Кигалийская поправка к Монреальскому протоколу: ретроспектива эволюции или будущего зов?

С приветственным словом выступил директор мегафакультета биотехнологий и низкотемпературных систем Университета ИТМО профессор  Баранов И.В.,  подчеркнувший важность и злободневность обсуждаемых на конференции вопросов. Заканчивающееся десятилетие показало все возрастающую роль техники низких температур в мировой экономике, появление чрезвычайно энергоемких объектов — центров обработки данных, потребляющих от десятков и сотен киловатт до десятков мегаватт холода. Баранов И.В. пожелал участникам конференции плодотворной работы, профессиональных успехов, здоровья и благополучия.

* * *

Открыл конференцию доклад  Цветкова О.Б.  (Университет ИТМО) «Рабочие вещества техники низких температур. Состояние и перспективы».

Вступила в силу Кигалийская поправка (КП-16) к Монреальскому протоколу, поскольку более 20 стран ратифицировали этот международный документ. Когда КП-16 ратифицируют не менее 70 стран, вступит в силу регулирование торговли хладагентами, относящимися к классу гидрофторуглеродов (ГФУ), в расчетах от базового уровня потребления в период 2011-2015 гг. Квотирование начнется уже с периода 2020-2024 гг, а к 2036 г индустрия холода забудет R134а, R125, R32, R152а, популярные зеотропы R404А, R410А, R407С. Однако КП-16, похоже, только прелюдия предстоящих судьбоносных изменений для многих сфер человеческой деятельности. В декабре 2018 г прошла 24-я конференция ООН по изменению климата (Польша). Оказалось, темпы глобального потепления в два раза превышают все предшествующие прогнозы. Для исключения наихудших последствий климатического кризиса в предстоящие десять лет все секторы мировой экономики должны вдвое сократить эмиссии парниковых газов. ГФУ обладают мощными потенциалами глобального потепления, на что среагирует предстоящая в 2019 г 30-я конференция сторон Монреальского протокола. Век ГФУ, похоже, закончится где-то к концу 20-х годов столетия.

Найдена уже и альтернатива — новые хладагенты с потенциалами в сотни и тысячи раз более низкими, чем потенциалы глобального потепления ГФУ. Производные этилена, пропилена и бутилена — гидрофторолефины (ГФО) занимают рынок хладагентов. Уже используют пропены R1234yf, R1234ze(E), R1233zd(E), R1224yd(Z).

Глобальное потепление, рост народонаселения способствовали резкому (с 2000 г — почти вдвое (до 7 эксаджоулей)) росту потребления холода в мире. Холод — действительно краеугольный камень мировой экономики, и к 2040 г не миновать повторного удвоения, что уже беспокоит экологов. Слово «катастрофа» стало привычным в репортажах о последствиях климатических изменений, теперь к ним уже стали добавлять, пока ненавязчиво, рекомендации снижения потребления мяса и молочных продуктов как один из эффективных путей снижения эмиссий парниковых газов.

* * *

В докладе  Бабакина Б.С.,  Воронина М.И.  (МГУПП),  Белозерова А.Г.  (Федеральный научный центр пищевых систем),  Бабакина С.Б.,   Сучкова А.Н.  (ВНИХИ) «Возможные перспективы применения ГФО-хладагентов в холодильных системах» в соответствии с решениями Монреальского и Киотского протоколов, Парижского соглашения, Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу отмечено поэтапное сокращение производства и потребления хладагентов группы ГФУ (гидрофторуглероды). Международный регламент ЕС517/2014, изменения в правилах по F-газам приведут к ожидаемому сокращению ГФУ к 2036 г в России до 85% относительно базового уровня в 2011-2013 гг.

В Европе для обеспечения сокращения выбросов парниковых газов начали использовать хладагенты группы гидрофторолефинов (ГФО) в системах холодоснабжения, кондиционировании и на рефрижераторном транспорте. В Нидерландах вместо хладагентов R407F и R507А холодильные системы супермаркетов AHOLD заправлены хладагентом R449А, что позволило снизить энергопотребление до 8%. В Испании выполнена замена R134a в холодильных системах супермаркета, работающих на охлаждение молочных, мясных продуктов и овощей на гидрофторолефины. Результаты испытаний показали повышенную эффективность по сравнению с R134a. В США фирма DuPont опробовала замену R404А на хладагент R452А в рефрижераторных холодильных системах. Аналогичную замену для рефрижераторов в Бельгии предлагает компания Thermo King и компания Carrier Transicold в Великобритании. В России появились автомобили с системами кондиционирования на хладагенте R1234yf.

* * *

Цой Д.А. (Университет ИТМО), Цой А.П. (Алматинский технологический университет) провели «Энергетический и технический анализ холодильных систем, работающих на экологически безопасных холодильных агентах». Выполнение условий Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу предусматривает проведение мероприятий по сокращению применения парниковых газов. В связи с этим при замене рабочих веществ, относящихся к F-газам, на экологически безопасные хладагенты необходимо провести предварительные теоретический, энергетический и технический анализы.

Выполнен расчетно-теоретический сравнительный анализ одноступенчатого цикла холодильной машины при температуре кипения -15°С и конденсации 15°С на хладагенте R404А с циклами на природных холодильных агентах: аммиаке (R717) и диоксиде углерода (R744). Результаты анализа показали повышение холодильного коэффициента системы с R717 на 15% и понижение — с диоксидом углерода на 18%. Однако при оценке удельных объемов оказалось, что по сравнению с аммиаком удельный объем R404А в 8,8 раза меньше и, наоборот, в 3,5 раз больше по сравнению с диоксидом углерода. Таким образом, замена фреонового цикла на аммиачный повлечет за собой некоторое повышение холодильного коэффициента, но и увеличение геометрических размеров холодильной машины. При замене цикла с R404A на диоксид углерода происходит некоторое понижение холодильного коэффициента, но одновременно уменьшаются габаритные размеры машины.

Сравнение низкотемпературного двухступенчатого аммиачного цикла с каскадным показало увеличение холодильного коэффициента в двухступенчатом цикле в 1,2 раза. Однако удельный объем аммиака в нижней ступени в 37 раз больше, чем удельный объем СО₂ в каскадной холодильной машине. Из этого следует, что каскадная холодильная машина имеет более низкий холодильный коэффициент, но зато меньшие габаритные размеры в нижней ступени.

