4426Вт/м
2
,
и-бутан
α
=
2718Вт/(м
2
·К) ва
q
=
5436Вт/м
2
.
Δ
T
иссқилик алмашинишга турлича таъсир этади. Ривожланмаган
қайнаш областида (
Δ
T
≅
2
÷
3,5К)
унинг
α
га таъсири кам (
0,3
α
≅
Δ
T
).
Ривожланган қайнаш областида
Δ
T
нинг
α
га таъсир даражаси ортади
(
Δ
T
≥
3,5К;
2,0
α
≅
Δ
T
), иссиқлик бериш коэффициенти кескин ошади.
Диссертациянинг 3.6. ва 3.7 расмларидан кўринадики,
Δ
T
=
const
да модданинг
қайнаш ҳарорати ортиши билан иссиқлик алмашиниш кўпаяди. Аралашма ва
пропан, н-бутан учун
t
o
=
10
÷
20
о
С қайнаш температураси диапазонида
иссиқлик алмашиниш коэффициентининг кескин ўсиши кузатилади.
Кўрсатилган ҳодиса и-бутан учун характерли эмас. Тадқиқ қилинган
t
o
=
−
30
÷
+
10
о
С диапазонда
α
коэффициент ўзгармайди,
t
o
=
+
10
о
С дан бошлаб
α
бир оз
пасаяди.
Қайнашдаги иссиқлик бериш жадаллигини белгиловчи С
3
Н
8
, н-С
4
Н
10
, и
С
4
Н
10
совутиш агентларининг хоссалари бир-бирига яқин. Жумладан, углеводород
совутиш агентларининг иссиқлик ўтказувчанлиги
λ
ўзаро 1,15, динамик
қовушқоқлик коэффициенти
μ
ва сирт таранглиги
ζ
1,35, буғланиш иссиқлиги –
1,26, критик босим эса – 1,11 марттага фарқланади. Бу шунга олиб келадики,
С
3
Н
8
, н-С
4
Н
10
, и-С
4
Н
10
ларнинг қайнаш жараѐнлари сон ва сифат жиҳатдан
ўхшашдир. Шу сабабдан, иссиқлик алмашинишни ўрганишда биттагина
совутиш агентининг қайнашини кўриб чиқиш билан чекланса бўлади.
Углеводород газлар С
3
Н
8
, н-С
4
Н
10
, и-С
4
Н
10
аралашмаси қайнашида ҳам
иссиқлик бериш унинг аддитивлик қоидаси бўйича аниқланувчи хоссаларига
боғлиқ. Аралашманинг
λ
,
μ
,
ζ
,
r
қийматлари унинг компонентлари тегишли
катталикларининг қийматлари диапазонида жойлашади.
2-расмда иссиқлк оқими зичлигининг
Δ
T
=
const
да модда қайнаш
температурасига боғлиқлиги кўрсатилган.
q
нинг кичик қийматлари паст
температураларга мос келади ва
o
t
ортиши билан барча соф моддалар ва
уларнинг аралашмаси учун иссиқлик оқими зичлигининг кўпайиши кузатилади.
14
Бирор модда учун
t
o
=
idem
да
q
нинг катта қийматлари
Δ
T
нинг катта
қийматларига мос келади. Масалан, пропан учун
t
o
=
0
о
С да:
Δ
T
=
2К да
q
=
8176Вт/(м
2
·К) ва
Δ
T
=
5К да
q
=
128545Вт/(м
2
·К). бир хил қаайнаш
температуралари ва температуралар фарқида иссиқлик оқими зичлигининг энг
катта қиймати пропанга тегишли –
q
=
8176Вт/(м
2
·К), сўнг аралашмага
q
=
7211Вт/(м
2
·К), и-бутанга
q
=
5436Вт/(м
2
·К) ва н-бутанга
q
=
4426Вт/(м
2
·К).
2-расм.
Аралашма ва и-бутан учун иссиқлик оқими зичлигининг қайнаш
температурасига боғлиқлик графиги
Диссертацияда ноазеотроп аралашманинг ҳалқасимон диафрагмали
трубада қайнашига оид тадқиқот маълумотлари берилган. Тадқиқотларнинг
кўрсатишича, пуффакли қайнаш режимида ҳалқасимон диафрагмали трубада
иссиқлик алмашиниш силлиқ трубадагидек. Бир оз ўсиш кузатилади:
d D
=
0,875труба учун
α
α
гл
=
1,119;
d D
=
0,9труба
учун
α
α
гл
=
1,115;
d D
=
0,94труба учун
α
α
гл
=
1,109. Иссиқлик алмашинишнинг
бундай оз
ўсишини диафрагмани буғ ҳосил қилиш самараси деб эмас, балки ҳалқасимон
диафрагма ҳосил қилишда иссиқлик алмашиниш юзасининг бир оз кўпайиши
деб қараш мумкин. Биз ишлатган ҳалқасимон диафрагмали трубаларда юза 8%
гача ошган. Шундай қилиб, ҳалқасимон диафрагмалар R290/R600a/R600
аралашмани қайнашида иссиқлик алмашинишга таъсир қилмайди деб
ҳисобласа бўлади.
Диссертациянинг
«Иссиқлик алмашинишни жадаллаштириш билан
совутиш машиналари самарадорлигини ошириш»
деб номланган тўртинчи
бобида конденсатор, буғлатгич ва конденсатор-буғлатгич ишининг совутиш
машиналари энергетик характеристикаларига таъсири кўрилган.
Силлиқ ва накатка трубали конденсаторга эга совутиш машиналари тадқиқ
қилинди. Тадқиқотнинг температуралар режими:
T
o
=
213
÷
233K;
T
о
K;
T
к
=
303
÷
313K;
−
=
5
÷
10
в
o
=
258
÷
278
н
T
к
K;
=
253
÷
271
в
н
T
к
T
К. Босим
15
в
н
p
.
Трубаларнинг тўртта варианти
p
;
=
3,28
÷
5,39
к
к
режими:
=
3,04
÷
5,14
в
p
н о
p
о
текширилди:
1- труба силлиқ труба
2- труба
t D
=
0,4;
d D
=
0,876
3- труба
t D
=
0,4;
d D
=
0,91
4- труба
t D
=
0,4;
d D
=
0,945.
3-жадвал
Силлиқ трубали конденсаторлари учун тажриба натижалари
Совуқлик
элитувчининг
буғлатгичдан
чиқишдаги
температураси,
о
С
Re
R12 совутиш агенти
290/R600a/R600
совутиш агенти
t
к
,
о
С N, Вт Q, кВт t
к
,
о
С N, Вт Q, кВт
0
1532
48
492
0,73
45,3 470
0,74
3219 38,75 453
0,77
36,5 440
0,79
7321 32,5 430
0,79
31,0 425
0,84
-5
1475 44,5 446
0,6
42,8 435
0,64
3177 37,5 421
0,63
34,5 420
0,68
7252 32,5 400
0,67
30,5 400
0,68
-10
1420 42,5 395
0,51
39,8 401
0,48
3111 36,25 386
0,53
32,5 390
0,53
7197 31,5 373
0,56
29,0 385
0,55
Каскад совутиш машинасида иккита ишчи жисм ишлатилди. Улардан
бири – юқори босим ишчи агенти (паст температура ишчи жисми) – этан
(R170). Бошқа ишчи агент 3-бобда кўриб ўтилган – паст босим уч компонентли
аралашмаси (юқори температура ишчи жисми). R290/R600a/R600 аралашмани
биз озонга хавфли R12 га муқобил сифатида таклиф қилганмиз. Бу ноазеотроп
аралашма R290/R600a/R600 гомоген, қайнаш ва конденсация жараѐнлари
температура ўзгариши билан бориши унга хос. Бунда суюқликлар ажралиб
қолмайди ва таркиби ҳам аста ўзгариб боради.
Каскад совутиш машинасининг юқориги тармоғининг совутиш
коэффициенти тажриба қийматларидан кўринадики (3-жадвал), ноазеотроп
аралашмадаги цикл R12 циклга нисбатан 2 ÷ 8% самарадор. Самарадорликнинг
тахминан 5% аралашманинг термодинамик хоссалари яхшилиги, қолгани эса
конденсация жараѐнининг ноизотермиклиги туфайлидир. Леикн,
t
o
=
−
10
о
С да
шундай режимлар ҳам борки, уларда R12 циклдаги самарадорлик катта.
Шунинг учун фреон-12 ва аралашмада ишловчи совутиш машиналарининг
ўртача самарадорлиги тенг.
Совутиш машиналари характеристикаларини таққослаш учун юқори
тармоқ ишчи агенти сифатида пропан (R290) ишлатилди. Индивидуал модда
16
R290 аралашма R290/R600a/R600 қайнаш ва конденсацияланиш
жараѐнларининг ноизотермиклик таъсирини кўрсатди.
3-расмда конденсатордаги нисбий иссиқлик оқимининг пропан
конденсацияланиш температурасига боғлиқлиги кўрсатилган. Конденсация
температурасининг ортиши иссиқлик нагрузкасининг пасайиши билан содир
3-расм.
Пропанни конденсацияланиш температурасига нисбий иссиқлик
оқимининг боғлиқлиги
бўлади, бу идеал совутиш машинаси назариясига зиддир. Пасайиш
Т К
=
Т
=
К
/ 1,11
303 313
=
q
к
q
ни ташкил қилади. Бу нисбат ноазеотроп аралашма
к
конденсацияланганда
/ 1,06
303 313
=
Т К
=
Т
=
К
q
к
q
гача камаяди, бу жараѐн
к
ноизотермиклиги билан тушунтирилади. Конденсация температураси бир хил
бўлганида иссиқлик оқимининг силлиқ трубадагига нисбан ортиши барча
трубалар учун кузатилади. Қурилманинг иссиқлик унумдорлиги иссиқ сувнинг
70÷85
о
С температуралар диапазонида пасаяди, сўнгра эса аста 95
о
С гача
ўсади.
(
)
к w
2
Q
=
f t
(ѐки
(
)
к к
Q
=
f t
) боғлиқликнинг бундай табиати тадқиқ
қилинган индивидуал совутиш агентлари учун ҳам, уларнинг аралашмалари
учун ҳам характерли.
t
(
t t
)
C
o
к
=
w
1
+
w
2
2
+
5эканини эътиборга олиш зарур.
Ҳалқасимон диафрагма ва ариқчали трубаларни қўллаш юқори тармоқда
конденсация температурасининг пасайишига олиб келди. Ҳалқасимон
диафрагма ва ариқчалар суюқликларни узатиш қувватига турлича таъсир
кўрсатади (4-расм). 3 ва 4-трубаларни қўлланилиши суюқликларни узатиш
қувватини силлиқ трубалидаги қувватга нисбатан пасайишига олиб келади. 3-
труба учун
N N
гл
=
0,8ва 4-труба учун
N N
гл
=
0,92
÷
0,94. 2- трубани
қўлланилиши сарф қилинувчи қувватни ортишига олиб келади. Бундай ҳол
трубадаги баланд турбулизаторлар гидродинамик чегаравий қатламни бузиши
ва бу қатламдан чиқиб туриши билан тушунтирилади. Турбулизаторнинг чиқиб
17
турган қисми оқим ядроси йўлида қўшимча қаршилик ҳосил қилади ва
натижада суюқликни ҳайдаш қуввати ортади. Сарфланувчи қувватни
конденсацияланиш температурасига боғлиқлик характери R290 совутиш агенти
ва ноазеотроп аралашма учун бир хил. Аралашма конденсацияланишининг
ноизотермиклигини таъсири бор:
( )
T
к
N
=
f
тўғри чизиғи R290 совутиш агенти
чизиғига нисбатан тик.
4-расм. Пропанни узатиш қувватини конденсацияланиш температурасига
боғлиқлиги
Шу
тариқа,
ҳалқасимон
турбулизаторли
трубалар
иссиқлик
алмашинишни жадаллаштиради ва шу билан бирга суюқликларни (буғларни)
узатиш қувватини ўзгартиради (оширади ѐки камайтиради). Трубаларнинг энг
яхши вариантини аниқлаш учун совутиш коэффициентидан фойдаланиш
мумкин. Лекин, биринчи бобда таъкидланганидек, бу коэффициентдан бир хил
температура режимида ишловчи совутиш машиналарини фақат солиштириш
учун фойдаланиш мумкин.
Силлиқ трубалар ва иссиқлик алмашинишни жадаллаштирувчи трубалардан
иборат конденсаторлар билан жиҳозланган барча совутиш машиналари учун
конденсация температурасини ортиши совутиш
ε
=
f
чизиғи совутиш
коэффициентини пасайишига олиб келади (5-расм).
( )
T
к
агентларининг
аралашмаси конденсацияланганида анча тик, бу унинг иссиқлик физик
хоссалари билан тушунтирилади. 2-конденсаторли совутиш
машинасининг
ε
1-конденсаторли
машинанинг
ε
сидан кичик. 4-трубани
ε
қўллаш совутиш машинасининг самарадорлигига таъсир этмайди,
коэффициентлар тенг.
18
5-расм. Совутиш коэффициентини пропан конденсацияланиш
температурасига боғлиқлиги
Тадқиқот ишида мойнинг конденсацияланиш жараѐнига таъсири кўрилган.
Совутиш агенти ва мойларнинг ўзаро аралашувчанлигига боғлиқ равишда
уларнинг конденсатордаги иссиқлик алмашинишга таъсири турлича бўлиши
мумкин. Фреон-мой аралашмасининг ҳалқасимон ариқчали горизонтал трубада
конденсацияланишидаги иссиқлик бериш коэффициенти ҳисоблаш учун
тенглама тавсия қилинган
α
α
к к
А
ω
.
=
(1)
α
о
бу ерда
[
(
)
]
[
(
)
]
d
н
d d
н
A
=
1,67
−
0,85
t
⋅
16
⋅
exp
−
3 – конденсацияда иссиқлик
алмашинишни ўсиш катталиги.
(1) тенглама нисбий қадами
t d
н
=
0,2
÷
0,4ва ариқча чуқурлиги
d d
н
=
0,872
÷
0,945бўлган трубалар учун ўринли. Фреон-мой аралашмасини силлиқ трубада
ва ҳалқасимон ариқчалар дискрет жойлашган трубаларда
плѐнкали
конденсацияланишидаги
иссиқлик
бериш
жадаллигини
таққослашдан
кўринадики, ушбу юқори самарадор трубаларни қўллаш иссиқлик
алмашинишни 2 дан 3,6 марттагача жадаллаштиради. Бундай самарадорлиик
иссиқлик алмашиниш юзасини шунча марттага қисқартиришга, ихчам иссиқлик
алмашиниш аппаратини яратишга имкон беради.
6-расмда қуйи тармоқ совутиш унумдорлигининг этанни қайнаш
температурасига боғлиқлиги конденсация температураси
T
к
=
303К ва
T
к
=
313К
да кўрсатилган. Қайнаш температурасининг ортиши совутиш унумдорлигининг
пасайишига олиб келади. Масалан, қайнаш температурасининг
T
o
=
213К дан
T
o
=
223К га ортиши (ўсиш 9%) нисбий совутиш унумдорлигининг 5% га
камайиши билан содир бўлади (
q
o
=
318
19
кДж/кг дан
q
o
=
301кДж/кг га). Турли
T
к
ва бир хил
T
o
да совутиш унумдорлиги
совутиш машинаси кичик конденсация температурасида ишловчи режим учун
каттадир. Фақатгина
T
o
=
233температурада
o
q
катта қийматли
T
к
учун катта
бўлди, бу хато бўлиб этан ҳолат параметрларини аниқлашдаги хатолик билан
тушунтирилади. Тадқиқот натижаларини бундай тавсифлаш бошқа кўп сонли
олимлар тажрибалари ва назарияга асосланади. Бу шундай тушунтирилиши
мумкин: юқори босим совутиш агенти (эттан) тавсия этилмаган қайнаш
областида ишлатилган.
6-расм. Қуйи тармоқ нисбий совутиш унумдорлигини қайнаш
температурасига боғлиқлиги
7-расмда юқори тармоқ нисбий совутиш унумдорлигини совутиш
агентлари аралашмаси ва пропаннинг қайнаш температурасига боғлиқлиги
кўрсатилган. Қуйи тармоқдан фарқли, юқори тармоқда барча совутиш
агентларининг қайнаш температурасини ортиши совутиш унумдорлигини
кўпайиши билан содир бўлади.
Иккала тармоқда қайнаш температурасини ортиши буғни ҳайдаш
қувватини пасайиши билан содир бўлади. Сарфланувчи қувват
T
к
=
313К
конденсацияланиш температурасида катта. Қувват эгри чизиқларининг
характери юқори тармоқ учун сифат жиҳатдан фарқланади:
T
к
=
303К
температурада эгри чизиқ оғиш бурчаги ўзгармас. Қувват каскад қурилмаси
учун эмас, балки унинг тармоқлари учун алоҳида аниқланган.
Қайнаш температурасининг ўсиши совутиш коэффициентини ортишига
олиб келади. Конденсация ва буғланишнинг бир хил температураларида
ε
соф
пропанда ишловчи машина учун каттароқдир (8-расм).
20
7-расм. Юқори тармоқ нисбий унумдорлигини қайнаш температурасига
боғлиқлиги
8-расм. Совутиш коэффициентини қайнаш температурасига боғлиқлиги
Каскад совутиш машинасини тадқиқ қилишда конденсатор буғлатгичнинг
характеристикалари
q
ик
=
348
÷
406кДж/кг;
k
=
0,83
÷
1,81
кВт/(м
2
·К);
θ
=
5
÷
10
о
С диапазонда ўзгарди. Эталон
иссиқлик алмашиниш
юзаларини 1÷4 юзалар билан алмаштириш 3.3., 4.1 ва 4.2 бўлимларда айтиб
ўтилган жараѐнларга олиб келади: самарадор юзада қайнаш иссиқлик бериш
коэффициентини ўсишига олиб келмайди (
исп исп
α
гл
=
α
), конденсацияланишда
к
α
α
).