Учитывая вышесказанное, переход на новые безопасные холодильные агенты должен сопровождаться учетом не только энергетической эффективности холодильных систем, но и их металлоемкости.

* * *

Разомасов Н.Д.  (ООО «Холодильно-инженерный центр»),  Бузник В.М.,  Нужный Г.А.  (ВИАМ), Гончарова Г.Ю.  (ВНИХИ) проанализировали «Экспериментальные исследования модифицированного льда и перспективы его использования в качестве конструкционного материала». Модификация льда — это внесение в состав используемой при намораживании льда воды микродоз высокомолекулярных органических соединений. Наличие таких модификаторов изменяет параметры процесса кристаллизации, что ведет к упорядочиванию возникающих кристаллов. При этом модификаторы в жидком виде располагаются в межкристаллическом пространстве, изменяя характер взаимодействия между кристаллами.

Для спортивного льда модифицирование впервые начали применять при структурировании ледовых массивов для конькобежного спорта, как наиболее чувствительного к качеству ледовой поверхности и высоким скользящим свойствам льда. В дальнейшем, с появлением новых задач и расширением экспериментальной базы, данная технология применялась в технических и игровых видах спорта, таких, как хоккей и фигурное катание, где одними из основных требований были стойкость к разрушающим нагрузкам и истиранию. Испытания, проведенные на реальных ледовых объектах, показали значительное уменьшение зон разрушений при ударном воздействии конька на ледовую поверхность. Наиболее серьезные требования к прочностным характеристикам ледового массива предъявляет покрытие санно-бобслейной трассы, что обусловлено огромными нагрузками, оказываемыми спортивными снарядами.

С целью разработки композиционных материалов на основе водного льда был проведен комплекс экспериментов по определению прочностных характеристик ледовых образцов при испытаниях на трехточечный изгиб. Эксперименты проводились на прецизионном оборудовании на базе ВИАМа. В ходе экспериментов определено, что внесение смеси модификаторов в состав используемой жидкости позволяет увеличить максимальное напряжение при разрушении до 2,1–2,2 раза, а также упругость материала. При испытаниях образцов, армированных базальтовыми волокнами, использование модификаторов дополнительно увеличивало максимальную прочность, значительно повышалась прочность при больших деформациях. Установлено, что при совместном применении армирования и модифицирования образцов проявляется эффект синергии.

* * *

С докладом «Повышение эффективности холодильной системы предприятия торговли. Актуальность применения установок на диоксиде углерода в России» выступил  Катраев М.Ю. (ООО «Данфосс»). Применение природных хладагентов в настоящее время становится все более актуальным. Значимым событием в этом направлении стало вступление в силу с 1 января 2019 г Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу, согласно которой определяется график отказа от использования ГФУ-хладагентов, среди которых R404А, R507А и R134a. Россия должна обеспечить снижение уровня потребления ГФУ-хладагентов на 35%, начиная с 2025 г, а начиная с 2036 г, потребление должно снизиться на 85%.

Есть несколько вариантов решений, позволяющих частично или полностью отказаться от ГФУ с высоким потенциалом глобального потепления. Среди них субкритическая каскадная установка, децентрализованная система с теплоносителем, транскритическая установка.

Каскадная установка обладает низкой энергоэффективностью при значительном повышении капитальных затрат. Каскадные или субкритические установки могут рассматриваться как временное решение для магазиностроения или применяться в регионах с жарким климатом.

Децентрализованная система с теплоносителем имеет ряд преимуществ для магазинов малого формата, но не подходит для крупных магазинов по причине повышенного потребления электроэнергии.

Транскритическая система обладает высокой энергоэффективностью, значительным потенциалом рекуперации тепла и полностью исключает использование ГФУ-хладагентов. В Европе к настоящему моменту работает уже более 14 тыс. подобных систем из-за жесткого законодательства в плане использования ГФУ, например, подразумевается снижение потребления таких хладагентов на 37% в 2018 г.

Российские компании заранее начали тестировать и осваивать транскритические СО₂-технологии. Уже есть примеры успешной реализации проектов магазинов компанией «Магнит», магазин которой во Воскресенске оснащен транскритической установкой с эжектором низкого перепада давления. По результатам сравнения с фреоновой установкой подобного формата среднее за год энергопотребление системы на СО₂ оказалось ниже на 25%.

Препятствиями для широкого распространения транскритических систем на диоксиде углерода в сегменте магазиностроения являются:

• отсутствие рекомендаций по проектированию;
• дефицит опытного инженерного и обслуживающего персонала;
• длительный срок окупаемости за счет снижения энергопотребления (применение рекуперации позволяет снизить этот срок).
• Указанные сложности, согласно прогнозам экспертов, могут быть устранены в ближайшие годы.

* * *

Цветков О.Б.,  Лаптев Ю.А.,  Галахова Н.А. (Университет ИТМО) представили доклад «Рабочие вещества с низким потенциалом глобального потепления для области отрицательных температур». Осмысленная тенденция последнего десятилетия — альтернативные гидрофторуглеродам (ГФУ) хладагенты с низким потенциалом глобального потепления (ПГП). Наряду с природными хладагентами R290, R744 и R600а появились гидрофторолефины (ГФО). Молекулярная структура ГФО отличается от структуры ГФУ за счет двойной связи углерод-углерод. Двойная связь делает гидрофторолефины химически менее стабильными в атмосфере в сравнении с ГФУ, обладающими сходными физическими характеристиками. ГФО имеют очень короткую жизнь в атмосфере и исключительно низкий ПГП, как правило, ниже 10, что на порядки ниже ПГП ГФУ. Согласно ANSI/ASHRAE Standard 34-2013 одобрено использование в низкотемпературных системах в качестве хладагентов производных этилена, пропилена и бутилена. Как и другие синтетически хладагенты, гидрофторолефины содержат атомы водорода, фтора, углерода, а также хлора. Сегодня коммерциализированы для тепловых насосов, кондиционирования воздуха и холодильных систем три основных ГФО-хладагента: R1234yf, R1234ze(E), R1336mzz(Z) и два гидрофторхлоролефина (ГХФО): R1233zd(E) и R1224yd(Z).

* * *

Татаренко Ю.В.,  Калимжанов Д.Е.,  Сухов П.С.  (Университет ИТМО) оценили «Влияние Кигалийской поправки при проектировании турбомашин». В связи с введением 1 января 2019 г Кигалийской поправки холодильщики сталкиваемся с огромной проблемой в сфере эксплуатации турбокомпрессорных холодильных машин. Их режим во многом определяется такими параметрами, как газовая постоянная, зависящая от молекулярной массы рабочего вещества, показателя изоэнтропы и, соответственно, от скорости звука и числа Маха. Поэтому главной задачей перед специалистами в этой области встанет подбор такого рабочего вещества для уже работающих турбокомпрессоров, чтобы их параметры были аналогичны или существенно не отличались от параметров рабочего вещества, на котором работает уже спроектированная машина. При соблюдении данных условий будет возможно для уже имеющейся конструкции турбомашины получить такие же характеристики ее работы, в противном случае будет необходимо изменить конструкцию компрессора и частоты вращения. В настоящее время существует большое число отечественных и зарубежных методик различной степени детализации и сложности, позволяющих спроектировать компрессор. Однако все они базируются на одно- или двухмерной моделях потока и содержат значительное число допущений. На данный момент известны такие программы по 3D-моделированию, как Numeca, Comsol, Ansys CFC и др., которые используют предприятия, занимающиеся исследованием и проектированием компрессоров объемного и динамического принципов действия.

В данной работе представлены результаты моделирования ступени холодильного центробежного компрессора с радиальным рабочим колесом, имеющим β_2л=45^о, полученные на основе пакетного продукта последнего поколения с целью получения 3D-модели компрессора, проведен анализ полученных характеристик.

* * *

Важная тема затронута в докладе  Ананьева В.В.  (МГУТУ) и  Шамина Г.П.  (ООО «РИВСМАШ Т») «Низкотемпературная стабилизация оснований сооружений на мерзлых грунтах». Представлены результаты обобщения отечественного опыта строительства в экстремальных условиях Севера с применением классических схем низкотемпературной стабилизации оснований сооружений на базе сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ) в организациях ООО «Ньюфрост», ОАО «Фундаментпроект», ЗАО «Интер Хит Пайп», ООО «НПО «Север», ООО «РИВСМАШ Т» и др., а также горизонтальных и вертикальных естественно-действующих трубчатых систем и коллекторных глубинных систем в ООО «НПО «Фундаментстройаркос» для сохранения мерзлого состояния грунтов. Отмечено применение агрегатирования СОУ для целей обеспечения круглогодичной термостабилизации малыми парокомпрессионными холодильными машинам и термоэлектрическими охладителями. Комплектация коллекторных систем термостабилизации осуществляется инвентарными мобильными холодильными машинами контейнерного арктического исполнения (ООО «ТНТ», Санкт-Петербург), а коллекторных глубинных систем — вентиляторными аппаратами воздушного охлаждения в зимнее время в случае кризисных тепловыделений, воздействия фактора глобального потепления или требований ускорения графика ввода в строй объекта строительства.

В рамках совместного проекта МГУ им. М.В. Ломоносова — ООО «РИВСМАШ Т» на учебно-научном полигоне выполнен монтаж и мониторинг загрунтованной партии сезонно-действующих охлаждающих устройств — стабилизаторов пластично-мерзлого грунта зонального охлаждения базового технического решения производства ООО «РИВСМАШ Т» и ООО «Техразвитие» (г. Александров). Изделия были заправлены хладагентами R717, R744 и R410А. Температурный мониторинг осуществлен посредством термокос производства ООО «Измерительные системы» в режиме он-лайн с удаленным доступом к собираемым данным. Дополнительно работа термостабилизаторов контролировалась манометрическим и тепловизионным методами. Полевая апробация изделий осуществлялась на Звенигородском полигоне, расположенном на территории биостанции МГУ, где были внедрены технологии заправки систем охлаждения и замораживания грунтов природными хладагентами, в том числе углеводородными, высокой чистоты марки 4,0–6,0.

* * *

«Метод расчета равновесных свойств R1234yf» предложен в докладе  Рыкова С.В., Кудрявцевой И.В.,  Свердлова А.В.,  Нурышевой М.  (Университет ИТМО). Разработано новое фундаментальное уравнение состояния (ФУС) для перспективного холодильного агента R1234yf, которое в соответствии с требованиями современной физики критических явлений воспроизводит особенности термодинамической поверхности в окрестности критической точки. Показано, что предложенное ФУС с меньшей неопределенностью передает ряд термодинамических свойств R1234yf. В частности, установлено, что предложенное уравнение описывает экспериментальные данные по изохорной теплоемкости в регулярной части термодинамической поверхности с существенно меньшей неопределенностью, чем международное ФУС NIST (США).

* * *

Баранов И.В.,  Бурцева В.С.,  Гастев С.А.,  Сорокин С.А.  (Университет ИТМО) предложили «Новое концептуальное решение по технологии охлаждения ЦОД системообразующих организаций и учреждений страны». Центры обработки данных (ЦОД) малой вычислительной мощности (10–80 кВт) должны быть энергоэффективными и иметь приемлемую для бюджетных организаций стоимость. Этим условиям удовлетворяет ЦОД, в котором система технологического охлаждения серверов построена на испарении мелкодисперсных капель воды. Проблема эффективного диспергирования воды, как показали серии пилотных экспериментов, может быть решена на основе нового гидродинамического явления – явления аномально высокой амплитуды автоколебаний при истечении жидкости из отверстий, перекрытых арочным элементом. Анализ результатов экспериментов показал, что при геометрии арочного элемента 0,4x1,2мм и давлении воды 10 бар медианный диаметр генерируемого водного спрея равен 15 мкм. Компактность системы диспергирования воды позволяет ЦОД собрать в трех- или пятитонных стандартных контейнерных корпусах, а это, в свою очередь, дает возможность размещать ЦОД не внутри функционирующих зданий, а на кровле, на прилегающей территории или на металлокаркасе над парковочными местами автомобилей.

Второй концептуальной особенностью данных ЦОД является то, что водный спрей подается от корпуса контейнера ЦОД в окружающею среду, но в поле действия всасывающих факелов вокруг воздухозаборных решеток системы технологического охлаждения. Капли, проходя в окружающем воздухе путь длиной около 2-2,5 метров, испаряются и охлаждают воздух, входящий в контейнер, а далее охлажденный воздух ассимилирует теплоту, выделенную серверами.