к
эса – аксинча (масалан, трубалар учун
=
2
гл
21
Диссертациянинг
«Иссиқлик алмашиниш ва совутиш машиналари
самарадорлигини эксергетик баҳолаш усули»
деб номланган бешинчи
бобида иссиқлик алмашиниш аппаратлари самарадорлигини баҳолаш учун
эксергетик аралаш критерий таклиф қилинган, таклиф қилинган критерий
билан иссиқлик алмашиниш аппаратларини таҳлил натижалари келтирилган,
силлиқ ва самарадор трубалардан ясалган иссиқлик алмашиниш аппаратларига
эга совутиш машиналари таҳлил қилинган.
Иссиқлик алмашиниш юзасининг нисбий майдони аралаш эксергетик
критерий билан баҳоланиши мумкин:
F
f
=
(2)
''
E
майдонини англатади.
f
критерийси 1 Ж/с эксергияга мос келувчи иссиқлик алмашиниш юзаси
f
0,02
0,015
0,01
0,005
0,0083 0,0086 0,0089
9-расм. Нисбий юзани эксергетик температура функциясига боғлиқлиги
№1 №2 №3 №4
Иссиқлик алмашиниш юзаси нисбий майдони критерийсидан
f
(2) да
кўрсатилган шаклда фойдаланиш ноқулай, чунки иссиқлик алмашиниш
аппаратлари лойиҳаланаѐтган вариантлари учун
F
ва
''
E
номаълум. Маълум
математик ўрнига қўйишлардан сўнг (2) формула амалиѐтда қўллаш учун қулай
кўринишга келтирилди:
f
F
1
=
(3).
=
(
)
' ''
Q
T T
⋅
τ
e
α
⋅
τ
−
e
τ
га боғлиқлиги кўрсатилган. Расмдан кўринадики, барча
9-расмда
f
ни
e
τ
ни ортиши
f
ни ўсишига олиб келади.
иссиқлик алмашиниш юзалари учун
e
Бу атроф муҳит температураси камайиши билан бирлик иссиқлик алмашиниш
юзаси орқали камроқ эксергия миқдори ўтади, иссиқлик алмашиниш юзаси ѐки
22
аппаратининг самарадорлиги пасаяди. Тадқиқ қилинган трубалар ичида
ҳалқасимон турбулизаторли (№2) ва пружина қўйимли трубалар нисбий
майдони бир хил ва эксергетиик энг самарадордир. №2 труба биз томондан
тадқиқ қилинган ва паст температура техникасида ишлатиляпти. Пластина
спирал қўйимли труба (№3) термодинамик жиҳатдан энг самарасиздир. Унинг
учун
f
ни қиймати силлиқ трубаникидан (№1) ҳам катта. Сувнинг киришдаги
температураси ортиши билан №3 труба учун критерий қиймати камаяди, №1
труба
f
қийматларига яқинлашади.
Шуни қайд қилиш лозимки, самарадор иссиқлик алмашиниш
юзаларининг кўрилаѐтган барча вариантларини қўллашда гидравлик
қаршиликларни силлиқ юзадаги қаршиликларга нисбатан ортиши кузатилади.
Аммо, умумий йўқотувларда гидравлик қаршиликлар туфайли эксергетик
йўқотувларнинг улуши қайтмас иссиқлик алмашиниш туфайли эксергетик
йўқотувларга нисбатан нисбатан анча кам. Шундай қилиб, иссиқлик
алмашиниш аппаратларини лойиҳалашда иссиқлик беришни ҳисоблаш
формулаларига эга бўлиш етарли. Иссиқлик алмашиниш аппаратлари ишлаши
учун характерли атроф муҳит ва иссиқлик ташувчи температуралари
қийматалирини бериб термодинамик самарадор иссиқлик алмашиниш юзасини
танлаш мумкин. Таклиф этилган самарадорлик критерийси эксергия
тушунчасига асосланади. Критерийдан ишлаѐтган иссиқлик алмашиниш
аппаратлари самарадорлигини аниқлашда ва термодинамик самарадор
аппаратларни танлашда фойдаланиш қулай.
Тўртта трубалар варианти тадқиқ қилинди: силлиқ ва диафрагма нисбий
баландлиги
d/D
=0,876; 0,91; 0,945 бўлган накаткали трубалар. Барча
трубаларнинг трубулизаторлари нисбий қадами бир хил ва
t/D
=0,4 га тенг. Шуни
қайд қилиш керакки, кўндаланг ҳалқасимон ариқчалар совутиш агентларининг
қайнашида иссиқлик алмашинишга таъсир қилмади, чунки буғлатгичларнинг
иш режими пуффакли қайнаш режимига мос эди. Кўндаланг ҳалқасимон ариқча
ўйилган трубалар фақат пленкали қайнаш режимида иссиқлик алмашинишга
ижобий таъсир этади. Совутилувчи муҳит томонидан иссиқлик бериш
коэффициентини ошириш ҳисобига иссиқлик узатишни жадаллаштиришга
эришилди. Совутилувчи муҳит сифатида 23% ли хлор натрийнинг сувдаги
эритмаси ишлатилди. Совуқлик элитувчининг насосини маркаси Х14-22М.
Совутиш агентининг қайнаш температураси диапазони -10
о
дан -27
о
С гача.
Намокобнинг кириш ва чиқишдаги температураси мос равишда 0
о
дан -17
о
С
гача ва -5
о
дан -22
о
С гача. Нисбий совутиш унумдорлиги 7000 Вт/м
2
. Тадқиқ
қилинган трубали буғлатгичнинг самарадорлиги эксергетик усул билан
баҳоланди.
23
0.9
0.88 0.86 0.84 0.82 0.8
0.78 0.76 0.74 0.72 0.7
η
6.2 6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8
θ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10-расм.
d/D
=0,876 труба учун
( , )
o
η
=
f
θ
t
боғлиқлик
t
−
t
нинг
барча
Эксергетик таҳлил
натижалари кўрсатадики,
θ
ѐки
o s
2
қийматлари учун силлиқ трубаларда эксергия умумий йўқотувларининг катта
қисмини температуралар фарқи туфайли йўқотувлар ташкил қилади ва
гидравлик қаршиликлар ҳамда атроф муҳит билан иссиқлик алмашиниш
туфайли эксергия йўқотувларини эътиборга олмаса бўлади. Барча накаткали
трубалар учун D
P
йўқотувлар улуши катта ва уларни фақат температура -20
о
С
дан паст бўлганида эътиборга олмаслик мумкин. Қайнаш температураси
пасайиши билан
Σ
D
ўзгармайди,
D
P
бир оз камаяди. Масалан,
θ
=6,8
о
С, t
o
=-10
о
С да силлиқ труба учун
Σ
D
=25,22 Дж/с дан
D
P
нинг улуши ~4,3 % ва
d/D
=0,91 ли труба учун
Σ
D
=20,19 Дж/с
дан
D
P
~13%.
θ
=6,8
о
С,
t
o
=-21
о
С да эса
силлиқ труба учун
Σ
D
=25,881 Дж/с дан
D
P
~2,3% ва накаткали учун
θ
(ѐки
o s
2
Σ
D
=20,025 Дж/с дан
D
P
~6,6%.
Буғлатгичнинг эксергетик ФИК
t
−
t
)
ва қайнаш температураси ортиши
билан камаяди. 10-расмдан
кўринадики,
θ
и
t
o
ларнинг барча қийматларида накаткали трубаларнинг эксергетик ФИК силлиқ
трубалиникидан катта. Шундай қилиб, тадқиқ қилинган диафрагма нисбий
баландлигига эга накатка трубали буғлатгичларни қўлланилиши силлиқ труба
қўлланилишига нисбатан термодинамик жиҳатдан авзал. Диафрагмаларнинг
энг мақбул нисбий баландлиги 0,876.
Инженерлик ҳисоб ишларида эксергия ва унинг йўқотувлари амалий
аҳамиятга эга эмас. Шунинг учун буғлатгич ва конденсаторлар учун уларнинг
24
оғирлик, габарит ўлчамларини эътиборга олувчи эксергетик ФИК ҳисоблаш
тенгламаси олинди:
((
(
)
)
(
)
)
3
1,4ln
2
10,2 48,4ln
2
767,7 10
−
e s s
η
t
δ
t t
(4)
=
−
+
+
⋅
(4) формула қуйидаги иш режимида олинди
t
s2
=-5; -10; -16; -19; -22
o
C;
δ
t
=4,6; 5;
4,2; 5,4
o
C;
Δ
t
=5
o
C ва 8% максимал хатоликка эга. (4) формулани бошқа
тадқиқотчилар ишлари билан таққослаш шуни кўрсатадики,
T
ос
дан паст
температура областида ишловчи иссиқлик алмашиниш аппаратлари учун (4)
формула ҳисобланган келади.
η
e
билан қониқарли (12% гача хатолик
билан) мос
Диссертацияда бир каскадли совутиш машинасининг конденсатор ва
конденсатор-буғлатгичидаги иссиқлик алмашиниш жараѐни 1) совутиш агенти
сифатида аммиак ва углеводород газлар ноазеотроп аралашмаси; 2) иссиқлик
алмашиниш юзаси сифатида кўндаланг ҳалқасимон турбулизатолрли трубалар
ишлатилганида кўриб чиқилган.
Ҳисоб ишлари қуйи ва юқори тармоқларда мос равишда R170, R13 ва
R290/R600a/R600, R717 совутувчи агент сифатида ишлатилганида бажарилган.
R170
–
R290/R600a/R600
системада
этан
(R170)
труба
ичида
конденсацияланади, ноазеотроп пропан-изобутан-бутан (R290/R600a/R600)
аралашмаси конденсатор-буғлатгичнинг трубалараро кенглигида қайнайди. R13
– R717 системада фреон-13 (R13) трубалар ичида конденсацияланади, аммиак
(R717) конденсатор-буғлатгичнинг трубалараро кенглигида қайнайди.
Конденсацияланиш температуралари қуйи тармоқда -25; -20; -15; -10
о
С,
юқори тармоқда – 20; 25
о
С, юқори тармоқдаги қайнаш температураси (қайнаш
охири) -30; -25; -20; -15
о
С. Атроф-муҳит температураси
t
ос
=20; 25
о
С.
Каскад совутиш машиналари юқори тармоғида совутиш агенти сифатида
аммиак,
пропан-изобутан-бутан
аралашмасининг
ишлатилиши
самрадорликнинг температура режимига турлича боғлиқлик характерига эга.
Конденсатор-буғлатгичда иссиқлик алмашиниш юзаси сифатида кўндаланг
ҳалқасимон турбулизаторли трубаларни тадқиқ қилинган режим диапазонида
ишлатилиши сезиларли самара бермайди. Аммиак, пропан-изобутан-бутан
аралашмаси конденсацияланганида конденсаторнинг энергетик самарадорлиги
сезиларли ортади.
11-расмда тасвирланган эгри чизиқлар тадқиқ қилинган машиналар учун
эксергетик
ФИК ни совутиш агентининг қайнаш температурасига
боғлиқлигини кўрсатади. Эгри чизиқлар каскад совутиш машиналарининг
энергетик самарадорлигини қайнаш температурасининг тадқиқ қилинган
диапазонида
213
<
T
o
<
233К характерлайди. Узлуксиз чизиқ силлиқ трубалар
билан жиҳозланган иссиқлик алмашиниш аппаратли совутиш машинасига
тегишли; штрих чизиқ – №4 трубадан иборат буғлатгичли машинага;
штрихпунктир чизиқ №3 трубадан иборат конденсаторли машинани
характерлайди; пунктир чизиқ – конденсатор-буғлатгичида самарадор трубалар
ўрнатилган машинани ифодалайди.
25
11-расм.
Тадқиқ қилинган машиналар эксергетик ФИК совутиш агенти қайнаш
температурасига боғлиқлиги
Конденсаторида №3 труба ва буғлатгичида №4 труба бўлган машиналар
энергетик характеристикалари бўйича энг яхши бўлиб, уларнинг ФИК
T
o
=
213К да мос равишда
η
e
=
0,60ва 0,59. Накаткали трубаларни
конденсатор-буғлатгичда
қўлланилиши
совутиш
машинасининг
самарадорлигига амалда таъсир этмайди. Машиналарнинг максимал ФИК
T
o
<
213К да эришилади. 213 К дан юқори қайнаш температураларида ФИК нинг
кескин камайиши кузатилади. Кўрилаѐтган
T
o
диапазонида лаборатория каскад
машиналари улар учун номақбул иш режимида ишлаган. Максимал ФИК
T
o
>
213К да эришилиши мумкин.
26
ХУЛОСА
«Совутиш техникаси иссиқлик алмашиниш аппаратлари ва машиналарини
такомиллаштириш» мавзусидаги докторлик диссертацияси бўйича олиб
борилган тадқиқотлар натижасида қуйидаги хулосалар тақдим этилди:
1. Самардор иссиқлик алмашиниш трубаларига эга бўлган каскад совутиш
машинасининг экспериментал натижаларини қайта ишлаш методикаси
яратилиб, истиқболда ушбу методика илмий тадқиқотлар ўтказишга хизмат
қилади.
2. Ҳалқасимон ариқчали юзалар параметрларини эътиборга олган ҳолда
пуффакли қайнашда иссиқлик оқими зичлигини ҳисоблаш методикасига
ўзгартиришлар киритилиб, улар совтиш машиналарининг самарадор
буғлатгичларини конструкциялаш ва ҳисоблашга хизмат қилади.
3. Конденсаторда иссиқлик алмашиниш юзаси сифатида ҳалқасимон
диафрагма ва ариқчали трубаларнинг барча турларини қўллаш совутиш
машинаси юқори тармоғида конденсация температурасининг пасайишига
хизмат қилади.
4. R290/R600a/R600 ноазеотроп аралашма озонга хавфли R12 фреон билан
деярли бир хил энергетик кўрсатгичларга эга ва муқобил совутиш агенти
сифатида қўлланилиши мумкин.
5. Конденсаторда №2 трубани қўллаш машина самарадорлигини
пасайтиради, №4 труба эса –
ε
га таъсир этмайди. Энг мақбул иссиқлик
алмашиниш юзаси сифатида №3 труба хизмат қилади.
6. Бир хил шароитларда пропанда ишловчи каскад машинасининг совутиш
коэффициенти аралашмада ишловчидагига нисбатан катта. Қайнаш
температураси ортиши билан
ε
ошиб боради. Совутиш машинаси энг
самарадор бўлиши учун унинг буғлатгичида
d
/
D
=
0,945труба ишлатилиши
зарур.
7. Иссиқлик алмашиниш аппаратлари самарадорлигини баҳолаш
критерийси таклиф қилинди. Критерий эксергия тушунчасига асосланади.
Ундан ишлаб турган аппаратлар иссиқлик алмашиниш юзаларининг энг
яхшисини аниқлаш ва лойиҳаланаѐтган термодинамик жиҳатдан яхшиланган
аппаратларни танлаш учун фойдаланиш қулай. Бир каскадли буғ компрессион
совутиш машинасини эксергетик таҳлил қилиш методикаси яратилди.
Методика бир босқичли машиналарни таҳлил қилиш кетма-кетлигига
асосланган.
8. Яратилган методика асосида
213
<
T
o
<
233
К
диапазон учун каскад
совутиш машинасининг иши таҳлил қилинди. Самарадорлик критерийи бўлиб
η
e
хизмат қилди. Энг яхши энергетик характеристикаларга эга бўлган
конденсатори №3 трубали ва буғлатгичи №4 трубали машиналар
T
o
=
213К да
мос равишда
η
e
=
0,60ва 0,59 ФИК га эга.
Конденсатор-буғлатгичда накаткали
27
трубаларни қўлланилиши совутиш машинаси ишига амалда таъсир этмайди.
Максимал ФИК га машина
T
o
<
213
К
да эришилади. 213
К
дан катта барча
T
o
ларда ФИК нинг кескин камайиши кузатилади. Совутиш машинасининг
самарадор трубалар билан жиҳозланган компрессор-конденсатор тармоғининг
энергетик характеристикалар ҳисобланди. Йилига 7000 ишлаш соати бўлганида
энергия йўқотувлари 5190,5
кВт·ч/йил
га қисқаради.
28
НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ПРИСУЖДЕНИЮ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ
ДОКТОРА НАУК 14.07.2016.Т.02.01 ПРИ ТАШКЕНТСКОМ
ГОСУДАРСТВЕННОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ и ООО
«НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР»
ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
КАРИМОВ КУДРАТИЛЛА ФУАДОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ И
МАШИН ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
02.00.16 -– Процессы и аппараты химических технологий
и пищевых производств
АВТОРЕФЕРАТ ДОКТОРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ
Ташкент-2016
29
Тема докторской диссертации зарегистрирована за 30.09.2014/B2014.5.T283 в
Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров Республики Узбекистан.
Докторская диссертация выполнена в Ташкентском государственном техническом
университете.
Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский) размещен
на веб-странице Научного совета (www.tdtu.uz) и Информационно-образовательном портале
“ZIYONET” (www.ziyonet.uz).
Научный консультант: Закиров Санат Гапурович
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Морозюк Татьяна
доктор технических наук, профессор (Германия)
Мухиддинов Джалалиддин Носырович
доктор технических наук, профессор
Искандаров Зафар Самандарович
доктор технических наук, профессор
Ведущая организация: Ташкентский химико-технологический институт
Защита состоится _______ 2016 г. в ___ часов на заседании научного совета
14.07.2016.Т.02.01 при Ташкентском государственном техническом университете и ООО
«Научно-технический центр». (Адрес: 100125, г.Ташкент, улица Дурмон йули, 29. Тел.:
(99871)262-05-22; факс: (99871)262-09-19; e-mail: info@energetika.uz).