* * *

Тема доклада  Шаркова А.В.,  Кораблева В.А.,  Герасютенко В.В.  (Университет ИТМО) — «Тепловая модель теплоаккумулятора на фазовых переходах». Рассмотрена система отвода теплоты для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в которой элементы работают в режиме повторно-кратковременной нагрузки, когда температура прибора не успевает достигнуть своего стационарного значения. Метод основан на использовании скрытой теплоты плавления веществ, имеющих большую теплоту фазовых превращений. Это позволяет многократно их использовать при воздействиях высоких тепловых нагрузок. Поглощенная рабочим веществом теплота отводится в перерывах между включениями РЭА. Достоинством данного метода является значительный выигрыш в массе и размерах теплоотводов по сравнению с цельнометаллическими теплоотводами  различных типов.

Представлена тепловая модель теплоаккумулятора на фазовых переходах. Приведен практический пример реализации теплового аккумулятора, даны рекомендации по проектированию и эксплуатации теплоаккумулирующей конструкции.

* * *

Бабакин Б.С.  (МГУПП),  Белозеров А.Г.  (Федеральный научный центр пищевых систем),  Бабакин С.Б.,  Сучков А.Н. (ВНИХИ) — авторы доклада «Холодильные масла для хладагентов группы ГФО». Рассматриваются холодильные масла для низкотемпературных систем, работающих на хладагентах группы ГФО. Приводятся физико-химические свойства масел, кривые растворимости с однокомпонентными и смесевыми хладагентами, данные по изменению кинематической вязкости и давления в зависимости от температуры, рекомендуются области применения для различных типов компрессоров, промышленных и торговых холодильных установок. Рассматриваемая информация крайне необходима для сервисного обслуживания холодильных систем с целью оптимального выбора соответствующего типа масла или замены маслом с близкими свойствами.

* * *

«Перспективная технология бурения в многолетнемерзлых грунтах арктической зоны России» была представлена в сообщении  Пушкарева А.Е.  (СПбГАСУ),  Гусакова Д.Н.  (ООО «Геокриолог»). Речь идет о «щадящей» технологии бурения для создания оснований сооружений, укрепления зданий и транспортной инфраструктуры (железных дорог, автодорог, портовых сооружений), создания свайных полей под строительно-монтажные работы в условиях арктической зоны России. Технология основана на использовании при бурении энергии низкотемпературного сжатого воздуха, что сохраняет температурный баланс грунтов и стабильность их свойств. Предлагаемая технология позволяет значительно повысить скорость выполнения буровых работ, исключить дополнительные затраты на заморозку грунтов после бурения, тем самым сократить время технологического цикла. Данная технология также позволяет значительно повысить нагрузочные характеристики свайного основания.

* * *

«Теплофизические свойства высотемпературного теплоносителя С14-30» изучали  Мельник Е.Ю.,  Лукьянов Н.Н.,  Семенюк Ю.В.  (ОНАПТ). Развитие солнечной энергетики требует использования нового поколения высокотемпературных теплоносителей, которые обладают высокой термической стабильностью, низкой способность к образованию нагара на поверхностях теплообменных аппаратов, низкой вязкостью и высокими теплопроводностью и теплоемкостью. Теплоноситель бензол, C14-30-алкильные производные (C14-30) рекомендуется использовать для закрытых или замкнутых систем в солнечной энергетике. Отличительной способностью теплоносителя C14-30, по сравнению с другими высокотемпературными теплоносителями, является низкая вязкость, что способствует уменьшению потребления энергии циркуляционными насосами.

Обсуждаются результаты экспериментальных исследований кинематической вязкости, плотности, теплоемкости и теплопроводности теплоносителя C14-30 в интервале температур 20-300ºС. Рассмотрены методики проведения исследований и схемы экспериментальных установок. Для исключения термоокислительных реакций в теплоносителе С14-30 все измерения теплофизических свойств проводились в среде инертного газа. Достоверность полученных данных подтверждена как выполненным анализом неопределенности полученной экспериментальной информации, так и проведением тарировочных опытов для веществ с хорошо изученными теплофизическими свойствами.

Полученная информация о теплофизических свойствах теплоносителя C14-30 будет использована при моделировании локальных и средних коэффициентов теплоотдачи при вынужденной конвекции теплоносителя C14-30 в трубе.

* * *

Доклад  Малининой О.С.,  Рабцун А.О.  (Университет ИТМО) посвящен оценке «Влияния альтернативного водосолевого раствора на эффективность абсорбционного термотрансформатора». Абсорбционные понижающие термотрансформаторы (АПТТ) можно успешно применять для целей технологического теплоснабжения, отопления зданий и горячего водоснабжения. Наибольшее применение в АПТТ имеет система LiBr–H₂O. Большой интерес представляет использование системы LiCl–H₂O, что связано с бóльшей термической стабильностью LiCl по сравнению с LiBr. Выполнен анализ влияния температуры греющего источника на эффективность абсорбционного понижающего термотрансформатора. В качестве альтернативного раствора выбрана система LiCl–H₂O. Получены зависимости кратности циркуляции раствора, зоны дегазации, коэффициента трансформации в зависимости от температуры греющего источника.

* * *

«Штамповка биметаллических подшипников из жидкого алюминия и спеченных порошковых вкладышей» обсуждается в докладе  Кузнецова П.А.,  Кузнецова Р.В.,  Просторовой А.О.  (СПбПУ Петра Великого). Алюминиевые сплавы при отрицательных температурах лишь незначительно изменяют свои свойства, в том числе прочность, поэтому их эффективно применяют в деталях, работающих при низких температурах. Алюминий и его сплавы не имеют порога хладноломкости, что в сочетании с другими свойствами делает их перспективными для использования при разработке новых технологий. Особый интерес представляет использование алюминия как антифрикционного материала с низким коэффициентом трения в условиях слабой смазки, высокой износо- и коррозионной стойкостью. Получение методами порошковой металлургии спеченных вкладышей с разными легирующими элементами позволяет придать алюминию антифрикционные свойства для самых жестких условий эксплуатации.

Одной из технологий получения биметаллических изделий является штамповка жидкого алюминия совместно с рабочим вкладышем из спеченного порошкового легированного материала с заданными антифрикционными свойствами, например, из бронзографита, либо из легированного алюминиевого порошка, хорошо работающего при отрицательных температурах. Данная технология включает в себя заливку жидкого алюминия в полость жесткой подогретой матрицы, погружение рабочего вкладыша, изготовленного из спеченного порошкового материала, в жидкий металл в матрице и фиксацию его в требуемом положении, а также последующую штамповку с выдержкой под давлением. Время штамповки выбирается достаточным для поверхностной диффузии алюминия в поры спеченного материала и кристаллизации жидкого металла основы вкладыша.

Для проведения экспериментальной штамповки был использован жидкий алюминий марки АК9ч и спеченный бронзографитовый вкладыш из порошка Бр9-1. Штамповку биметаллического изделия проводили на гидравлическом прессе. Время выдержки под давлением составляло 20 секунд. После завершения процесса изделие охлаждалось в воде. Проведенные металлографические исследования показали высокое качество зоны соединения биметаллической композиции, а исследования адгезионной прочности на срез соединения алюминиевой матрицы и рабочего вкладыша подтвердили эффективность предлагаемой технологии.

* * *

«Тепловые модели систем охлаждения лазерных систем» рассмотрели  Шарков А.В.,  Кораблев В.А.,  Горбунова А.Ю.,  Бочковская А.Л. (Университет ИТМО). Приведено устройство излучателя твердотельного лазера с накачкой линейками лазерных диодов. Особенностью излучателя является использование воздушного охлаждения и термоэлектрических охладителей. Теплота от линеек лазерных диодов и активного элемента передается корпусу излучателя, на внешней поверхности которого установлены термоэлектрические охладители. На горячих сторонах охладителей расположены ребристые радиаторы. Для охлаждения радиаторов установлен осевой вентилятор, прокачивающий воздух вдоль ребер. Устройство охлаждения обеспечивает нормальный тепловой режим излучателя в условиях, когда температура среды может превышать рабочую температуру линеек лазерных диодов.

Дано описание тепловых и математических моделей излучателя. Предложены пути оптимизации конструкции излучателя с целью обеспечения оптимального теплового режима в широком диапазоне мощностей тепловыделений и температур окружающей среды. В результате оптимизации предложено использовать восемь микроохладителей фирмы «Криотерм» марки ТВ-127-1,0-2,0 с холодопроизводительностью 22,9 Вт. Описана конструкция излучателя лазера с использованием термоэлектрического охлаждения.

* * *

«Технико-экономический анализ использования развитых поверхностей теплообмена в десорберах АБТТ» провели  Степанов К.И.,  Мухин Д.Г.,  Волкова О.В.,  Зубков Н.Н.  (Университет ИТМО). Применение развитых поверхностей тепломассообмена является широко известным и перспективным способом оптимизации теплообменных аппаратов различных типов путем возможного снижения массогабаритных показателей и капитальных затрат. Однако применение развитых поверхностей тепломассообмена сопряжено с относительной трудоемкостью их изготовления, что в существенной степени снижает ожидаемый экономический эффект. Таким образом, применение сложных поверхностей теплообмена должно быть экономически оправдано, как с точки зрения капитальных вложений в изготовление абсорбционные термртрансформаторов (АБТТ), так и с точки зрения эксплуатационных затрат. Рассматриваются пути оптимизации десорберов бромистолитиевых АБТТ как аппаратов с относительно высокой металлоемкостью и вместимостью дорогостоящего абсорбента — водного раствора бромида лития и, одновременно, относительно низкими значениями коэффициентов теплоотдачи при кипении в большом объеме. Приведены результаты анализа и обобщения проведенных исследований процессов десорбции на гладких и развитых поверхностях тепломассообмена. Показано, что применение развитых поверхностей является экономически обоснованным при стоимости теплообменной трубы, не превышающей стоимость гладкой более, чем в 2,1 раза.

* * *

Гончарова Г.Ю.,   Агафонкина И.В.,  Борщев Г.В.  (ВНИХИ) представили «Новые подходы к созданию теплообменных аппаратов с фазовым переходом рабочего тела и гибким регулированием теплоотвода». В современной пищевой промышленности системы хладоснабжения являются одними из основных компонентов технологической цепи, и их термодинамическое совершенствование расширяет возможности создания инновационных систем хранения продуктов. Для решения этой задачи рационально использование механизмов тепломассообмена, обладающих максимальной интенсивностью, таких, как пленочное обтекание с фазовым переходом на границе раздела и бинарных систем — «бесповерхностных» темплобменников смешения.

К недостаткам традиционных теплообменных аппаратов можно отнести фиксированную площадь поверхности теплообмена и ограниченные возможности теплопередачи. Коэффициент теплопередачи в теплообменниках, использующих механизм пленочного обтекания с фазовым переходом на границе раздела фаз позволяет осуществлять регулируемый режим теплосъема с коэффициентом теплоотдачи,  значительно превосходящим значения  в традиционных теплообменных аппаратах. Одно из наиболее перспективных направлений — создание теплопередающей поверхности со структурой двойной шероховатости, воспроизводящей биомиметические поверхности с обтеканием по Венцелю, позволяющей на порядки увеличивать фактическую площадь теплообмена.

Большие возможности заключены в развитии систем на базе бинарного льда (айс-сларри), которые могут быть эффективно использованы при термостатировании различных продуктов, требующих прецизионного поддержания температуры в течение всего процесса. Прежде всего, в медицине, витринах, изготовлении VIP продуктов, рыбной промышленности, технологическом кондиционировании и других производствах, характеризуемых высокой степенью неравномерности тепловой нагрузки. Оптимизация элементного состава маточной среды бинарного льда по специальным критериям позволит расширить область их применение и увеличить эффективность.

* * *

Новый метод «Повышения энергоэффективности стационарных и судовых холодильных машин с комбинированным охлаждением конденсаторного узла» предложили  Фот А.Н.,  Юша В.Л.,  Максименко  В.А. (Омский ГТУ). Основную долю влияния на энергоэффективность холодильных машин (ХМ) оказывает охлаждение конденсаторов. Выбор водяного, воздушного или комбинированного способов охлаждения определяет величину температур конденсации при меняющихся условиях эксплуатации. В случае комбинированного охлаждения сокращается потребление пресной воды, в то же время использование охлаждения водой позволяет удерживать более низкую температуру конденсации при высоких температурах охлаждающего воздуха.