С докторской диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре
ООО «Научно-технический центр» (регистрационный номер __). (Адрес: 100125, г.Ташкент,
улица Дурмон йули, 29. Тел.: (99871)262-05-22).
Автореферат диссертации разослан ___________ 2016 года.
(протокол рассылки №__ 2016 йил ________________).
Х.М. Муратов
Председатель научного совета по присуждению
учѐной степени доктора наук
д.т.н., профессор
О.О. Зарипов
Учѐный секретарь научного совета по присуждению
учѐной степени доктора наук, д.т.н., доцент
Ш.М. Гулямов
Председатель научного семинара при
научном совете по присуждению
учѐной степени доктора наук, д.т.н., профессор
30
ВВЕДЕНИЕ (аннотация докторской диссертации)
Актуальность и востребованность темы диссертации.
На сегодняшний
день во всѐм мире широкое применение холода в пищевой, химической
промышленностей, медицине, фармацевтике и др. позволяет обеспечить
ритмичность производства, рациональнее использовать основные фонды,
сохранять качество пищевых продуктов, лекарств и др. В последние годы, по
оценке Международного института холода, на долю скоропортящихся
продуктов приходится примерно треть мирового производства. Общие потери
всех продуктов питания в мире составляют ~25%, фруктов и овощей ~35%,
скоропортящихся продуктов из-за недостатка холодильных мощностей ~20%. В
связи с этим строительство новых и реконструкция действующих
холодильников неразрывно связаны с техническим прогрессом в области
производства, применения искусственного холода и является одной из важных
задач.
За годы независимости особое внимание обращено на производство
холодильных и климатических установок различного назначения. Достигнуты
существенные
результаты
по
повышению
производительности
и
эффективности входящих в них компрессоров и теплообменного оборудования.
Можно особо отметить сокращение энергетических потерь в аппаратах. Сегодня
совершенствование схем изготовляемых установок, охрана природы
использованием озонобезопасных и не создающих парникового эффекта
хладагентов являются одной из важных задач. Проведение целенаправленных
научно-исследовательских работ, в частности, разработка безопасных смесей
хладагентов, эффективных теплообменных аппаратов, программ расчета
холодильных циклов и подбор компонентов является одной из важных задач.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит
выполнению задач, предусмотренных Постановлением Президента Республики
Узбекистан от 7 апреля 2011 года №ПП-107 «О мерах по развитию и
укреплению
материально-технической
базы
хранения
плодоовощной
продукции на 2011-2015 годы», а также в других нормативно-правовых
документах, принятых в данной сфере.
Соответствие исследования с приоритетными направлениями
развития науки и технологий республики.
Данное исследование выполнено в
соответствии с приоритетными направлениями развития науки и технологий: №
5. «Сельское хозяйство, биотехнология, экология и охрана окружающей среды»
и № 7. «Химические технологии и нанотехнология».
Обзор зарубежных научных исследований по теме диссертации.
Научные исследования, направленные разработке энергетически эффективных,
компактных холодильных машин, их теплообменных аппаратов исследования
осуществляются в ведущих научных центрах и высших образовательных
учреждениях мира, в том числе, в University of Illinois (США), Università
Politecnica delle Marche (Италия), Institut für Luft- und Kältetechnik GmbH, Berlin
University of Technology (Германия), Royal Institute of Technology (Швеция),
31
Московском государственном техническом университете и Российском научно
исследовательском институте холодильного машиностроения. В результате
исследований, проведенных в мире по повышению эффективности холодильной
техники, обеспечению экологической безопасности получен ряд
научно-практических результатов, в том числе: разработаны теплообменные
аппараты состоящие из микроканалов (University of Illinois); повышена и
моделирована эффективность аммиачных систем охлаждения (Università
Politecnica delle Marche); разработаны озонобезопасные хладагенты (Institut für
Luft- und Kältetechnik GmbH), усовершенствованы абсорбционные тепловые
насосы (Berlin University of Technology); определены свойства хладоносителей
(Royal Institute of Technology); разработана охладительная система, работающая
на диоксиде углерода (Московский государственный технический университет).
В мире по совершенствованию холодильных и климатических систем по
ряду приоритетных направлений проводятся исследования, в том числе:
усовершенствование
компрессоров
с
инверторным
регулированием
производительности; повышение коэффициента разделения маслоотделителей;
создание компрессоров с минимальным изменением рабочих давлений или
непостоянной
температурой
конденсации;
синтез
озонобезопасных
холодильных агентов и с низким коэффициентом глобального потепления;
разработка различных систем переохлаждения жидких холодильных агентов.
Степень
изученности
проблемы.
Исторические
исследования,
посвященные данному вопросу, проводились такими учеными, как Сименс В.,
Клод Ж., Капица П.Л., Михеев М.А., Петухов Б.С., Кутателадзе С.С., Жукаускас
А.А., Лабунцов Д.А. Ими были проведены исследования по теории тепловых
процессов, теплоотдаче при фазовых превращениях, конвекции.
В различных регионах мира проводились научные исследования по
разработке эффективных холодильных машин и производству компактных
теплообменных аппаратов: Vandenboer R., Mugabi N., Pachai A., Stenhede C.,
Arteconi A., Germanus J., Marti-Calatayud M.C., Koster G., Slettahjell O., Melinder
A., Pearson A., Hrnjak P., Архаров А.М. и другие.
По интенсификации теплообмена, усовершенствованию теплообменных
аппаратов и созданию энергоэффективных установок проводили научные
исследования: Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Мигай В.К., Ярхо С.А., Закиров
С.Г., Нурмухамедов Х.С. Для создания энергосберегающих, компактных
аппаратов и машин приходится совершенствовать процессы и установки. В
настоящее время приобретает актуальность усовершенствование эффективных
холодильных систем, работающих на озонобезопасных хладагентах.
Связь темы диссертации с научно-исследовательскими работами
высшего образовательного учреждения.
Диссертационное исследование
выполнено в рамках плана научно-исследовательских работ прикладных
проектов
Ташкентского
государственного
технического
университета
01.94.0002688 - «Разработка энергосберегающих холодильных машин и
аппаратов для переработки и хранения сельхозпродуктов (1994-1996 гг.);
01.97.0005799 - «Разработка энергосберегающих термотрансформаторов,
32
работающих на озонобезопасных хладагентах» (1997-1999 гг.); 01.20.0008896 -
«Разработка и исследование установки получения экологически чистых
хладагентов из сжиженного газа» (2000-2002 гг.); П-18.56 - «Разработка
процессов и технических средств искусственного охлаждения, работающих на
экологически чистых хладагентах, обеспечивающих снижение энергозатрат и
ресурсосбережение» (2003-2005 гг.); фундаментального проекта Ф-2.3.5 -
«Эксергетический метод термодинамического анализа процессов теплообмена в
аппаратах холодильных машин и тепловых насосов с накатанными трубами»
(2003-2007 гг.).
Целью исследования
является разработка научно-методических основ
процесса кипения многокомпонентной смеси хладагентов на поверхности с
поперечно-кольцевыми канавками и теплообменного аппарата из труб с
поперечно-кольцевыми турбулизаторами, применяемого в холодильных
машинах.
Задачи исследования
:
обосновать выбор эффективной конструкции теплообменного аппарата
холодильной техники и метода оценки их эффективности на основе
критического анализа;
на основе теоретического анализа выбрать метод оценки эффективности
холодильных машин;
внести изменения в методику расчета плотности теплового потока при
пузырьковом кипении с учетом параметров поверхностей с кольцевыми
канавками;
получить характеристические параметры теплообмена при пузырьковом
кипении неазеотропной смеси хладагентов R290/R600a/R600 на гладкой трубе и
трубах с кольцевыми канавками;
получить теплоэнергетические характеристики одноступенчатой и
каскадной холодильных машин с теплообменными аппаратами из гладких труб
и труб с поперечно расположенными интенсификаторами теплообмена;
выработать рекомендации для разработки конструкций эффективных
конденсатора, испарителя и конденсатора-испарителя;
произвести
оценку
эффективности
конденсатора,
испарителя
и
конденсатора-испарителя с трубами, имеющими поперечные кольцевые
канавки (диафрагмы);
разработать
методику
расчета
энергетической
эффективности
рекуперативных теплообменных аппаратов на основе эксергетического подхода;
усовершенствовать холодильную машину с эффективными
теплообменными аппаратами – конденсатором, испарителем и конденсатором
испарителем.
Объектом исследования
являются одноступенчатая и каскадная
холодильные машины и их теплообменные аппараты.
Предметом исследования
являются процессы кипения, охлаждения без
фазового превращения, происходящие в теплообменных аппаратах и вопросы
повышения эффективности этих процессов
.
33
Методы
исследования.
В
диссертации
использованы
методы
математического моделирования, численные методы анализа, эксергетический
метод
термодинамического
анализа,
а
также
метод
проведения
экспериментальных опытов.
Научная новизна исследования
заключается в следующем: создана
модель теплообмена при пузырьковом кипении углеводородных хладагентов и
их неазеотропной смеси R290/R600a/R600 на трубах с поперечно-кольцевыми
турбулизаторами;
получены опытные данные по холодопроизводительности, затратам
энергии в одноступенчатых и каскадных холодильных машинах, оснащенных с
эффективными конденсатором, испарителем и конденсатором-испарителем;
выявлена
зависимость
холодопроизводительности,
затрачиваемой
мощности от вида хладагента, места применения эффективных труб (в
конденсаторе, испарителе и конденсаторе-испарителе);
созданы полуэмпирические модели теплоотдачи при охлаждении,
нагревании, кипении, конденсации;
показана эффективность теплообменных аппаратов с трубами, имеющими
кольцевые канавки снаружи и плавно очерченные диафрагмы внутри.
Применение накатанных труб в испарителе термодинамически выгодно, КПД
конденсатора из труб с поперечно кольцевыми турбулизаторами составил 1,06 ÷
1,25 в интервале
Re
в
=1500 ÷ 8000;
показана эффективность парокомпрессионных холодильных машин с
теплообменными аппаратами, изготовленными из труб, имеющими кольцевые
канавки и выступы. Лучшие по энергетическим характеристикам машины с
трубами №3 в конденсаторе и с трубами №4 в испарителе имеют,
соответственно, КПД
η
e
= 0,60и 0,59 при
T
o
= 213К.
разработан критерий для оценки энергетической эффективности
теплообменных аппаратов;
разработана методика эксергетического анализа однокаскадной
парокомпрессионной холодильной машины.
Практические результаты исследования обосновываются в
следующем:
разработана конструкция теплообменного аппарата для холодильной
машины;
разработана эксергетическая методика оценки энергетической
эффективности теплообменных аппаратов;
разработана эксергетическая методика анализа каскадных холодильных
машин;
разработана программа эксергетического анализа теплообменных
аппаратов на персональных компьютерах.
Достоверность результатов исследования.
Достоверность научных
положений, выводов и рекомендаций подтверждается адекватностью
теоретических и экспериментальных результатов, согласованностью
34
полученных результатов с данными других исследователей при сравнительном
анализе.
Научная и практическая значимость результатов исследования.
Научная значимость полученных результатов исследования заключается в том,
что разработаны научные основы и способы повышения энергоэффективности
парокомпрессионных одноступенчатых и каскадных холодильных машин,
метод оценки эффективности конденсатора, испарителя и конденсатора
испарителя.
Практическая значимость полученных результатов работы заключается в
разработке методов расчета эффективных теплообменных аппаратов, анализа
холодильных машин с эффективными теплообменными аппаратами.
Внедрение
результатов
исследования.
На основе полученных
закономерностей теплоотдачи и разработанного способа интенсификации
теплообмена разработан испаритель с турбулизаторами в виде поперечных
канавок,
который
изготовлен
в
АО
«Завод
нефтегазохимического
машиностроения» (справка НХК «Узбекнефтегаз» №08/364-645 от 09.06.2016).
Применение научного результата позволило повысить теплообмен в 1,8–2,2
раза со стороны хладоностиеля при умеренном росте гидравлического
сопротивления и сократить расход конструкционного материала на
изготовление аппарата, уменьшить его габаритные размеры или энергии на
прокачку хладоносителя через испаритель, уменьшить солеотложения со
стороны хладоносителя. Рекомендуемая конструкция труб позволила не
нарушить технологию сборки испарителей с гладкими трубами, не изменить
число труб в трубной решетке, не изменить диаметр труб, не превышать
увеличения площади поверхности теплообмена при накатывании канавок и
диафрагм не более 8%, работать аппарату длительное время без специальных
мероприятий по очистке от загрязнений, не уменьшить надежность а также
сэкономить электроэнергию в размере 1368,4 кВт/сутка при эксплуатации
разработанного испарителя в составе парокомпрессионной холодильной
машины.
Апробация результатов исследования.
Результаты исследования
изложены в виде лекций и прошли апробацию на научно-технических
конференциях ТашГТУ (Ташкент, 2001, 2004, 2007), II, III, IV, V- Российских
национальных конференциях по теплообмену (Москва, 1998, 2002, 2006, 2010),
XIII, XIV, XIV, XV, XIX -школах-семинарах молодых ученых и специалистов
под руководством акад. РАН А.И. Леонтьева (Россия, 2001, 2003, 2005, 2013), 1,
3- международных научно-практических конференциях «Современные
энергосберегающие тепловые технологии (Сушка и термовлажностная
обработка материалов)» (Москва, 2002, 2008), XVI-международной научной
конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Ростов-на
Дону, 2003), Второй Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и
специалистов «Энергосбережение – теория и практика» (Москва, 2004), 10 и 11-
международных конференциях по холодильной технике и кондиционированию
воздуха в Пердью (США, 2004, 2006), научно-практических конференциях
(Шымкент, 2005, 2006, 2009), 3-ей Азиатской конференции по холодильной
35
технике и кондиционированию воздуха (Южная Корея, 2006), XI
международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические
технологии-2006» (Самара, 2006), 22-м Конгрессе по холодильной технике
Международного Института Холода (Китай, 2007), конференции по аммиачным
холодильным технологиям в Охриде (Македония, 2009), XV международной
научно-технической конференции (Орел, 2012).
Опубликованность результатов исследования.
По теме и материалам
диссертации опубликовано всего 61 научных трудов. Из них 15 научных статей,
в том числе 13 в республиканских и 2 в зарубежных журналах,
рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Республики Узбекистан
для публикации основных научных результатов докторских диссертаций.
Структура и объем диссертации.
Структура состоит из введения, пяти
глав, заключения, списка цитированной литературы, приложений. Объѐм
диссертации составляет 191 страниц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обосновываются актуальность и востребованность
проведенного исследования, цель и задачи исследования, характеризуются
объект и предмет, показано соответствие исследования приоритетным
направлениям развития науки и технологий республики, излагаются научная
новизна и практические результаты исследования, раскрываются научная и
практическая значимость полученных результатов, внедрение в практику
результатов исследования, сведения по опубликованным работам и структуре
диссертации.
В
первой
главе
диссертации
«Анализ
состояния
эффективных
теплообменных аппаратов и парокомпрессионных холодильных машин»
освещено современное состояние холодильной техники – конструкции широко
применяемых теплообменных аппаратов, существующие и распространенные
циклы и схемы парокомпрессионных холодильных машин. Подробно
проанализированы преимущества и недостатки теплообменных аппаратов,
различных схем холодильных машин, указаны проблемы в сфере
искусственного охлаждения и пути их решения. Рассмотрены методы и
критерии оценки эффективности теплообменных аппаратов и холодильных
машин, указаны теоретические, методические ошибки при анализе систем,
обобщении данных анализа, применении целевых критериев. На основе
теоретического анализа и обобщения литературных данных и современного
состояния трактуемой проблемы осуществлены постановки цели и задач
исследования. В заключении приводятся выводы по главе.
Во второй главе диссертации
«Разработка экспериментальных стендов и
методики исследования парокомпрессионных холодильных машин»
приведено описание экспериментальных установок для определения
теплоэнергетических
характеристик
одноступенчатой
и
каскадной
парокомпрессионных
холодильных
машин
с
эталонными
и
высокоэффективными конденсатором, испарителем, конденсатором-
36
испарителем. В качестве хладагентов использованы R12, озонобезопасная
смесь углеводородных газов в верхней ступени каскада и
одноступенчатой
машине, а также этан в нижней ступени.
В третьей главе диссертации
«Исследование теплообмена при
пузырьковом кипении трехкомпонентной смеси хладагентов»
использовано
уравнение состояния, которое с удовлетворительной для практиков точностью
описывает
p
,
v
,
T
−
данные индивидуальных веществ в области,
Таблица 1
Давление насыщенного пара
T,
K
C
4
H
10
- н-бутан
C
3
H
8
- пропан
p
s
, Па
(расчетное)
p
s
, Па
(опытное)
p
s
, Па
(расчетное)
p
s
, Па
(опытное)
17
3
162,1621703
-
2761,149139
-
18
3
448,1817513
-
6192,786016
-
19
3
1098,984913
-
12627,85552
-
20
3
2436,416712
-
23770,64562
30397,5
21
3
4958,494374
5038,74
41818,3491
4356,975
22
3
9379,665696
9490,96
69449,72517
6890,1
23
3
16661,5204
16809,13
109785,8609
111457,5
24
3
28030,47586
28219,61
166334,1496
151987,5
25
3
44981,42831
45202,03
242927,8536
283710
26
3
69268,70689
69542,61
343672,5432
374902,5
27
3
102887,4271
103250,18
472908,2876
486360
28
3
148049,3194
148339,8
635193,6238
648480
29
3
207157,3441
207412,28
835314,7019
861262,5
30
3
282783,0625
282696,75
1078320,986
1023382,5
31
3
377650,047
377942,25
1369587,594
1053780
32
3
494625,7775
496492,5
1714903,789
1722525
33
3
636723,6604
639360,75
2120587,161
2229150
34
3
807116,123
810600
2593623,563
2735775
35
3
1009159,232
1013250
3141833,746
3242400
36
3
1246428,984
1250350,5
3774068,773
3850350
представляющей интерес для холодильной и криогенной техники. Базовая
система обобщенных уравнений включает три термических уравнения:
уравнение давления насыщенного пара, уравнение плотности кипящей
жидкости, уравнение состояния. Эти уравнения описывают с погрешностью
опыта от тройной до критической точки температурные зависимости давления
насыщенного пара и плотности кипящей жидкости практически для веществ
всех классов.
В таблице 1 приведены результаты численного исследования давления
насыщенного пара индивидуальных веществ – н-бутана и пропана. Расчеты
проведены при
p
=
0,1МПа,
T
=
173
÷
553К. С увеличением температуры
37
повышается давление паров н-бутана, пропана. Из таблицы видно, что
среднеквадратические отклонения вычисленных по уравнению давления
насыщенного пара значений
p
от опытных не превышает 1%.
В таблице 2 приведены результаты расчетов плотности кипящей жидкости
веществ. С повышением температуры уменьшается плотность жидкостей. И
здесь, среднеквадратическая погрешность находится в указанном диапазоне.
Максимальные отклонения расчетных данных от опытных составляют ±3,59%.
Таблица 2
Плотность кипящей жидкости
T, K
C
4
H
10
- н-бутан
C
3
H
8
-пропан
ρ, кг/м
3
(расчетное)
ρ, кг/м
3
(опытное)
ρ, кг/м
3
(расчетное)
ρ, кг/м
3
(опытное)
173
695,0387
-
644,7181
-
183
686,2479
-
634,604
-
193
677,3529
-
624,3075
-
203
668,341
-
613,8031
-
213
659,1982
-
603,0608
602,4096
223
649,9081
-
592,0458
591,716
233
640,4524
-
580,7167
581,3953
243
630,8102
630,8102
569,0245
568,1818
253
620,9575
620,9575
556,9099
555,5556
263
610,8665
617,28395
544,3006
543,4783
273
600,505
602,40964
531,1069
526,3158
283
589,8352
591,71598
517,2149
515,4639
293
578,8127
581,39535
502,4769
505,0505
303
5673,841
568,18182
486,6952
476,1905
313
555,485
558,65922
469,5941
458,7156
323
543,0362
543,47826
450,768
442,4779
333
529,9385
529,10053
429,5753
425,5319
343
516,065
515,46392
404,8821
400,000
353
501,2484
505,05051
374,2819
357,1429
363
485,2605
-
330,2303
-
Когда
p
,
v
,
T
−
данные для смеси неизвестны, а для ее компонентов
достаточно хорошо изучены в областях перегрева и фазового равновесия, то
сначала для каждого компонента с помощью вышеперечисленных уравнений
находят значения коэффициентов
а
,
в
,
с
−
трехконстантного уравнения. Затем с
учетом правил комбинаторики находят термические свойства смеси в областях
фазового равновесия и перегрева с погрешностью, превышающей не более чем
в 2-3 раза погрешность исходных данных о компонентах.
38
Рассмотрен процесс теплообмена между погруженной в жидкость круглой
трубой при постоянном давлении над жидкостью и соответствующей ему
температуре насыщения.
Опираясь на изложенную методику исследования теплообмена в пункте
3.2, проведены эксперименты пузырькового кипения чистых хладагентов R290,
t
o
=
−
30
÷
30
o
C,
T
=
1
÷
5K, состав смеси R290/R600a/R600 – 40/30/30.
R600a, R600 и их смеси при следующих условиях:
q
=
405
÷
246112Вт/(м
2
·К),
q
, Вт/м
2
180000
150000
120000
90000
60000
30000
0
0 1 2 3 4 5
ΔT
, K
t=-30 С t=-20 С t=-10 С t=0 С t=10 С t=20
С t=30 С
Рис. 1. Зависимость плотности теплового потока от разности температур
стенки и насыщения пара для смеси
Характер зависимости
q
от
Δ
T
при граничных условиях I рода (
t
ст
≅
const)
представлен на рис. 3.2÷ 3.5 диссертации. Специально подобран такие рабочие
параметры, при которых в испарителях холодильных установок процесс
парообразования протекает в зоне неразвитого кипения и начале развитого.
Область пленочного кипения не рассматривается.
Диапазон температурных напоров
Δ
T
=
1
÷
2К соответствует зоне
свободной конвекции: теплота от греющей поверхности передается жидкому
хладагенту путем перемещения слоев. Паровые пузыри на поверхности нагрева
и тем более в жидкости отсутствуют.
Часть кривой
q
=
f
(
Δ
T
)в диапазоне
Δ
T
≅
2
÷
3,5К соответствует зоне
неразвитого кипения: на поверхности нагрева образуются паровые пузыри, но
число их невелико, причем часть из них разрушается силами поверхностного
натяжения (из-за недостаточного перегрева жидкости в объеме), не достигнув
зоны раздела. В этой зоне свободная конвекция и пузырьковое кипение
совместно определяют интенсивность теплоотдачи.
C
Δ
T
=
3,5K, видимо, начинается развитое кипение. Эта зона
характеризуется увеличением числа пузырей на поверхности, обеспечиванием
их дополнительного роста при всплытии и выхода в паровое пространство
39
перегревом всей жидкости. Здесь теплоотдача определяется интенсивностью
парообразования.
q
=
f
(
Δ
T
)по температурам кипения.
Определено что, только для и-бутана не наблюдается расслоение кривой
1000000 100000 10000
1000
q,
Вт/м
2
-30 -20 -10 0 10 20 30
t
,
o
C
T=5 K
смесь T=2 K смесь
T=2 K и-бутан T=5 K и-бутан
Рис. 2. Зависимость плотности теплового потока от температуры кипения
для смеси и и-бутана
Зависимость
q
от
Δ
T
для С
3
Н
8
, н-С
4
Н
10
и и-С
4
Н
10
и их смеси качественно
одинаково, однако при
Δ
T
=
idem
значения коэффициента теплоотдачи и
плотности теплового потока различны. Так, например, при
Δ
T
=
idem
(
Δ
T
=
2К) и
t
o
=
idem
(
t
o
=
0
о
С) пропан
имеет
α
=
4088Вт/(м
2
·К) и
q
=
8176
Вт/м
2
, н-бутан
α
=
2213Вт/(м
2
·К) и
q
=
4426Вт/м
2
, и-бутан
α
=
2718Вт/(м
2
·К)
и
q
=
5436Вт/м
2
.
Δ
T
по-разному влияет на теплоотдачу. В области неразвитого кипения
(
Δ
T
≅
2
÷
3,5К) еѐ влияние на
α
слабое (
0,3
α
≅
Δ
T
). В области
развитого
кипения степень влияния
Δ
T
на
α
увеличивается (
Δ
T
≥
3,5К;
2,0
α
≅
Δ
T
),
коэффициент теплоотдачи резко возрастает.
Из рис. 3.6 и 3.7 диссертации видно, что при
Δ
T
=
const
теплоотдача
увеличивается с повышением температуры кипения веществ. Для смеси и
пропана, н-бутана наблюдается резкое увеличение коэффициента теплоотдачи в
диапазоне температуры кипения
t
o
=
10
÷
20
о
С. Указанное явление нехарактерно
для кипения и-бутана. В исследованном диапазоне
t
o
=
−
30
÷
+
10
о
С коэффициент
α
не изменяется, начиная с
t
o
=
+
10
о
С наблюдается некоторый
спад
α
.
Свойства
хладагентов
С
3
Н
8
,
н-С
4
Н
10
,
и-С
4
Н
10
,
определяющие
интенсивность теплоотдачи при кипении близки между собой. В частности,
теплопроводность
λ
углеводородных хладагентов примерно в 1,15 раз
отличаются между собой, динамический коэффициент вязкости
μ
и
40
поверхностное напряжение
ζ
– в 1,35 раз, теплота парообразования
r
– в 1,26
раз, а критическое давление – в 1,11 раз. Это приводит к тому, что процессы
кипения С
3
Н
8
, н-С
4
Н
10
и и-С
4
Н
10
подобны количественно и качественно.
Поэтому, при изучении теплоотдачи можно ограничиться только рассмотрением
кипения одного хладагента.
При кипении смеси углеводородных газов С
3
Н
8
, н-С
4
Н
10
и и-С
4
Н
10
интенсивность теплоотдачи также зависит от еѐ свойств, определяемых по
правилу аддитивности. Значения
λ
,
μ
,
ζ
,
r
смеси находятся в диапазоне значений
соответствующих величин еѐ компонентов.
На рис. 2 показана зависимость плотности теплового потока от
температуры кипения веществ при
Δ
T
=
const
. Наименьшие значения
q
соответствуют низким температурам, и с ростом
o
t
наблюдается повышение
плотности теплового потока для всех чистых веществ и их смеси. Для одного
вещества при
t
o
=
idem
большие значения
q
соответствуют большим значениям
Δ
T
. Так, например, для пропана при
t
o
=
0
о
С:
q
=
8176Вт/м
2
при
Δ
T
=
2К и
q
=
128545Вт/м
2
при
Δ
T
=
5К. При одинаковых температурах кипения и разности
температур наибольшее значение плотности теплового потока принадлежит
пропану –
q
=
8176Вт/м
2
, потом смеси
q
=
7211Вт/м
2
, и-бутану
q
=
5436Вт/м
2
и
н-бутану
q
=
4426Вт/м
2
.
В диссертации приведены данные исследования кипения неазеотропной
смеси на трубе с кольцевыми диафрагмами. Как показывают исследования, в
режиме пузырькового кипения теплоотдача на трубах с кольцевыми
диафрагмами такая же, как на гладкой. Наблюдается некоторый рост: для трубы
d D
=
0,875,
α
α
гл
=
1,119;
d D
=
0,9,
α
α
гл
=
1,115;
d D
=
0,94,
α
α
гл
=
1,109. Такой,
несущественный рост теплоотдачи можно отнести не к парообразующему
эффекту диафрагм, а к некоторому увеличению площади поверхности
теплообмена из-за накатки кольцевых диафрагм. В трубах с кольцевыми
диафрагмами, использованными нами, площадь увеличена до 8%. Таким
образом, можно считать, что наличие кольцевых диафрагм не влияет на
теплоотдачу при пузырьковом кипении смеси R290/R600a/R600.
В четвертой главе диссертации
«Повышение эффективности
холодильных машин интенсификацией теплообмена»
рассмотрены влияния
работы конденсатора, испарителя и конденсатора-испарителя на энергетические
характеристики холодильных машин.
Исследование холодильных машин проводилось с конденсаторами,
имеющими гладкие и накатанные трубы. Температурный режим проведения
исследования:
T
o
=
213
÷
233K;
=
258
÷
278
н
T
к
K;
=
253
÷
271
в
T
о
K;
н
T
к
=
303
÷
313K;
−
=
5
÷
10
в
o н
p
;
к
T
к
T
К. Режим давления:
=
3,04
÷
5,14
н
p
о
в
p
.
Исследовался четыре варианта труб:
p
к в о
=
3,28
÷
5,39
41
труба № 1 гладкая труба
труба № 2
t D
=
0,4;
d D
=
0,876
труба № 3
t D
=
0,4;
d D
=
0,91
труба № 4
t D
=
0,4;
d D
=
0,945.
В каскадной холодильной машине использовался два рабочего вещества.
Одно из них – рабочее вещество высокого давления (низкотемпературное
рабочее вещество) – этан (R170). Другое рабочее вещество – трехкомпонентная
смесь
низкого
давления
(высокотемпературное
рабочее
вещество),
рассмотренное в главе 3. Смесь R290/R600a/R600 была предложена нами
альтернативой озоноактивному R12. Эта неазеотропная смесь R290/R600a/R600
гомогенна, для которой характерны процессы кипения и конденсации,
происходящие при плавном изменении температуры. Жидкость при этом не
расслаивается и также плавно изменяет свой состав.
Таблица 3
Результаты опытов для конденсаторов с гладкими трубами
Температура
хладоносителя
на выходе из
испарителя,
о
С
Re
Хладагент R12
Хладагент
R290/R600a/R600
t
к
,
о
С N, Вт Q, кВт t
к
,
о
С N, Вт Q, кВт
0
1532
48
492
0,73
45,3 470
0,74
3219 38,75 453
0,77
36,5 440
0,79
7321 32,5 430
0,79
31,0 425
0,84
-5
1475 44,5 446
0,6
42,8 435
0,64
3177 37,5 421
0,63
34,5 420
0,68
7252 32,5 400
0,67
30,5 400
0,68
-10
1420 42,5 395
0,51
39,8 401
0,48
3111 36,25 386
0,53
32,5 390
0,53
7197 31,5 373
0,56
29,0 385
0,55
Как видно из приведенных опытных значений холодильного коэффициента
верхней ветви каскадной холодильной машины (табл. 3), цикл на
неазеотропной смеси на 2 ÷ 8% эффективнее, цикла на R12. Примерно 5%
увеличения эффективности обусловлено благоприятными термодинамическими
свойствами смеси, остальное – неизотермичностью процесса конденсации. Но,
при
t
o
=
−
10
о
С есть и режимы, в которых эффективность цикла на R12 больше.
Поэтому, можно считать, что в среднем эффективности холодильных машин на
смеси и фреоне-12 одинаковы.
Для сравнения характеристик холодильных машин был использован
пропан (R290) в качестве рабочего вещества верхней ветви. Индивидуальное
вещество R290 позволило показать влияние неизотермичности процессов
конденсации и кипения смеси R290/R600a/R600.
42
На рис. 3 показана зависимость удельного теплового потока на
конденсатор от температуры конденсации пропана. Рост температуры
конденсации сопровождается падением тепловой нагрузки, что противоречить
теории идеальной холодильной машины. Падение составляет
q
к
q
. Это
отношение уменьшается до
/ 1,06
303 313
=
Т К
Т К
=
Т
=
К
=
Т
=
К
/ 1,11
303 313
=
к
q
к
q
к
при конденсации неазеотропной смеси, что объясняется неизотермичностью
процесса. Для всех труб наблюдается рост теплового потока относительно
гладкой
трубы
при
одинаковых
температурах
конденсации.
Теплопроизводительность установки падает в диапазоне температуры горячей
воды 70÷85
о
С, а затем медленно растет до 95
о
С. Такая природа зависимости
(
)
к w
2
Q
=
f t
(или
(
)
к к
Q
=
f t
) характерна как для исследованных
к
=
w
1
+
w
2
2
+
5 .
индивидуальных хладагентов, так и для их смеси. Следует учесть, что
t
(
t t
)
C
o
q
к
, кДж/кг
640
590
540
490
440
390
340
294 296 298 300 302 304 306 308 310 312
T
к
гладкая, R290
d/D=0,876 d/D=0,91 d/D=0,945
Рис. 3. Зависимость удельного теплового потока от температуры
конденсации пропана
Применение труб с кольцевыми диафрагмами и канавками привело к
понижению температуры конденсации в верхней ветви. Кольцевые диафрагмы
и канавки по-разному действуют на мощность перекачки жидкостей (рис. 4).
Применение труб №3 и №4 приводить к понижению мощности перекачки
жидкостей по сравнению с мощностью для гладкой трубы. Так, отношение
N N
гл
=
0,8для трубы №3 и
N N
гл
=
0,92
÷
0,94для трубы №4. Применение трубы
№2 приводить к росту затрачиваемой мощности. Этот случай объясняется тем,
что высокие турбулизатораы потока трубы разрушают гидродинамический
пограничный слой и выступают за этот слой.
Выступающая часть
турбулизатора создает дополнительное сопротивление на пути ядра потока, и в
следствие возрастает мощность перекачки жидкости. Характер зависимости
затрачиваемой мощности от температуры конденсации
43
одинаков как для хладагента R290, так и для неазеотропной смеси. Сказывается
неизотермичность конденсации смеси: прямая
( )
T
к
N
=
f
круче, чем прямой
хладагента R290.
Таким образом, трубы с кольцевыми турбулизаторами интенсифицируют
теплоотдачу и одновременно изменяют (повышают или понижают) мощность
перекачки жидкостей (паров). Для определения наилучшего варианта труб,
можно пользоваться холодильным коэффициентом. Но, как было отмечено в
холодильных машин, работающих в одинаковых температурных режимах.
первой главе, этим коэффициентом можно пользоваться, только для сравнения
N, кВт
2,5
2
1,5
1
0,5
294 296 298 300 302 304 306 308 310 312
T
к
гладкая; R290
d/D=0,876 d/D=0,91 d/D=0,945
Рис. 4. Зависимость мощности перекачки пропана от температуры
конденсации
Повышение температуры конденсации сопровождается понижением
холодильного коэффициента для всех холодильных машин, оснащенными
конденсаторами с гладкими и интенсифицирующими теплообмен трубами
ε
=
f
более крутая при конденсации смеси хладагентов, что
(рис.5). Линия
( )
T
к
объясняется ее теплофизическими
свойствами.
ε
холодильных машин с
конденсатором №2 меньше, чем
ε
машины с №1. Применение трубы №4
не
влияет на эффективность холодильной
машины, коэффициенты
ε
равны.
В работе рассмотрено влияние масла на процесс конденсации. В
зависимости от взаимной растворимости хладагента и масел характер их
влияния на процесс теплообмена в конденсаторе может быть различен.