В литературе предлагается определять температуру конденсации относительно температуры охлаждающей среды. Однако попытки воспользоваться этими методиками для комбинированной схемы охлаждения приводят к ограниченной зоне совместных решений, поскольку имеют не связанные между собой рекомендованные значения по разности температур между охлаждающей средой и температурой конденсации.

Для стационарных и локальных транспортных (работающих в пределах одного региона) холодильных машин температуры охлаждающих сред зависят от климатических данных региона. Причем температура воды зависит от параметров воздуха, тогда как для судовых холодильных установок температура воды не находится в прямой зависимости от температуры воздуха. Таким образом, очевидно, возникает необходимость модернизировать методику определения температуры конденсации применительно к узлам конденсации комбинированного охлаждения.

Целесообразным режимом выбирается тот, при котором значение экономической характеристики установки будет минимальной. Полученный в результате расчета режим работы холодильной установки с минимальными годовыми и часовыми затратами определит рекомендованное значение температуры конденсации, расходы охлаждающих сред и поверхности конденсаторов водяного и воздушного охлаждения для каждого конкретного региона расположения холодильной машины или маршрута следования судна.

* * *

«Методику прогнозирования эффективности применения рабочих веществ в парокомпрессорных холодильных машинах» предложили Мизин В.М., Татаренко Ю.В., Акрамов М.Д., Жилкин А.Ю.  (Университет ИТМО). Анализируется работа холодильной машины на природном рабочем веществе (аммиак) и рабочих веществах, которые будут выведены с рынка холодильной индустрии: хладагенты R32 и R410А. Исследование работы холодильной машины проведено в диапазоне температур кипения от -40°С до 5 °С при температурах конденсации 30°С и 35°С. Параметры работы элементов холодильной машины получены на основе программ, реализованных при помощи компьютерного моделирования. Программы позволяют получить характеристики элементов холодильной машины при работе на рабочем веществе любого состава. На основании полученных данных даны рекомендации по применению рабочих веществ низкотемпературной техники.

* * *

«Проблемы энерго- и ресурсосбережения при переработке отходов в Нигерии» изложили  Рахманов Ю.А.,  Сергиенко О.И.,  Горбунов Г.Н. (Университет ИТМО),  Емем О.Ч.  (Rivers State University, Нигерия). По мере экспоненциального роста населения в Нигерии наблюдается ускорение процессов урбанизации и индустриализации, что приводит к увеличению образования отходов и потребления энергии. Современные методы управления отходами в стране практически отсутствуют, о чем свидетельствуют многочисленные нерегулируемые свалки и практика открытого сжигания отходов, наблюдаемая в городах и опасная для здоровья людей и окружающей среды. Серьезную проблему представляет дефицит электро- и теплоснабжения, в домохозяйствах и на предприятиях в основном используются дизель-генераторы.

Рассматриваются сценарии получения тепла, холода и электрической энергии при термической нейтрализации твердых коммунальных отходов (ТКО) в городе Лагос (Нигерия) с населением 21 млн человек. В настоящее время в городе образуется 13 тыс. тонн ТКО в год, которые предлагается обезвреживать в инсинераторе с последующей очисткой и утилизацией теплоты дымовых газов. Разработана  технологическая блок-схема системы термической нейтрализации производительностью одна тонна ТКО в час. Извлеченную из отходов энергию можно использовать для систем горячего водоснабжения, центрального воздушного охлаждения для жителей или для получения электроэнергии. Результаты оценки экологической и энергетической эффективности предлагаемой системы подтверждают ее жизненно важную роль в переходе Нигерии от энергетического баланса с преобладанием ископаемого топлива к чистой и доступной энергетической системе.

* * *

Результаты исследований «Калорических свойств растворов изобутана в минеральном компрессорном масле» изложены в докладе  Лукьянова Н.Н.,  Хлиевой О.Я.,  Мотового И.В.,  Семенюка Ю.В.,  Железного В.П.  (ОНАПТ). Представлены новые экспериментальные данные по плотности и давлению насыщенных паров для растворов изобутана (хладагент R600a) с минеральным компрессорным маслом и растворов R600a/компрессорное масло/фуллерены C60, а также по теплоемкости на линии кипения растворов R600a/компрессорное масло. Опытные данные по двухфазной изохорной теплоемкости получены для разных концентраций масла в хладагенте в интервале температур 260-330 К. Выполнены расчеты калорических свойств раствора R600a/компрессорного масла. Измерения теплоемкости для раствора R600a/компрессорное масло, чистого компрессорного масла и компрессорного масла, содержащего фуллерены C60, проводились с использованием экспериментальной установки, реализующей метод нагрева в адиабатическом калориметре. Показан эффект увеличения теплоемкости компрессорного масла с добавками 0,0020 кг·кг^–1  фуллеренов C60.

* * *

Серяков А.В.,  Конькин А.В.,  Алексеев А.П.   (Рудетранссервис) обнаружили «Резонансное вибрационное повышение коэффициента теплопередачи коротких низкотемпературных тепловых труб при больших тепловых нагрузках». Представлены результаты исследований коэффициента теплопередачи коротких тепловых труб (ТТ) с капиллярно-пористым испарителем и паровым каналом, сформированным капиллярно-пористой вставкой в виде внутреннего сопла, близкого к соплу Лаваля, при воздействии внешних вибраций. Капиллярно-пористые испаритель и сформированная вдоль всей длины ТТ капиллярно-пористая вставка, содержащие 12,28·10^–3 кг рабочей жидкости — диэтилового эфира C₄H₁₀O, образуют единую гидравлическую систему доставки рабочей жидкости в испаритель.

При больших тепловых нагрузках парообразование в испарителе и распространение пара в паровом канале приобретает пульсационный характер. Частоты пульсаций лежат в интервале 400-500 Гц и амплитуд до 10³  Па. Возникновение пульсаций давления внутри парового канала в коротких ТТ представляет собой сложное явление, связанное с началом кипения в капиллярно-пористом испарителе при больших тепловых нагрузках и избытка пара над ним, приводящем к повышению давления до значения, при котором температура кипения рабочей жидкости оказывается выше температуры испарителя. Паровой сгусток распространяется по паровому каналу ТТ и конденсируется, после чего волна пониженного давления пара доходит из области конденсации в испаритель, кипение в котором возобновляется, и следующий цикл пульсаций повторяется.

При внешнем продольном вибрационном воздействии на корпус ТТ с помощью звукового динамика и внешнего генератора с частотой, равной частоте возникших пульсаций давления пара в паровом канале, коэффициент теплопередачи ТТ увеличивается на величину до 20% при максимально достижимой нагрузке на испаритель ТТ. Повышение коэффициента теплопередачи обусловлено интенсификацией процесса парообразования рабочей жидкости в капиллярно-пористом испарителе при внешнем продольном вибрационном воздействии на гидравлическую систему ТТ. Энергия, передаваемая кипящей рабочей жидкости в испарителе преобразуется в энергию движущейся сжимаемой паровой фазы, вызывая эффект принудительного расширения и парообразования в сеточном капиллярно-пористом испарителе с инжекторными каналами.

* * *

Пастухов А.С.  (Университет ИТМО), Громцев А.С.  (Колледж бизнеса и технологий) представили доклад «Разработка трехмерных моделей авторефрижераторов ЛУМЗ-946 и ЛУМЗ-949 и их внедрение в качестве элементов транспортно-географической системы испытания логистических маршрутов движения автомобильных рефрижераторов». Научно-технические и логистические разработки сформировали новое научное направление — география транспорта, занимающееся выработкой рекомендаций по оптимизации транспортных потоков в существующих транспортных системах. Стало актуальным формирование методологических принципов прикладного подхода к общественно-географическим исследованиям транспортных сетей. В центре внимания — транспортно-географическая система движения авторефрижераторов, выполненная в программном продукте Operation Flashpoint (OFP). В качестве нескольких первоначальных элементов логистической системы рассмотрены и разработаны модели автомобильных рефрижераторов ЛУМЗ-946 на базе моноприводного фургона УАЗ-451М, и ЛУМЗ-949 на базе полноприводного фургона УАЗ-452. Авторефрижераторы выбраны с точки зрения истории развития холодильного транспорта в России с учетом хронологии появления автомобильных рефрижераторов на дорогах, а также  с точки зрения учебного процесса и уже имеющейся проработанности авторами статьи отдельных аспектов трехмерного моделирования и текстурирования объектов «УАЗ-фургон».

Трехмерные модели рефрижераторов выполнены при помощи программы Oxygen 2. В редакторе OFP была смоделирована сцена движения авторефрижераторов в городской — для ЛУМЗ-946 и сельской — для ЛУМЗ-949 средах, получен визуализированный отклик работы транспортно-географической системы движения холодильного автотранспорта.

* * *

В докладе Шаркова А.В.,  Кораблева В.А.,  Некрасова А.С.,  Бузука Э.Х.,  Вагаповой Ю.Д.  (Университет ИТМО)  «Теплометрия высокоинтенсивных источников энергии» представлено устройство прибора для измерения тепловых потоков плотностью до 50 кВт/м²  при различных давлениях и температурах окружающей среды. Чувствительным элементом прибора является датчик Гардона, усовершенствованный с целью снижения инерционности и расширения диапазона измеряемой величины. Мембрана чувствительного элемента выполнена из никелевой фольги, на внешнюю поверхность которой нанесено покрытие с высоким коэффициентом черноты и стойкое к температурам до 500^оС. К центру и краю мембраны приварены электроды из константановой проволоки диаметром 0,09 мм. Прибор предназначен для проведения экспериментов в условиях колебания температур и давлений среды, поэтому водяное охлаждение чувствительного элемента не применялось, и его тепловой режим поддерживался в допустимых пределах за счет теплоемкости массивного основания, высокоэффективной теплоизоляции из асбестовой ваты и полированного корпуса из нержавеющей стали. Приводится методика градуировки прибора. В качестве источников теплового излучения применены модель абсолютно черного тела и галогенная лампа с отражателем. Плотности тепловых потоков от этих источников на различных расстояниях измерены с помощью калориметра в виде цилиндра из меди, диаметр которого равен входному отверстию датчика. Величина теплового потока, падающего на торцевую поверхность, определялась по известной теплоемкости калориметра, тепловой проводимости в среду и скорости изменения его температуры.

Даны рекомендации по использованию прибора для измерения нестационарных тепловых потоков. Методом единичного воздействия исследованы динамические характеристики датчика, установлено, что он имеет передаточную функцию апериодического звена первого порядка. Приведена методика введения поправок при измерении меняющихся во времени тепловых потоков.

* * *

В докладе  Пилипенко Н.В.  (Университет ИТМО) «Решение обратных задач теплопроводности с использованием расширенного фильтра Калмана» рассмотрен метод решения обратных задач теплопроводности с использованием расширенного фильтра Калмана (ФК), который, в отличие от ФК по параметрам основан на введении расширенного вектора состояния, включающего как температуры объекта, так и граничные условия. Принципиальной особенностью дифференциально-разностной модели в этом случае является ее нестационарность — зависимость матрицы обратных связей от времени. Достоинством предложенного метода является так же тот факт, что на погрешность восстановленного теплового потока практически не влияет часто неизвестное начальное распределение температуры в используемом преобразователе потока. Для решения инженерных задач составлен алгоритм, разработана программа Heat Indification и получены результаты по восстановлению нестационарного теплового потока на поверхности различных многосоставных объектов.

* * *

О работах по «Изучению теплопроводности жидких пропенов в низкотемпературной области методом монотонного разогрева» говорилось в докладе  Цветкова О.Б.,  Клименко С.Ю.,  Пятакова Г.Л.  (Университет ИТМО). Пропены — альтернативные рабочие вещества техники низких температур, обладающие исключительно низким потенциалом глобального потепления и призванные в ближайшее десятилетие заменить практически все гидрофторуглероды.