Рекомендовано уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи при
конденсации фреономасляной смеси на горизонтальной трубе с кольцевыми
канавками
44
ε
2,1
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
294 296 298 300 302 304 306 308 310 312
T
к
гладкая; R290 d/D=0,876
d/D=0,91 d/D=0,946
Рис.5. Зависимость холодильного коэффициента от температуры
конденсации пропана
α
ω
α
.
=
(1)
к к
А
α
о
где
[
(
)
]
[
(
)
]
d
н
d d
н
A
=
1,67
−
0,85
t
⋅
16
⋅
exp
−
3 – величина роста теплоотдачи
при конденсации.
Уравнение (1) пригодно для труб с относительным шагом
t d
н
=
0,2
÷
0,4и
глубиной канавок
d d
н
=
0,872
÷
0,945. Сопоставление экспериментальных
результатов по интенсивности теплоотдачи при плѐночной конденсации
фреономасляной смеси на гладкой трубе и трубах с дискретно расположенными
кольцевыми
канавками
показывает,
что
применение
подобных
высокоэффективных труб обеспечивает интенсификацию теплообмена от 2,0 до
3,6 раз. Такая эффективность позволяет во столько раз сократить
теплообменную поверхность и создать компактный теплообменный аппарат.
На рис. 6 показана зависимость холодопроизводительности нижней ветви от
температуры кипения этана при температурах конденсации
T
к
=
303К и
T
к
=
313К. Повышение температуры кипения приводит к некоторому понижению
холодопроизводительности. Так, рост температуры кипения с
T
o
=
213К на
T
o
=
223К (рост на 9%) сопровождается уменьшением удельной
холодопроизводительности на 5% (с
q
o
=
318кДж/кг на
q
o
=
301кДж/кг). При
различных
T
к
и одинаковых
T
o
холодопроизводительность больше для режима
работы холодильной машины с меньшим значением температуры конденсации.
Только в температуре кипения
T
o
=
233получилось
o
q
больше для
T
к
с большим
значением, что не правильно и это объясняется с погрешностью определения
параметров состояния этана. Такое растолкование результатов исследования
основывается на многочисленные опыты других ученых и
45
эксплуатировался не в рекомендованной области кипения.
теорию. Это объясняется тем, что хладагент высокого давления (этан)
q
o
, кДж/кг
340
330
320
310
300
290
280
213 223 233
T
o
, K
T=303 K T=313 K
Рис. 6. Зависимость удельной холодопроизводительности нижней ветви от
температуры кипения
На рис. 7 показана зависимость удельной холодопроизводительности
верхней ветви от температуры кипения смеси хладагентов и пропана. В отличие
от нижней ветви, повышение температуры кипения в верхней ветви
сопровождается повышением холодопроизводительности для всех хладагентов.
Повышение температуры кипения в обеих ветвях сопровождается понижением
мощности нагнетания паров. Затрачиваемая мощность больше при
температурах конденсации
T
к
=
313К. Характер кривых мощностей качественно
отличается для верхней ветви: при температуре
T
к
=
303К уголь в целом, а для
ее ветвей отдельно.
наклона кривых постоянна. Мощности определены не для каскадной установки
q
o
, кДж/кг
330
310
290
270
250
230
T
o
, K
253 258 263 271
R290; T=313K R290; T=303K
смесь; T=313K смесь; T=303K
Рис. 7. Зависимость удельной холодопроизводительности верхней ветви от
температуры кипения
46
Повышение температуры кипения приводит к росту холодильного
машины, работающей на чистом пропане (рис.8).
коэффициента. При равных температурах конденсации и кипения
ε
больше для
ε
2,2
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
213 223 233
T
o
, K
R290; T=303 K R290; T=313
смесь; T=303 K смесь; T=313 K
Рис. 8. Зависимость холодильного коэффициента от температуры кипения
В исследованиях каскадной холодильной машины характеристики
испарителя-конденсатора изменялись в диапазонах
q
ик
=
348
÷
406кДж/кг;
k
=
0,83
÷
1,81кВт/(м
2
·К);
θ
=
5
÷
10
о
С. Замена эталонных
поверхностей
теплообмена поверхностями № 1÷4 приводит к процессам, упомянутым в
разделах 3.3, 4.1 и 4.2: кипение на интенсифицированной поверхности не
сопровождается ростом коэффициента теплоотдачи (
исп исп
α
гл
=
α
), а конденсация
к
α
α
).
к
– наоборот (например, для труб
=
2
гл
В пятой главе диссертации
«Эксергетическая методика оценки
эффективности
теплообмена
и
холодильных
машин»
предложен
эксергетический
смешанный
критерий
для
оценки
эффективности
теплообменных аппаратов, приведены результаты эксергетического анализа с
предложенным
критерием
теплообменных
аппаратов,
анализированы
холодильные машины с теплообменными аппаратами, изготовленными из
гладкой и эффективных труб.
Удельное значение площади поверхности теплообмена можно оцениваться
смешанным эксергетическим критерием:
F
f
=
(2)
E
''
Критерий
f
указывает площадь поверхности теплообмена, приходящуюся
на 1 Дж/с эксергии.
Пользование критерием удельной площади поверхности теплообмена
f
в
форме, указанной в (2) неудобно, так как для проектируемых вариантов
47
теплообменных аппаратов
F
и
''
E
не известны. После определенных
математических подставлений формула (2) приведена к виду, удобному для
практического пользования:
F
1
=
(3).
f
=
(
)
' ''
Q
T T
⋅
τ
e
α
⋅
τ
−
e
τ
. Как видно, увеличение
e
τ
На рис. 9 показана зависимость
f
от
e
приводить к росту
f
для всех теплообменных поверхностей. Это значить, что с
уменьшением температуры окружающей среды через единицу теплообменной
поверхности переходить меньшее количество эксергии, эффективность
теплообменной поверхности или теплообменного аппарата будет падать.
Удельные площади поверхностей труб с кольцевыми турбулизаторами (№2) и
пружинными вставками (№4) одинаковы, и являются самими эксергетически
эффективными среди исследованных труб. Труба №2 нами исследована и
используется в низкотемпературной технике. Термодинамически наихудшей
является труба с пластинчатыми спиральными вставками (№3). Для нее
f
больше даже чем для гладкой трубы (№1). С увеличением температуры воды на
входе значение
критерия для трубы №3 уменьшается, приближаясь к значениям
f
трубы №1.
Следует отметить, что во всех случаях применения рассматриваемых
вариантов
развитых
поверхностей
теплообмена
наблюдается
рост
гидравлических сопротивлений по сравнению с сопротивлениями гладкой
поверхности. Но, доля эксергетических потерь от гидравлических
сопротивлений в сумме общих потерь намного меньше, чем доля
эксергетических потерь от необратимого теплообмена. Таким образом, при
проектировании теплообменных аппаратов достаточно иметь расчетные
формулы теплоотдачи. Задаваясь значениями температур окружающей среди и
теплоносителя,
характерными
для
функционирования
теплообменных
аппаратов, можно принять термодинамически эффективный вид теплообменной
поверхности. Предложенная форма критерия эффективности основывается на
понятии эксергии. Критерием удобно пользоваться для
определения
эффективностей действующих и подбора термодинамически эффективных
проектируемых теплообменных аппаратов.
48
0,02
f
0,015
0,01
0,005
0,0083 0,0086 0,0089
Рис. 9. Зависимость удельной поверхности от эксергетической
№1 №2 №3 №4
температурной функции
Исследованы четыре варианта труб: гладкая и накатанные с относительной
высотой диафрагм:
d/D
=0,876; 0,91; 0,945. Относительный шаг турбулизаторов
у всех труб одинаков и равен
t/D
=0,4. Надо отметить, что наличие поперечных
кольцевых канавок не влияло на теплоотдачу при кипении хладагентов, так как
работа испарителей соответствовала пузырьковому режиму кипения. Трубы с
накатанными поперечно кольцевыми канавками дают положительный эффект
на теплоотдачу только в пленочном режиме кипения. Интенсификация
теплопередачи достигалась за счет увеличения коэффициента теплоотдачи со
стороны охлаждаемой среды. В качестве охлаждаемой среды использован 23%
-й водный раствор хлористого натрия. Насос хладоносителя марки Х14-22М.
Диапазон температуры кипения хладагента – от -10
о
до -27
о
С. Температура
водного рассола на входе и выходе от 0
о
до -17
о
С и от -5
о
до -22
о
С
соответственно. Удельная холодопроизводительность 7000 Вт/м
2
. Оценка
эффективности
испарителя
с
исследованными трубами произведена
эксергетическим методом.
49
η
0.9
0.88
0.86
0.84
0.82
0.8
0.78
0.76
0.74
0.72
0.7
6.2 6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8
θ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Рис. 10. Зависимость
( , )
o
η
=
f
θ
t
для трубы
d/D
=0,876
θ
Результаты эксергетического анализа показывают, что для всех значений
t
−
t
в гладких трубах львиную долю общих потерь эксергии
или
o s
2
составляют потери от конечной разности температур и можно пренебречь
потерями эксергии от гидравлических сопротивлений и от теплообмена с
окружающей средой. Для всех накатанных труб доля потерь
D
P
значительна и
можно пренебречь ими
только при температурах ниже -20
о
С. С понижением температуры кипения
Σ
D
не изменяются, наблюдалось некоторое уменьшение
D
P
. Так например, при
θ
=6,8
о
С, t
o
=-10
о
С доля
D
P
составила ~4,3 % от
Σ
D
=25,22 Дж/с для гладкой
трубы и D
P
~13% от
Σ
D
=20,19 Дж/с для
трубы с
d/D
=0,91. А при
θ
=6,8
о
С,
t
o
=-
21
о
С доля D
P
~2,3% от
Σ
D
=25,881 Дж/с для гладкой трубы и
D
P
~6,6% от
Σ
D
=20,025 Дж/с для накатанной. Эксергетический КПД испарителя
θ
(или
o s
2
уменьшается с возрастанием видно
из рис. 10 во всех значениях
t
−
t
) и температуры кипения. Как
θ
и
t
o
эксергетический КПД накатанных
труб больше чем для гладкой трубы. Таким образом, применение испарителей с
накатанными трубами с исследованными относительными высотами диафрагм
термодинамически выгоднее чем от использования гладкой трубы. Наилучшей
относительной высотой диафрагм является 0,876.
В инженерных расчетах величины эксергия и еѐ потери не имеют
практическую значимость. Поэтому получено уравнения для расчета
50
эксергетического КПД испарителей и конденсаторов с учѐтом их весовых,
габаритных показателей:
((
(
)
)
(
)
)
3
1,4ln
2
10,2 48,4ln
2
767,7 10
−
e s s
η
t
δ
t t
(4)
=
−
+
+
⋅
Формула (4) получена в следующих данных рабочего режима
t
s2
=-5; -10; -16; -
19; -22
o
C;
δ
t
=4,6; 5; 4,2; 5,4
o
C;
Δ
t
=5
o
C и имеет максимальную погрешность
8%. Сравнение формулы (4) с результатами работы других исследователей
показывает, что для теплообменных аппаратов работающих в области
температур ниже
T
ос
формула (4) удовлетворительно (с погрешностью до 12%)
η
e
.
согласуется с рассчитанным
В диссертации рассмотрен процесс теплообмена в конденсаторе и
конденсаторе-испарителе однокаскадной холодильной машины в случаях
применения в качестве 1) хладагента аммиака и неазеотропной смеси
углеводорных газов; 2) поверхности теплообмена труб с поперечными
кольцевыми турбулизаторами.
Численные расчеты произведены при принятии R170, R13 и
R290/R600a/R600, R717 в качестве хладагентов нижней и верхней ветвей
соответственно. Этан (R170) конденсируется внутри труб, неазеотропная смесь
пропан-изобутан-бутан (R290/R600a/R600) кипит в межтрубном пространстве
конденсатора-испарителя системы R170 – R290/R600a/R600. Фреон-13 (R13)
конденсируется внутри труб, аммиак (R717) кипит в межтрубном пространстве
конденсатора-испарителя системы R13 – R717.
Температуры конденсации нижней ветви -25; -20; -15; -10
о
С, верхней
ветви – 20; 25
о
С, температура кипения (конца кипения) верхней ветви -30; -25;
-20; -15
о
С. Температура окружающей среды
t
ос
=20; 25
о
С.
Выявлено, что использование аммиака, смеси пропан-изобутан-бутан в
качестве хладагента в верхней ветви каскадных машин имеет принципиально
различный характер эффективности от температурного режима. Применение
труб с поперечно-кольцевыми турбулизаторами в качестве теплообменной
поверхности конденсатора-испарителя в изученном диапазоне режима работы
не даст существенных эффектов. Существенно повышается энергетическая
эффективность конденсатора при конденсации аммиака, смеси пропан
изобутан-бутан.
51
η
e
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
203 213 223 233 243Т
o
с
трубами №1 труба №3 в Кд
труба №4 в Ис накатанные трубы
в Кд-Ис
Рис. 11. Зависимость эксергетического КПД исследованных машин от
температуры кипения хладагента
Кривые,
представленные
на
рис.11,
показывают
зависимость
эксергетического КПД для исследованных машин от температуры кипения
хладагента. Кривые характеризуют энергетические показатели каскадных
машин в исследованном диапазоне температуры кипения
213
<
T
o
<
233К.
Сплошная
линия
соответствует
холодильной
машине,
оснащенной
теплообменными аппаратами с гладкими трубами; штрих линия – машине,
испаритель которой состоит из труб №4; штрихпунктирная линия
характеризует машину с конденсатором из труб №3; пунктирная линия –
машину, в испарителе-конденсаторе которой установлены эффективные трубы.
Лучшие по энергетическим характеристикам машины с трубами №3 в
конденсаторе и с трубами №4 в испарителе имеют соответственно КПД
η
e
=
0,60и 0,59 при
T
o
=
213К. Применение накатанных труб в испарителе
конденсаторе практически не влияет на эффективность холодильной машины.
Максимальный КПД машин достигается при
T
o
<
213К. Во всех случаях при
температурах кипения, превышающих 213 К, наблюдается резкое уменьшение
КПД. Лабораторные каскадные машины в рассматриваемом диапазоне
T
o
работают не в оптимальном для них режиме. Максимальный КПД может быть
достигнут при
T
o
>
213К.
52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На
основе
проведенных
исследований
по
теме
диссертации
«Совершенствование теплообменных аппаратов и машин холодильной
техники» можно сделать следующие выводы:
1. Разработана методика обработки экспериментальных результатов
каскадной холодильной машины с интенсифицированными теплообменными
трубами, которая послужит для проведения научных исследований.
2. Введены изменения в методику расчета плотности теплового потока при
пузырьковом кипении с учетом параметров поверхностей с кольцевыми
канавками, которые могут использоваться при конструировании и расчете
испарителей холодильных машин.
3. Использование всех вариантов труб с кольцевыми диафрагмами и
канавками в качестве теплообменных поверхностей в конденсаторе приводит к
понижению температуры конденсации в верхней ветви каскадной холодильной
машины.
4. Неазеотропная смесь R290/R600a/R600 имеет почти одинаковые
энергетические показатели с озоноактивным R12 и может использоваться в
качестве альтернативного хладагента.
5. Применение исследованной трубы №2 в конденсаторе понижает
эффективность машины, а трубы №4 –
не влияет на
ε
. В качестве наилучшей
поверхностью теплообмена может служить поверхность из труб №3.
6. При равных условиях холодильный коэффициент каскадной машины на
чистом пропане больше, чем на смеси. С ростом температуры кипения
повышается испарителе.
ε
. Наиболее эффективна машина с
трубами
d
/
D
=
0,945в
7. Предложен критерий оценки эффективности теплообменных аппаратов.
Критерий эффективности основывается на понятии эксергии. Им удобно
пользоваться для определения наилучших вариантов теплообменных
поверхностей действующих и подбора термодинамически наивыгодных
проектируемых аппаратов. Разработана методика эксергетического анализа
однокаскадной парокомпрессионной холодильной машины. Методика основана
на последовательности анализа одноступенчатых машин.
8. Проанализирована работа каскадной холодильной машины с помощью
разработанной методики в диапазоне
213
<
T
o
<
233
К
. Критерием
эффективности послужил
η
e
. Лучшие по энергетическим
характеристикам
машины с трубами №3 в конденсаторе и с трубами №4 в испарителе имеют,
соответственно, КПД
η
e
=
0,60и 0,59 при
T
o
=
213К.
Применение накатанных
труб в конденсаторе-испарителе практически не влияет на эффективность
холодильной машины. Максимальный КПД машины достигается при
T
o
<
213
К
.
Во всех случаях при
T
o
, превышающий 213
К
, наблюдается резкое
53
уменьшение КПД. Рассчитаны энергетические характеристики компрессорно
конденсаторного узла холодильной машины с аппаратом, оснащенным
эффективными трубами. Величина потерь энергии сокращается на 5190,5
кВт·ч/год
при 7000 час работы в год.
54
SCIENTIFIC COUNCIL ON AWARD SCIENTIFIC DEGREE OF
DOCTOR OF SCIENCES 14.07.2016.Т.02.01 AT TASHKENT STATE
TECHNICAL UNIVERSITY AND «SCIENTIFIC-INVESTIGATION
CENTER» Ltd
TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY
KARIMOV KUDRATILLA FUADOVICH
IMPROVE OF HEAT EXCHANGE APPARATUSES AND MACHINARIES
OF THE REFRIGERATION TECHNICQUE
02.00.16 – Processes and apparatus of chemical technologies and food productions
ABSTRACT OF DOCTORIAL DISSERTATION
Tashkent-2016
55
The subject of doctorial dissertation in registered Supreme Attestation Comission at
the Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan in number 30.09.2014/B2014.5.T283.
Doctorial thesis was carried out in Tashkent state technical university.
Abstract of the thesis in three languages (Uzbek, Russian, English) is available on the
websity of the Scientific Council (www.tdtu.uz) and information-educational portal “ZIYONET”
(www.ziyonet.uz).
Scientific consultant: Zakirov Sanat Gapurovich
Doctor of Technical Sciences, Professor
Official opponents: Morozyuk Tatyana
Doctor of Technical Sciences, Professor (Germany)
Muhiddinov Djaloliddin Nosirovich
Doctor of Technical Sciences, Professor
Iskandarov Zafar Samandarovich
Doctor of Technical Sciences, Professor
Leading organization: Tashkent chemical-technology institute
Defence of dissertation will be taken place in __________ 2016 at __ o’clock at the meeting
of the scientific council 14.07.2016.Т.02.01 at the Tashkent State Technical university and
«Scientific-investigation center» Ltd (Address: 100125, Tashkent, 29 Durman yuli street. Tel.:
(99871)262-05-22; fax: (99871)262-09-19; e-mail: info@energetika.uz).
Doctorial dissertation could be reviewed at the Information-resource center of
«Scientific-investigation center» Ltd (registration number __). (Adress: 100125, Tashkent, 29
Durman yuli street. Tel.: (99871)262-05-22).
Abstract of dissertation sent out on ___________ 2016 year.
(mailing report №__, on ________________ 2016 year).
M.H. Muratov
Chairman of scientific council on award of
scientific degree of doctor of sciences,
Doctor of technical sciences, professor,
O.O. Zaripov
Scientific secretary of scientific council,
Doctor of technical sciences
SH.M. Gulyamov
The chairman of scientific seminar under
scientific council, doctor of technical sciences, professor
56
INTRODUCTION (abstract of the doctoral dissertation)
The urgency and relevance of the theme of dissertation.
Today around the
worldbroad application of cold in food, chemical the industries, etc. allows to provide
to medicine, pharmaceutics rhythm of production, it is more rational to use fixed
assets, to keep quality of foodstuff, drugs, etc. In recent years, according to the
International institute of cold, about a third of world production falls to the share of
perishable goods. The general losses of all food in the world make ~25%, fruit and
vegetables ~35%, perishable goods because of a lack of refrigerating capacities
~20%.In this regard construction new and reconstruction of the operating
refrigerators are inseparably linked with technical progress in area of production,
application of artificial coldandisone of important tasks.
For years of independence special attention is paid on production of
refrigeration and climatic units of different function. Essential results on increase in
productivity and efficiency of the compressors entering them and the heatexchange
equipment are achieved.It is possible to note especially reduction of power losses in
devices.
Todayimprovement of schemes of the produced installations, conservation by
use of the ozone-safe and not creating greenhouse effect coolants are one of
important tasks.Carrying out purposeful research works, in particular, development of
safe mixes of coolants, effective heatexchange devices, programs of calculation of
refrigerating cycles and selection of componentsis one of importanttasks.
This dissertation research to some extent serves performance of the tasks
provided by the Resolution of the President of the Republic of Uzbekistan of April 7,
2011 No. PP-107 "About measures for development and strengthening of material
and technical resources of storage of fruit and vegetable products for 2011-2015"and
also in other standard and legal documents accepted in this sphere.
Relevant research priority areas of science and developing technology of the
republic.
This research is executed according to the priority directions of
development of science and technologies: No. 5. "Agriculture, biotechnology,
ecology and environmental protection"and No. 7. "Chemical technologies and
nanotechnology".
A review of international research on the topic of dissertation.
The scientific
research directed to development of energetically efficient, compact refrigerators,
their heatexchange devices of a research is carried out in the leading scientific centers
and the highest educational institutions of the world, including, in University of
Illinois (USA), Università Politecnica delle Marche (Italy), Institut für Luft-und
Kältetechnik GmbH, Berlin University of Technology (Germany), Royal Institute of
Technology (Sweden), the Moscow state technical university and the Russian
research institute of refrigerating mechanical engineering.
As a result of the researches conducted in the world on increase in efficiency of
the refrigerating equipment, to ensuring ecological safety a number of scientific and
practical results is received, including: the heatexchange devices consisting of
microchannels (University of Illinois) are developed; also a modelirovan efficiency
of ammoniac cooling systems (Università Politecnica delle Marche) is increased;
ozone-safe coolants (Institut für Luft-und Kältetechnik GmbH) are developed,
57
absorbing thermal pumps (Berlin University of Technology) are improved; properties
of hladonositel (Royal Institute of Technology) are defined; the cooling system using
carbon dioxide (The Moscow state technical university) is developed.
In the world on improvement of refrigerating and climatic systems in a number
of the priority directions researches are conducted, including: improvement of
compressors with invertor regulation of productivity; increase in coefficient of
division of oil separators; creation of compressors with the minimum change of
working pressure or changeable temperature of condensation; synthesis of ozone-safe
refrigerating agents and with low coefficient of global warming; development of
various systems of overcooling of liquid refrigerating agents.
The degree of study of the problem.
The historical researches devoted to the
matter were carried out by such scientists as Siemens V., Claude Zh., Kapitsa P. L.,
Mikheyev M. A., Roosters B.S., Kutateladze S.S., Zhukauskas A.A., Labuntsov D. A.
They have conducted researches on the theory of thermal processes, a thermolysis at
phase transformations, convections.
In various regions of the world scientific researches on development of
effective refrigerators and production of compact heatexchange devices were
conducted: Vandenboer R., Mugabi N., Pachai A., Stenhede C., Arteconi A.,
Germanus J., Marti-Calatayud M.C., Koster G., Slettahjell O., Melinder A., Pearson
A., Hrnjak P., Arkharov A.M. and others.
On a heat exchange intensification, improvement of heatexchange devices and
creation of power effective installations conducted scientific researches: Kalinin
E.K., Dreytser G. A., Blink V. K., Yarkho S. A., Zakirov S.G., Nurmukhamedov H.S.
For creation of energy saving, compact devices and mashines it is necessary to
improve processes and installations. Now improvement of effective refrigerating
systems, working at ozone-safe coolants acquires relevance.
Communication of the theme of dissertation with the scientific research
works of higher educational institution, where the thesis is executed.
The
dissertation research is executed within the plan of research works of applied projects
of the Tashkent state technical university 01.94.0002688 - "Development of energy
saving refrigerators and devices for processing and storage of agricultural products
(1994-1996);
01.97.0005799
-
"Development
of
the
energy
saving
thermotransformers using ozone-safe coolants" (1997-1999); 01.20.0008896 -
"Development and a research of installation of receiving environmentally friendly
coolants from the liquefied gas" (2000-2002); P-18.56 - "Development of the
processes and technical means of artificial cooling using the environmentally friendly
coolants providing decrease in energy consumption and resource-saving" (2003-
2005); the fundamental F-2.3.5 project - "The Eksergetichesky method of the
thermodynamic analysis of processes of heat exchange in devices of refrigerators and
thermal pumps with knurled pipes" (2003-2007).
The aim of research work
is development of scientific and methodical bases of
process of boiling of multicomponent mix of coolants on a surface with cross and
ring flutes and of the heatexchange device from pipes with cross and ring turbulizers.
58
The tasks of research work:
to prove the choice of an effective design of the heatexchange device of the
refrigerating equipment and method of assessment of their efficiency on the basis of
the critical analysis;
on the basis of the theoretical analysis to choose a method of assessment of
efficiency of refrigerators;
to make changes to a method of calculation of density of a thermal stream at
vesiculate boiling taking into account parameters of surfaces with ring flutes; to
receive characteristic parameters of heat exchange at vesiculate boiling of
neazeotropny mix of R290/R600a/R600 coolants on a smooth pipe and pipes with
ring flutes;
to receive heat power characteristics of one-stage and cascade refrigerators with
heatexchange devices from smooth pipes and pipes with cross located heat exchange
intensifiers;
to develop recommendations for development of designs of the effective
condenser, the evaporator and the condenser evaporator;
to make assessment of efficiency of the condenser, evaporator and condenser
evaporator with the pipes having cross ring flutes (diaphragms);
to develop a method of calculation of power efficiency of recuperative
heatexchange devices on the basis of eksergetichesky approach;
to improve the refrigerator with effective heatexchange devices - the condenser,
the evaporator and the condenser evaporator.
The object of the research work
are one-stage and cascade refrigerators and
their heatexchange devices.
The subject of the research work
are the processes of boiling, cooling without
phase transformation happening in heatexchange devices and questions of increase of
efficiency of these processes.
Methods of the research work.
In the thesis methods of mathematical
modeling, numerical methods of the analysis, an eksergetichesky method of the
thermodynamic analysis, and also a method of carrying out experimental experiences
are used.
Scientific novelty of the research work:
the heat exchange model at vesiculate boiling of hydrocarbonic coolants and their
neazeotropny mix R290/R600a/R600 on pipes with cross and ring turbulizers is
created;
on the basis of the carried-out tests skilled data on refrigerating capacity, energy
expenses in the one-stage and cascade refrigerators equipped with the effective
condenser, the evaporator and the condenser evaporator are obtained;
dependence of refrigerating capacity, the spent power on a type of coolant, the
place of application of effective pipes is revealed (in the condenser, the evaporator
and the condenser evaporator);
semi-empirical models of a thermolysis when cooling, heating, boiling,
condensation are offered;
on the basis of the analysis efficiency of heatexchange devices with the pipes
having ring flutes outside and smoothly outlined diaphragms inside is shown.
59
Application of knurled pipes in the evaporator thermodynamic is favorable, the
efficiency of the condenser with cross ring turbulizers made of pipes 1,06 ÷ 1,25 in
an interval;
on the basis of the analysis efficiency of vapor-compression refrigerators with the
heatexchange devices manufactured of pipes, having ring flutes and ledges is shown.
The best mashines on power characteristics with pipes No. 3 in the condenser and
with pipes No. 4 in the evaporator have, respectively, efficiency and 0,59 at To.
Application of knurled pipes in the condenser evaporator practically does not
influence efficiency of the refrigerator;
the criterion for assessment of power efficiency of heatexchange devices is
offered;
the technique of the eksergetichesky analysis of the one-cascade vapor
compression refrigerator is developed. The technique is based on the sequence of the
analysis of one-stage machinaries.
Practical results of the research:
the design of the heatexchange device is developed for the refrigerator;
theeksergetichesky technique of assessment of power efficiency of heatexchange
devices is developed;
theeksergetichesky technique of the analysis of cascade refrigerators is
developed;
the program of the eksergetichesky analysis of heatexchange devices on personal
computers is developed.
The reliability of the results.
The reliability of scientific provisions,
conclusions and recommendations is confirmed by adequacy of theoretical and
experimental results, coherence of the received results with data of other researchers
in the comparative analysis.
Scientific and practical significance of the study.
The scientific importance of the received results of research is that scientific
bases and ways of increase of energy efficiency of vapor-compression one-stage and
cascade refrigerators, a method of an assessment of efficiency of the condenser,
evaporator and condenser evaporator are developed.
The practical importance of the received results of work consists in development
of methods of calculation of effective heatexchange devices, the analysis of
refrigerators with effective heatexchange devices.
Implementation of the research results.
On the basis of the received
regularities of a thermolysis and the developed way of an intensification of heat
exchange the evaporator with turbulizers in the form of cross flutes which is
manufactured in JSC Plant of Petrochemical Mechanical Engineeringis developed
(the reference of NHK "Uzbekneftegaz" No. 08/364-645 of 09.06.2016). Use of
scientific result allowed to increase heat exchange by 1,8–2,2 times thereforethe
consumption of constructional material on its production is reduced, the coefficient of
a thermolysis increases from a hladonositel, heat exchange is not intensified at
vesiculate boiling of coolant. With growth of temperature of boiling of coolant power
efficiency of the device increases.For all pipes with turbulizers in the form of cross
flutes the share of losses from hydraulic resistance is considerable and it is possible to
60
neglect them only at temperatures below -20 ° C. The main losses of energy in the
evaporator consist from a final difference of temperatures. Pipeswith turbulizers in
the form of cross flutes and diaphragms promote also reduction of salt sedimentations
from a hladonositel. The recommended design of pipes does not break technology of
assembly of evaporators with smooth pipes, does not change number of pipes in a
pipe lattice. Increase in the area of a heatexchange surface at a nakatyvaniye of flutes
and diaphragms does not exceed 8%, the effect of an intensification of heat exchange
belongs turbulization of a pristenochny layer of a stream of liquid. Operation of the
developed device as a part of the vapor-compression refrigerator allowed to save the
electric power of 1368,4 kW / day.
Approbation of the research results.
The main theoretical and experimental
results of the thesis were reported and got approval at scientific and technical
conferences of TSTU (Tashkent, 2001, 2004, 2007), II, III, IV, V-the Russian national
conferences on heat exchange (Moscow, 1998, 2002, 2006, 2010), XIII, XIV, XIV,
XV, XIX - schools seminars of young scientists and experts under the direction of
acad. of AS Russian A.I. Leontyev (Russia, 2001, 2003, 2005, 2013),
1,3-international scientific and practical conferences "The Modern Energy Saving
Thermal Technologies (Drying and Thermomoist Processing of Materials)"
(Moscow, 2002, 2008), the XVI international scientific conference "Mathematical
Methods in Technique and Technologies" (Rostov-on-Don, 2003), the Second All
Russian school seminar of young scientists and experts "Energy saving – the theory
and practice" (Moscow, 2004), 10 and the 11-international conferences on
refrigerating technique and air conditioning at Purdue (the USA, 2004, 2006),
scientific and practical conferences (Shymkent, 2005, 2006, 2009), the 3rd Asian
conference on refrigerating technique and air conditioning (South Korea, 2006), the
XI international scientific and technical conference "Knowledge-intensive Chemical
Technologies-2006" (Samara, 2006), The 22nd Congress on refrigerating technique
of the International Institute of Refrigeration (China, 2007), conferences on
ammoniac refrigerating technologies in Ohrid (Macedonia, 2009), the XV
international scientific and technical conference (the Orel, 2012).
Publication of the research results.
According to the thesis topic published a
total of 61 scientific papers. Of these, 15 scientific papers, including 13 national and
2 international journals recommended by the Higher attestation Commissions of the
Republic of Uzbekistan for the publication of basic scientific results of doctoral
theses.
The structure and volume of the thesis.
The dissertation consists an
introduction, five chapters, conclusions. The total volume of the dissertation is 191
pages.
THE MAIN CONTENTS OF DISSERTATION
In the introduction
the urgency and relevance of the dissertation topic were
stated, the goal and objectives were formulated, a subject of study was identified, the
appropriate research priority areas of Science and Technology of the Republic of
Uzbekistan were determined, the scientific novelty and practical results of the study
61
were outlined, the reliability of the results obtained were proved, theoretical and
practical importance of the results obtained were disclosed, a list of implementing the
findings of the study, the results of testing works, information on published papers
and the structure of the thesis were presented.
In chapter 1 «Analysis of a condition of effective heatexchange devices and
vapor-compression refrigerators»
the current state of refrigerating technique –
construction of widely used heat-exchanging devices, the existing and widespread
cycles and diagrams of vapor-compression refrigerators is lit. Explicitly advantages
and shortcomings of heat-exchanging devices, different diagrams of refrigerators are
analyzed, problems in the sphere of artificial cooling and a way of their decision are
specified. Methods and criteria of an assessment of efficiency of heat-exchanging
devices and refrigerators are considered, theoretical, methodical errors are specified
in the analysis of systems, synthesis of data of the analysis, application of target
criteria. On the basis of the theoretical analysis and synthesis of literary data and the
current state of the treated problem settings of the purpose and research problems are
realized. Outputs according to the head are given in the inference.
The description of the experimental installations for determination of heat power
characteristics of one-step and cascade vapor-compression refrigerators with the
reference and highly effective condenser, the evaporator, the condenser evaporator is
provided
in chapter 2 «Development of experimental stands and technique of a
research vapor-compression refrigeration machinies».
As coolants R12, an ozone
safe compound of hydrocarbonic gases in the upper step of a stage and the one-step
machine, and also ethane in the lower step are used.
In a chapter 3 «Heat exchange research at vesiculate boiling of three
component mix of coolants»
the equation of state which with an accuracy,
satisfactory for practicians, describes
p
,
v
,
T
−
data of personal substances in the area
which is of interest to refrigerating and cryogenic technique is used. The basic system
of the generalized equations includes three thermal equations: the equation of
saturated vapor pressure, the equation of density of the boiling liquid, an equation of
state. These equations describe with a margin error experience from triple to critical
point temperature dependences of saturated vapor pressure and density of the boiling
liquid practically for substances of all classes.
Results of numerical research of saturated vapor pressure of personal substances
are
given in table 1 – n-butane and propane. Calculations
are
carried out in case of MPa, K. By increase the
temperature pressure of vapors of n-butane, propane
increases. From the table it is visible that mean squared deviations of the values
p
calculated on the equation of saturated vapor pressure from experimental aren't
exceeded by 1%.
Results of calculations of density of the boiling liquid of substances are given in
table 2. With temperature increase density of liquids decreases. And here, the mean
squared error is in the specified range. The maximum deviations of calculated data
from the experimental make ±3,59%.
62
Table 1
Saturated vapor pressure
T,
K
C
4
H
10
- n-butane
C
3
H
8
- propane
p
s
, Pa
(calculated)
p
s
, Pa
(experimental)
p
s
, Pa
(calculated)
p
s
, Pa
(experimental)
17
3
162,1621703
-
2761,149139
-
18
3
448,1817513
-
6192,786016
-
19
3
1098,984913
-
12627,85552
-
20
3
2436,416712
-
23770,64562
30397,5
21
3
4958,494374
5038,74
41818,3491
4356,975
22
3
9379,665696
9490,96
69449,72517
6890,1
23
3
16661,5204
16809,13
109785,8609
111457,5
24
3
28030,47586
28219,61
166334,1496
151987,5
25
3
44981,42831
45202,03
242927,8536
283710
26
3
69268,70689
69542,61
343672,5432
374902,5
27
3
102887,4271
103250,18
472908,2876
486360
28
148049,3194
148339,8
635193,6238
648480
3
29
3
207157,3441
207412,28
835314,7019
861262,5
30
3
282783,0625
282696,75
1078320,986
1023382,5
31
3
377650,047
377942,25
1369587,594
1053780
32
3
494625,7775
496492,5
1714903,789
1722525
33
3
636723,6604
639360,75
2120587,161
2229150
34
3
807116,123
810600
2593623,563
2735775
35
3
1009159,232
1013250
3141833,746
3242400
36
3
1246428,984
1250350,5
3774068,773
3850350
When data for a compound are unknown, and for its components
are rather
well studied in areas of overheating and phase equilibrium, at first
for each component by means of the above-mentioned equations find
values of – coefficients of the three-constant equation. Then taking into
account rules of combinatorics find thermal properties of the compound in areas of
phase equilibrium and overheating with a margin error exceeding no more than by
2-3 times an error of basic data about components.
Heat exchanging process between the round pipe dipped in liquid in case of
constant pressure over liquid is considered and the saturation temperature
corresponding to it.
Leaning on the explained technique of research of heat exchange in point 3.2,
experiments of nucleate boiling of pure coolants R290, R600a, R600 and their
compound under following conditions are made:
q
=
405
÷
246112Wt/(m
2
·К),
t
o
=
−
30
÷
30
o
S,
T
=
1
÷
5K, composition of a compound of R290/R600a/R600 – 40/30/30.
63
Table 2
Density of the boiling liquid
T, K
C
4
H
10
- n-butane
C
3
H
8
-propane
ρ, kg/m
3
(calculated)
ρ, kg/m
3
(experimental)
ρ, kg/m
3
(calculated)
ρ, kg/m
3
(experimental)
173
695,0387
-
644,7181
-
183
686,2479
-
634,604
-
193
677,3529
-
624,3075
-
203
668,341
-
613,8031
-
213
659,1982
-
603,0608
602,4096
223
649,9081
-
592,0458
591,716
233
640,4524
-
580,7167
581,3953
243
630,8102
630,8102
569,0245
568,1818
253
620,9575
620,9575
556,9099
555,5556
263
610,8665
617,28395
544,3006
543,4783
273
600,505
602,40964
531,1069
526,3158
283
589,8352
591,71598
517,2149
515,4639
293
578,8127
581,39535
502,4769
505,0505
303
5673,841
568,18182
486,6952
476,1905
313
555,485
558,65922
469,5941
458,7156
323
543,0362
543,47826
450,768
442,4779
333
529,9385
529,10053
429,5753
425,5319
343
516,065
515,46392
404,8821
400,000
353
501,2484
505,05051
374,2819
357,1429
363
485,2605
-
330,2303
-
Nature of dependence of
q
from
∆T
in case of boundary conditions of the I kind
( ) is provided in fig. 3.2÷ 3.5 of the thesis. It is picked specially up such
working parameters in case of which in evaporators of refrigeration units
process of evaporation proceeds in a zone of undeveloped boiling and the beginning
of the developed. The are a offilm boiling isn't considered.
The range of temperature pressures
Δ
T
=
1
÷
2К corresponds to a zone of the free
convection: warmth from the heating surface is transferred to liquid coolant by
relocation of layers. Steam bubbles on a heating surface and the more so in liquid are
absent.
The part of a curve
q
=
f
(
Δ
T
)in the range
Δ
T
≅
2
÷
3,5К corresponds to a zone
of undeveloped boiling: on a surface of heating steam bubbles are formed, but their
number is small, and the part from them fails by forces of surface tension (because of
insufficient overheating of liquid in volume), without having reached a section zone.
In this zone the free convection and nucleate boiling jointly define intensity of a heat
emission.
64
Fig. 1.
Dependence of heat flux density on a difference of temperatures of a wall and
saturation of steam for a compound
Developed boiling, probably, begins with
Δ
T
=
3,5K. This zone is characterized
by increase in number of bubbles at surfaces, provision of their additional growth in
case of emersion and an output in steam space overheating of all liquid. Here the heat
emission is defined by intensity of evaporation.
It is defined that, only for n-butane foliation of a curve
q
=
f
(
Δ
T
)on boiling
temperatures isn't watched.
Dependence of
q
from for C
3
H
8
, n-C
4
H
10
and i-C
4
H
10
and their compounds it is
qualitatively identical, however in case of
Δ
T
=
idem
value of coefficient of a heat
emission and heat flux density are various. So, for example, in case of
Δ
T
=
idem
(
Δ
T
=
2К) and
t
o
=
idem
(
t
o
=
0
о
С) propane
has
α
=
4088W/(m
2
∙K) and
q
=
8176
W/m
2
, n-butane of
α
=
2213W/(m
2
∙K) and
q
=
4426W/m
2
, i-butane of
α
=
2718
W/(m
2
∙K) and
q
=
5436W/m
2
.
Δ
T
differently influences a heat emission. In the field of undeveloped boiling
(
Δ
T
≅
2
÷
3,5К) its influence on
α
feeble (
0,3
α
≅
Δ
T
). In the field of
developed
boiling the influence level
Δ
T
on
α
increases (
Δ
T
≥
3,5К;
2,0
α
≅
Δ
T
), the
heat
emission coefficient sharply increases.
From fig. 3.6 and 3.7 theses are visible that in case of
Δ
T
=
const
a heat emission
increases with temperature increase of boiling of substances. For a compound and
propane, the n-butane is watched sharp increase in coefficient of a heat emission in
the
t
o
=
10
÷
20°S boiling temperature range. The specified phenomenon is
unrepresentative for boiling n-butane. In the probed range of
t
o
=
−
30
÷
+
10°S the
coefficient
α
doesn't change, since
t
o
=
+
10°S some recession
α
is watched.
65
The properties of coolants C
3
H
8
, n-C
4
H
10
, i-C
4
H
10
defining intensity of a heat
emission when boiling are close among themselves. In particular, heat conduction
λ
hydrocarbonic coolants approximately by 1,15 times differ among themselves,
dynamic coefficient of viscosity
μ
and surface tension
ζ
– by 1,35 times, warmth of
evaporation of
r
– by 1,26 times, and critical pressure – by 1,11 times. It leads to that
processes of boiling of C
3
H
8
, n-C
4
H
10
and i-C
4
H
10
are similar quantitatively and
qualitatively. Therefore, in case of study of a heat emission it is possible to be
restricted only to reviewing of boiling of one coolant.
When boiling a compound of hydrocarbonic C
3
H
8
, n-C
4
H
10
and i-C
4
H
10
gases
intensity of a heat emission also depends on its properties determined by the rule of
additivity. Values
λ
,
μ
,
ζ
,
r
of a compound are in value range of the appropriate values
of its components.
In fig. 2 dependence of heat flux density on a boiling temperature of substances
is shown in case of
Δ
T
=
const
. The smallest
q
values correspond to low
temperatures, and with growth increase of
o
t
heat flux density for all pure substances
and their compound is watched. For one substance in case of
t
o
=
idem
great values
q
correspond to
Δ
T
great values. So, for example, for propane in case of
t
o
=
0°C:
q
=
8176W/m
2
in case of
Δ
T
=
2К and
q
=
128545W/m
2
in case of
Δ
T
=
5К. In case of
identical boiling temperatures and a difference of temperatures the greatest value of
heat flux density belongs to propane –
q
=
8176W/m
2
, then compounds of
q
=
7211W/m
2
, i-butane of
q
=
5436W/m
2
and n-butane of
q
=
4426W/m
2
.
Fig. 2. Dependence of heat flux density on a boiling temperature for a compound
and i-butane
In the thesis these researches of boiling of zoetrope compound are given in a
pipe with ring diaphragms. As show researches, in the mode of nucleate boiling a
heat emission on pipes with ring diaphragms same, as on the smooth. Some growth is
watched: for a pipe
d D
=
0,875,
α
α
гл
=
1,119;
d D
=
0,9,
α
α
гл
=
1,115;
66
d D
=
0,94,
α
α
гл
=
1,109. Such, unessential growth of a heat emission can be referred
not to vaporization’s effect of diaphragms, and to some increase in surface area of
heat exchange because of rolled-up of ring diaphragms. In pipes with the ring
diaphragms used by us the area is increased to 8%. Thus, it is possible to consider
that existence of ring diaphragms doesn't influence a heat emission in case of nucleate
boiling of a compound of R290/R600a/R600.\
In chapter 4 «Increase in efficiency of refrigerators heat exchange
intensification»
are considered influences of operation of the condenser, the
evaporator and the condenser-evaporator on energetic characteristics of refrigerators.
Research of refrigerators was conducted with the condensers having smooth
and rolled-up pipes. Temperature condition of carry in goutre search:
T
o
=
213
÷
233
K;
=
258
÷
278
н
T
к
K;
=
253
÷
271
в
T
о
K;
T
к
=
303
÷
313
K;
в
н
p
. Four
н
−
=
5
÷
10
в
o
p
;
=
3,28
÷
5,39
к
к
T
к
T
К.
Pressure condition:
=
3,04
÷
5,14
в
н
p
p
о
о
variant tubes are studied:
tube № 1 smooth tube
tube № 2
t D
=
0,4;
d D
=
0,876
tube № 3
t D
=
0,4;
d D
=
0,91
tube № 4
t D
=
0,4;
d D
=
0,945.
In the cascade refrigerator it was used two workers of substance. One of them –
working substance of high pressure (the low-temperature working substance) – ethane
(R170). Other working substance – a three-component compound of low pressure
(high-temperature working substance) considered in chapter 3. The compound of
R290/R600a/R600 was offered by us alternative to R12 ozonoaktivny. This
neazeotropny compound of R290/R600a/R600 is homogeneous for which the
processes of boiling and condensation happening in case of the smooth change of
temperature are characteristic. Liquid thus doesn't stratify and also smoothly changes
the composition.
Apparently from the given experimental values of refrigerating coefficient of the
upper branch of the cascade refrigerator (tab. 3), the cycle on a neazeotropny
compound for 2 ÷ 8% is more effective, a cycle on R12. About 5% of increase in
efficiency are caused by favorable thermodynamic properties of a compound,
remaining – a condensation process neizotermichnost. But, in case of ° C there are
also modes in which efficiency of a cycle is one R12 more. Therefore, it is possible to
consider that on average efficiency of refrigerators on a compound and freon-12 are
identical.
For comparing of characteristics of refrigerators propane (R290) as working
substance of the upper branch was used. The personal substance R290 allowed to
show influence of a nonisotherm of processes of condensation and boiling of a
compound of R290/R600a/R600.
67
Table 3
Results of experiences for condensers with smooth pipes
Температура
хладоносителя
на выходе из
испарителя,
о
С
Re
Хладагент R12
Хладагент
R290/R600a/R600
t
к
,
о
С N, Вт Q, кВт t
к
,
о
С N, Вт Q, кВт
0
1532
48
492
0,73
45,3 470
0,74
3219 38,75 453
0,77
36,5 440
0,79
7321 32,5 430
0,79
31,0 425
0,84
Fig. 3.
Dependence of a specific heat flux on propane condensing temperature
In fig. 3 dependence of a specific heat flux on the condenser from propane
condensing temperature is shown. Growth of condensing temperature is followed by
falling of a heat load what to contradict the theory of the ideal refrigerator. Falling
Т К
=
Т
=
К
/ 1,11
303 313
=
q
к
q
makes. This relation decreases to
/ 1,06
303 313
=
Т К
=
Т
=
К
q
к
q
in
к
к
case of condensation of nonazeotropic mixture that is explained by a process
nonisotherm. For all pipes growth of a heat flux of rather smooth pipe in case of
identical condensing temperatures is watched. Heating capacity of installation falls in
the range of temperature of hot water 70÷85 of ° C, and then slowly grows to 95 ° C.
Such nature of dependence
(
)
к w
2
Q
=
f t
(or
(
)
к к
Q
=
f t
) is characteristic both for
probed personal coolants, and for their compound. It is necessary to consider that
t
(
t
t
)
C
o
к
=
w
1
+
w
2
2
+
5 .
Application of pipes with ring diaphragms and grooves led to temperature drop
of condensation in the upper branch. Ring diaphragms and grooves differently affect
the power of downloading of liquids (fig. 4). To lead application of pipes No. 3 and
No. 4
68
to deceleration of power of downloading of liquids in comparison with power for a
smooth pipe. So, the relation
N N
гл
=
0,8for a pipe No. 3 and
N N
гл
=
0,92
÷
0,94 for a
pipe No. 4. To lead application of a pipe No. 2 to growth of the spent power. This
case is explained by that flow high turbulizator of a pipe destroy a hydrodynamic
interface and appear for this layer. The appearing part of the vortex generator creates
added resistance on the way of flow core, and to a consequence liquid downloading
power increases. Nature of dependence of the spent power on condensing
temperature is identical both to R290 coolant, and to nonazeotropic mixture. The
nonisotherm of condensation of a compound affects: straight
( )
T
к
N
=
f
line more
steep, than R290 coolant straight line.
Thus, pipes with ring vortex generators intensify a heat emission and at the same
time change (raise or reduce) the power of downloading of liquids (vapors). For
determination of the best option of pipes, it is possible to use refrigerating coefficient.
But, as it was marked in chapter 1, this coefficient can use, only for comparing of the
refrigerators working in identical temperature conditions.
Fig. 4. Dependence of power of downloading of propane on condensing
temperature
Temperature increase of condensation is followed by reduction of refrigerating
coefficient for all refrigerators, the equipped condensers with the smooth and
ε
=
f
more steep in case of
intensifying heat exchange pipes (fig. 5). The line
( )
T
к
condensation of a compound of coolants that is explained by its heatphysical
properties.
ε
is less than refrigerators
with the condenser No. 2,
than
ε
machines
with No. 1. Application of a pipe No. 4 doesn't influence efficiency of the
refrigerator, coefficients are equal.
69
Fig. 5. Dependence of refrigerating coefficient on propane condensing
temperature
In operation influence of oil on condensation process is considered. Depending
on a mutual solubility of coolant and oils nature of their influence on heat exchanging
process in the condenser can be various. The equation is recommended for
calculation of coefficient of a heat emission in case of condensation of a
freonomaslyany compound on a horizontal pipe with ring grooves
α
ω
α
.
=
(1)
к к
А
α
о
[
(
)
]
[
(
)
]
d
н
d d
н
A
=
1,67
−
0,85
t
⋅
16
⋅
exp
−
3value of growth of a heat
emission in case of condensation.
The equation (1) is suitable for pipes with the relative step
t d
н
=
0,2
÷
0,4and
depth of grooves
d d
н
=
0,872
÷
0,945. Comparison of the experimental results on
intensity of a heat emission in case of film condensation of freon-oil mixture on a
smooth pipe and pipes with discretely located ring grooves shows that application of
similar highly effective pipes provides intensification of heat exchange from 2,0 to
3,6 times. Such efficiency allows to reduce a heat-exchanging surface in so many
time and to create the compact heat-exchanging device.
In fig. 6 dependence of refrigerating capacity of the lower branch on an ethane
boiling temperature in case of condensing temperatures is shown
T
к
=
303К and
T
к
=
313К. Temperature increase of boiling leads to some reduction of refrigerating
capacity. So, growth of a boiling temperature with
T
o
=
213К on
T
o
=
223К (growth
by 9%) is followed by reduction of specific refrigerating capacity by 5% (from
q
o
=
318kJ/kg on
q
o
=
301kJ/kg). In case of different
T
к
and identical
T
o
refrigerating capacity is more for a refrigerator operation mode with smaller value of
70
condensing temperature. Only in a boiling temperature
T
o
=
233
q
o
turned out more for
T
к
with great value that isn't correct and it speaks with a margin error determination of
parameters of a status of ethane. Such explanation of results of research is based on
numerous experiences of other scientists and the theory. This results from the fact
that coolant of high pressure (ethane) was exploited not in the recommended boiling
area.
Fig. 6. Dependence of specific refrigerating capacity of the lower branch on a
boiling temperature
In fig. 7 dependence of specific refrigerating capacity of the upper branch on a
boiling temperature of a compound of coolants and propane is shown. Unlike the
lower branch, temperature increase of boiling in the upper branch is followed by
increase of refrigerating capacity for all coolants.
Temperature increase of boiling in both branches is followed by deceleration of
power of forcing of vapors. The spent power more in case of condensing
temperatures
T
к
=
313K. Character of curve capacities qualitatively differs for the
upper branch: at a temperature
T
к
=
303K coal of an inclination of curves it is
constant. Capacities are determined not for the cascade installation in general, and for
its branches separately.
71
Fig. 7. Dependence of specific refrigerating capacity of the upper branch on a
boiling temperature
Temperature increase of boiling leads to growth of refrigerating coefficient. In
case of equal condensing temperatures and boiling ε it is more for the machine
working at pure propane (fig. 8).
Fig. 8. Dependence of refrigerating coefficient on a boiling
temperature
In researches of the cascade refrigerator of the characteristic of the evaporator
condenser changed in the
q
ик
=
348
÷
406kJ/kg ranges;
k
=
0,83
÷
1,81kW/(sq.m•J);
θ
=
5
÷
10°C. Changeover of reference heat exchange surfaces surfaces No. 1÷4 leads
to the processes mentioned in sections 3.3, 4.1 and 4.2: boiling on the intensified
surface isn't followed by growth of coefficient of a heat emission (
исп исп
α
гл
=
α
), and
к
α
α
).
к
condensation – on the contrary (for example, for pipes
=
2
гл
72
In a chapter 5 «The Eksergetic technique of an assessment of efficiency of
heat exchange and refrigerators»
the eksergetic mixed criterion for an assessment
of efficiency of heat-exchanging devices is offered, results of the eksergetic analysis
with the offered criterion of heat-exchanging devices are given, refrigerators with the
heat-exchanging devices manufactured from smooth and effective pipes are analyzed.
Specific value of surface area of heat exchange it is possible to be evaluated by
the mixed eksergetic criterion:
F
f
=
(2)
E
''
The criterion
f
specifies the heat exchange surface area falling on 1 J/s from an
exergy.
Use of criterion of specific surface area of heat exchange
f
in the form specified in (2)
is inconvenient as for the projected options of heat-exchanging devices
F
and
F
aren't
known. After certain mathematical substituted the formula
=
(3).
(2) is brought to the look convenient for practical use:
f
F
=
1
(
)
' ''
Q
T T
f
0.02
0.015
0.01 0.005
⋅
τ
e
α
⋅
τ
−
e
0.0083 0.0086 0.0089
№1 №2 №3 №4
Fig. 9. Dependence of a specific surface on eksergetic
temperature function
τ
is shown. Apparently
to lead
e
In fig. 9 dependence
f
from
e
τ
increase to
growth
f
for all heat-exchanging surfaces. It to mean that with reduction of ambient
temperature through unit of a heat-exchanging surface to transfer smaller quantity of
73
an exergy, efficiency of a heat-exchanging surface or the heat-exchanging device will
fall.
The specific areas of surfaces of pipes with ring vortex generators (No. 2) and
spring insertions (No. 4) are identical, and eksergetic are effective among probed
pipes. The pipe No. 2 is probed by us and is used in the low-temperature technique.
Thermodynamic the worst is the pipe with lamellar spiral insertions (No. 3). For it
f
pipe No. 1.
is more even than for a smooth pipe (1). With increase in water temperature on an
input value of criterion for a pipe No. 3 decreases, coming nearer to values
f
of a
0,9
0,88 0,86 0,84
0,82 0,8
0,78 0,76 0,74
0,72 0,7
η
6,2 6,4 6,6 6,8 7 7,2 7,4 7,6 7,8
θ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Fig. 10. Dependence
for the pipe
d/D
=0,876
It is necessary to mark that in all cases of application of the considered options
of extended surfaces of heat exchange growth of hydraulic resistances in comparison
with resistance of a smooth surface is watched. But, the share the eksergetic losses
from hydraulic resistances in the amount of the general losses is much less, than a
share the eksergetic of losses from irreversible heat exchange. Thus, in case of design
of heat-exchanging devices it is enough to have estimated formulas of a heat
74
emission. Being set by values of temperatures surrounding among and the heat
carrier, characteristic for functioning of heat-exchanging devices, it is possible to
assume thermodynamic an effective air of a heat-exchanging surface. The offered
form of criterion of efficiency is based on concept of an exergy. It is convenient to
use criterion for determination of effectively operating and selection thermodynamic
of the effective designed heat-exchanging devices.
Four options of pipes are probed: smooth and with rolled-up the with relative
height of diaphragms:
d/D
=0,876; 0,91; 0,945. The relative step of vortex generators
at all pipes is identical and equal to
t/D
=0,4. It is necessary to mark that existence of
cross ring grooves didn't influence a heat emission when boiling coolants as operation
of evaporators corresponded to the bubble mode of boiling. Pipes with rolled-up cross
ring grooves give the positive effect on a heat emission only in the film mode of
boiling. The intensification of a heat transfer was reached at the expense of increase
in coefficient of a heat emission from cooling medium. As cooling medium it is used
23% - al water solution of chloride sodium. Refrigerating medium’s pump of of the
X14-22M brand. The coolant boiling temperature range – from - 10
o
to -27 ° C.
Temperature of a water brine on an input and an output from 0
o
to -17 ° C and from -
5
o
to -22 ° C respectively. Specific refrigerating capacity is 7000 W/sq.m. The
assessment of efficiency of the evaporator with probed pipes is made by an eksergetic
method.
t
−
t
in smooth
Results of eksergetic analyze
show that for all values
θ
or
o s
2
pipes the lion share of the general losses of an exergy is made by losses from a finite
difference of temperatures and it is possible to neglect losses of an exergy from
hydraulic resistances and from heat exchange with environment. For all pipes with
rolled-up the share of losses
D
P
is considerable and it is possible to neglect them only
at temperatures below -20 ° C. With temperature drop of boiling
Σ
D
don't
change, some reduction
D
P
was watched.
So for example, in case of
θ
=6,8 ° C, of
t
o
=-10 ° C the share
D
P
made ~ 4,3% of
Σ
D
=25,22 J/s with for a smooth pipe and
D
P
~ 13% of
Σ
D
=20,19 J/s with for a pipe
with
d/D
=0,91. And in case of
θ
=6,8 ° C,
of
t
o
=-21 ° C a share
D
P
~2,3% of
Σ
D
=25,881 J/s with for a smooth pipe and
D
P
~6,6% of
t
o
=20,025 J/s with for the pipe with rolled-up. The eksergetic efficiency
t
−
t
) and boiling temperatures.
of the evaporator decreases
with increase
θ
(or
o s
2
Apparently from fig. 10 in all values
θ
and
t
o
eksergetic efficiency the pipes with
rolled-up is more than for a smooth pipe. Thus, use of evaporators with rolled-up
pipes with probed relative heights of diaphragms thermodynamic is more favorable
than from use of a smooth pipe. The best relative height of diaphragms is 0,876.
In engineering calculations of value the exergy and its losses have no practical
significance. Therefore it is received the equations for calculation of eksergetic
efficiency of evaporators and condensers taking into account their weight,
dimensional indices:
(( ( ) ) ( ) )
3
η
e
= 1,4ln
t
s
2
10,2
δt
+ 48,4ln
t
s
2
+ 767,7 10 (4) The formula (4) is received in the
following data of an operating mode
t
s2
=-5;- 10;-16;-19;-22
o
C;
δt
=4,6; 5; 4,2; 5,4
o
C;
Δt
=5
o
C also has the maximum error of 8%.
75
Comparing of a formula (4) with results of operation of other researchers shows that
for the heat-exchanging devices working in the field of temperatures below
T
e
a
formula (4) satisfactorily (with a margin error to 12%) will be coordinated with
calculated
e
η
.
In the thesis heat exchanging process in the condenser and the condenser
evaporator of the one-stage refrigerator in application cases as 1) coolant of ammonia
and a nonazeotropic mixture of the carbon gases is considered; 2) heat exchange
surfaces of pipes with cross ring vortex generators.
Numerical calculations are made in case of acceptance of R170, R13 and
R290/R600a/R600, R717 as coolants of the lower and upper branches respectively.
Ethane (R170) is condensed in pipes, the nonazeotropic mixture propane-isobutane
butane (R290/R600a/R600) boils in inter pipe space of the condenser-evaporator of
system R170 – R290/R600a/R600. Freon-13 (R13) is condensed in pipes, ammonia
(R717) boils in inter pipe space of the condenser-evaporator of system R13– R717.
Condensing temperatures of the lower branch-25;-20;-15; -10 ° C, the upper
branch – 20; 25 ° C, boiling temperature (end of boiling) of the upper branch-30;-25;-
20; -15 ° C. Ambient temperature of
t
oc
=20; 25 ° C.
Fig. 11.
Dependence of eksergetic efficiency of probed machines on a coolant boiling
temperature
It is revealed that use of ammonia, a compound propane-isobutene-butane as
coolant in the upper branch of the cascade machines has essentially different nature
of efficiency from temperature condition. Application of pipes with cross ring vortex
generators as a heat-exchanging surface of the condenser evaporator in the studied
range of an operation mode won't give essential effects. Significantly energetic
efficiency of the condenser in case of condensation of ammonia, a compound
increases propane-isobutene-butane.
76
The curves provided in fig. 11 show dependence of eksergetic efficiency for
probed machines from a coolant boiling temperature. Curves characterize energetic
indices of the cascade machines in the probed range of a boiling temperature
213
<
T
o
<
233К. The solid line corresponds to the refrigerator equipped with heat
exchanging devices with smooth pipes; a dash the line – the machine which
evaporator consists of pipes No. 4; the dash-dot line characterizes the machine with
the condenser from pipes No. 3; a dotted line – the machine in which evaporator
condenser effective pipes are set.
The best machines on energetic characteristics with pipes No. 3 in the condenser
and with pipes No. 4 in the evaporator have respectively an efficiency and 0,59 in
case of
T
o
=
213. Application the pipes with rolled-up in the evaporator condenser
practically doesn't influence efficiency of the refrigerator. The maximum efficiency
of machines is reached in case of
T
o
<
213. In all cases in case of the boiling
temperatures exceeding 213 K sharp reduction of efficiency is watched. Laboratory
cascade machines in the considered range
T
o
work not in the mode, optimum for
them. The maximum efficiency can be reached in case of
T
o
>
213K.
CONCLUSION
The main results of dissertation operation are as follows:
1. The technique of processing of experimental results of the cascade
refrigerator with the intensified heatexchange pipes is developed. 2. Changes are
entered into a method of calculation of density of a thermal stream at vesiculate
boiling taking into account parameters of surfaces with ring flutes.
3. Fall of temperature of condensation in the top branch when using all options
of pipes with ring diaphragms and flutes as heatexchange surfaces in the condenser is
revealed.
4. The non zeotrop mix R290/R600a/R600 offered as the alternative agent to
ozonoaktivny R12 has almost identical power indicators with R12. 5. Are defined
efficiency on refrigerators with condensers from effective pipes. Application of a
pipe No. 2 in the condenser lowers efficiency of the mashine, and pipes No. 4 - does
not influence on. The best surface of heat exchange is the surface from pipes No. 3.
6. Under equal conditions the refrigerating coefficient of the cascade mashine on
pure propane is more, than on mix. With growth of temperature of boiling
ε
raises.
The mashine with
d
/
D
=
0,945pipes in the evaporator is most effective.
7. The criterion for evaluation of efficiency of heatexchange devices is offered.
The criterion of efficiency is based on a concept of an exergy. It is convenient to
them to use for definition of the best options of the heatexchange surfaces operating
and selection thermodynamic of the naivygodny designed devices. The technique of
the eksergetichesky analysis of the one-cascade vapor-compression refrigerator is
developed. The technique is based on the sequence of the analysis of one-stage
mashines.
77
8. Operation of the cascade refrigerator by means of the developed technique in the
range it is analysed by
213
<
T
o
<
233
K
.
η
e
kritery of efficiency served. The best
mashines on power characteristics with pipes No. 3 in the condenser and with pipes
η
e
=
0,60and 0,59 at
T
o
=
213.
No. 4 in the evaporator have, respectively, efficiency
Application of knurled pipes in the condenser evaporator practically does not
influence efficiency of the refrigerator. The maximum efficiency of the machine is
reached at
T
o
<
213
К
. In all cases at
T
o
, exceeding 213
K
, sharp reduction of
efficiency is observed. Power characteristics of compressor and condenser knot of the
refrigerator with the device equipped with effective pipes are calculated. The size of
losses of energy is reduced by 5190,5
kW · h/year
at the 7000th hour of work in a
year.
78
ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙХАТИ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
LIST OF PUBLISHED WORKS
I бўлим (I часть; I part)
1. Зокиров С.Г., Каримов К.Ф., Саттаров Т. Интенсификация теплообмена в
каналах при течении вязких жидкостей // Ўзбекистон Химия журнали. -
Тошкент, 1997. - №5. – С.68-71. (02.00.00; №6).
2. Зокиров С.Г., Каримов К.Ф. Интенсификация теплообмена в каналах при
течении вязких жидкостей // Ўзбекистон Республикаси Фанлар академиясининг
маърузалари. - Ташкент, 1997. - №7. – С.32-35. (02.00.00; №8).
3. Муминов А., Каримов К.Ф., Азизов Д.Х., Карабаев А.С. Повышение
термодинамической эффективности водяных конденсаторов холодильно
компрессионных установок // Узбекский журнал нефти и газа. - Ташкент, 2001. -
№2. - С.41 -42. (02.00.00; №7).
4. Зокиров С.Г., Каримов К.Ф., Алиев Б.А. Техническая оценка
охладителей жидкости методом эксергетического анализа // Ўзбекистон
Республикаси Фанлар академиясининг маърузалари. - Тошкент, 2001. - №8-9. -
55-58 б. (02.00.00; №8).
5. Каримов К.Ф. Снижение потерь энергии в испарителе холодильной
машины // Вестник ТашГТУ. - Ташкент, 2002. - №1. - С.59-62. (02.00.00; №11). 6.
Каримов К.Ф., Алиев Б.А. Умаров У.Э. Интенсификация теплообмена в
конденсаторе холодильной установки // Узбекский химический журнал. -
Ташкент, 2002. - №1. - С.79 – 82. (02.00.00; №6).
7. Каримов К.Ф. Косвенный показатель экобезопасности холодильных
машин, тепловых насосов и систем кондиционирования воздуха // Вестник
ТашГТУ. - Ташкент, 2003. - №4. - С.93 – 96. (02.00.00; №11).
8. Закиров С.Г., Каримов К.Ф., Алиев Б.А. К вопросу неизотермичности
теплообменной поверхности при конденсации парогазовых смесей // Кимѐвий
технология. Назорат ва бошқарув. - Ташкент, 2006. - №3. - С.11-14. (02.00.00;
№10).
9. Каримов К.Ф., Алиев Б.А, Закирова Н.С., Нурмухамедов С.Х. Оценка
эффективности конденсации парогазовых смесей с твердой фазой на трубах с
кольцевыми канавками // Химическая промышленность сегодня. – Москва,
2006. - №7. - С.46-49. (02.00.00; №22).
10. Закиров С.Г., Каримов К.Ф., Муминов А. Оценка энергетической
эффективности парокомпрессионного термотрансформатора, работающего в
комбинированном цикле производства холода и теплоты // Kimyo va kimyo
tehnologiyasi. – Ташкент, 2008. - №2. - С.63-64. (02.00.00; №3).
11. Каримов К.Ф., Алиев Б.А., Мавлонов Э.Т. Механизм пленочной
конденсации парогазовых смесей с твердой фазой на трубах с кольцевыми
канавками // Kimyo va kimyo tehnologiyasi. – Ташкент, 2010. - №1. - С.54 – 57.
(02.00.00; №3).
79
12. Каримов К.Ф. Расчет нестационарного теплообмена в конденсаторах //
Kimyo va kimyo tehnologiyasi. – Ташкент, 2010. - №4. - С.63 – 65. (02.00.00; №3).
13. Закиров С.Г., Каримов К.Ф., Муминов Ш.В. Теплоотдача
углеводородных хладагентов при кипении // Узбекский химический журнал. –
Ташкент, 2014. - №6. - С.44-47. (02.00.00; №6).
14. Закиров С.Г., Каримов К.Ф. Интенсификация и термодинамический
анализ теплообмена // Kimyo va kimyo tehnologiyasi. – Ташкент, 2003. - №1. -
С.60 – 62. (02.00.00; №3).
15. Zakirov S.G., Karimov K.F. The Choice of Heat-Exchange Devices With
Tubes Having Ring Turbulizers on Base Exergy Analysis // International Journal of
Emerging Technology and Advanced Engineering, Volume 6, Issue 5, 2016 (№5.
Global Impact Factor. Impact Factor -0.745).
II бўлим (II часть; II part)
16. Zakirov S.G., Karimov K.F., Azizov D.Kh, Maslov A.V., Nurmatov T.B.
Performance of refrigerating plant with efficient heat exchangers // Chemical and
Petroleum Engineering. Vol. 44, Nos. 3–4, 2008. (www.link.springer.com) (№40.
ResearchGate. Impact Factor = 0.05).
17. Каримов К.Ф. Критерий эффективности поверхностей теплообмена //
Химическая технология. 2009, №7. Москва. С. 425–429.
18. Каримов К.Ф. Оценка эффективности теплообменных аппаратов
холодильных машин // Вестник международной академии холода. №4, 2006 г.
С.14-16.
19. Karimov K.F. Máquina de refrigeraciόn en cascaa. Fucionamiento con
amoniaco y mezcla no azeotrόpica: características de aparatos para intercambio de
calor // Frio calor aire acondicionado. 2010, No426 Junio. pp. 20–24.
20. Закиров С.Г., Каримов К.Ф., Азизов Д.Х. Маслов А.В. Нурматов Т.Б.
Исследование
работы
холодильной
установки
с
эффективными
теплообменными аппаратами // Химическое и нефтегазовое машиностроение.
№4, 2008 г. С.13-14.
21. Каримов К.Ф., Маслов А.В., Алиев Б.А. Термодинамический анализ
потерь компрессорно-конденсаторного узла холодильной установки //
Проблемы информатики и энергетики. №2, 2002. С.51 – 55.
22. Каримов К.Ф., Валиходжаева У.А. Завихритель потока с регулируемой
интенсивностью крутки потока // Texnika yulduzlari. №2, 2002. С.84 – 88. 23.
Каримов К.Ф., Исмаилов Б.Р. Эксергетический кпд теплообменников
холодильных систем // Наука и образование южного Казахстана. Серия:
математика, информатика и физика. 2003, №34. С.9 – 12.
24. Каримов К.Ф., Алиев Б.А., Голубев В.Г. Эксергетическая оценка
холодильной установки и еѐ элементов // Наука и образование южного
Казахстана. Серия: математика, информатика и физика. 2003, №35. С.46– 49.
80