Для изучения теплопроводности пропенов в области низких температур разработана экспериментальная установка, включающая в себя калориметр, системы создания и измерения давления, адиабатизации и электрических измерений. Калориметр измерительная ячейка состоит из двух коаксиальных цилиндров, разделенных слоем исследуемого вещества. Во внутреннем цилиндре размещен нагреватель и спай дифференциальной термопары. Второй спай термопары расположен в отверстии наружного цилиндра. Калориметр помещен внутрь вакуумной камеры, погруженной в сосуд Дьюара с жидким азотом. Адиабатизацию калориметра обеспечивает вакуумная система и несколько медных ширм с нагревателями. Предусмотрена двухканальная система регулирования адиабатных условий эксперимента. Установка предназначена для измерения теплопроводности в области температур от -100 до 20 ºС и давлений до 20 МПа.

* * *

Малышев А.А.,  Куадио К.Ф.  (Университет ИТМО) разработали «Основы комплексного метода расчета теплогидродинамических процессов при кипении жидкости в каналах». Доклад посвящен анализу теплогидродинамических процессов при кипении рабочих веществ в миниканалах. Представлены экспериментальные данные по исследованию режимов течения хладагента R134a в миниканале с размером щелевого зазора 0,5 мм в области устойчивого течения при массовых скоростях 200-500 кг/(с·м²) и температурах от -10 до 20 °С. Приведены экспериментальные данные по истинному объемному паросодержанию. Полученные результаты будут использованы при разработке обобщенной модели теплогидродинамических процессов при кипении различных жидкостей в стесненном пространстве.

* * *

«Особенностям описания линии насыщения чистых жидкостей в окрестности критической точки» посвящен доклад  Нурышевой М.,  Гордеевой Э.А.,  Барафановой Е.Ю.,  Рыкова В.А.  (Университет ИТМО). Рассмотрена система взаимосогласованных уравнений состояния, включающая уравнения паровой и жидкостной ветвей линии насыщения, а также линию упругости и уравнение, описывающее «кажущуюся» теплоту парообразования. Предложенные уравнения в соответствии с теорией «завершенного» скейлинга описывают поведение среднего диаметра линии насыщения. Предложенный подход апробирован на примере описания линии фазового равновесия аргона, шестифтористой серы и холодильного агента R236ea.

* * *

Цветков О.Б.,  Гуменюк А.А.,  Митропов В.В.  (Университет ИТМО) рассмотрели «Методы экспериментального исследования вязкости азеотропных смесей хладагентов». Исследования теплофизических свойств рабочих веществ техники низких температур последних десятилетий явно не успевает за все возрастающими темпами перехода от одной группы альтернативных хладагентов к другой. Особенно это касается свойств переноса и одной из важнейших характеристик — вязкости. В докладе изложены методы экспериментального исследования вязкости индивидуальных жидких хладагентов и их зеотропных и азеотропных композиций. Отмечены особенности изучения гидрофтор- и гидрохлорфторолефинов — представителей нового поколения альтернативных рабочих веществ. Рассмотрены методы капилляра, катящегося шарика, крутильных колебаний, колеблющегося диска. Анализируются особенности метода капилляра при его реализации с использованием «кольцевых весов» и разновидности капиллярной методики с циркуляционным контуром, перепад давления в котором обеспечивается кольцевыми весами при их равномерном вращении. Подчеркнуты особенности реализации эксперимента, применения измерительных и регистрирующих устройств, характер погрешностей.

* * *

«Обеспечение требуемой интенсивности локального теплообмена при движении жидкости в канале с переменной площадью сечения» рассмотрели  Кораблев В.А.,  Минкин Д.А.,  Шарков А.В.  (Университет ИТМО, Университет ГПС МЧС России). Задача обеспечения требуемой интенсивности теплообмена широко распространена в теплообменных устройствах, предназначенных для передачи теплоты с тепловыделяющей поверхности теплоносителю.  При движении жидкости по каналам теплообменного устройства возникает неравномерность температурного поля на охлаждаемой поверхности. При этом требования к допустимой неизотермичности охлаждаемой поверхности в зависимости от специфики задачи могут составлять как десятые доли, так и единицы Кельвина. Разработана экспериментальная установка. В ходе исследований установлено, что максимальная неравномерность температурного поля охлаждаемой поверхности составила 40 К/м при подаваемой мощности 5,5 кВт/м²,  скорости движения жидкости (дистиллированная вода) 0,01 м/с, длине канала 0,15 м.

Для формирования требуемого температурного поля охлаждаемой поверхности предлагается метод расчета и выбора параметров, который позволяет обеспечить переменные значения интенсивности теплообмена на различных участках за счет изменения площади проходного сечения канала, и таким образом реализовать требуемые локальные изменения коэффициента теплообмена. Исследована зависимость конвективного коэффициента теплоотдачи от длины в плоском канале при различных значениях ширины канала.  В результате расчета распределения ширины канала по длине теплообменного устройства показано, что для формирования равномерного температурного поля для указанных выше условий необходимо изготовить канал с шириной, изменяющейся от 0,016 м до 0,005 м, который обеспечит интенсивность теплообмена на начальном участке канала в 2 раза меньше, чем в конце канала.

* * *

Лукьянова Т.В.,  Хлиева О.Я.,  Семенюк Ю.В.  (ОНАПТ) провели «Анализ внутренних характеристик процесса кипения в свободном объеме нанофлюида R141b/наночастицы TiO₂/ПАВ Span-80». Приведены результаты экспериментального исследования внутренних характеристик процесса кипения в свободном объеме хладагента R141b, раствора R141b/поверхностно-активное вещество Span-80 и нанофлюида R141b/Span-80/наночастицы TiO₂  на поверхностях из нержавеющей стали и тефлона.

Показано, что добавки наночастиц TiO₂  к раствору R141b/Span-80 в 2-8 раз уменьшают количество активных центров парообразования. Этот эффект зависит от плотности теплового потока и типа поверхности кипения. При плотности теплового потока 7,5 кВт·м^–2  количество активных центров парообразования на тефлоновой поверхности ниже в 2 раза, чем на поверхности из нержавеющие стали. Установлено, что частота отрыва пузырьков при кипении хладагента R141b и раствора R141b/Span-80 на тефлоновой поверхности в 1,5-2 раза ниже, чем на поверхности нержавеющей стали.

* * *

«Температурно-концентрационные зависимости давления насыщенных паров нанофлюидов изопропанол/Al₂O₃  и о-ксилол/С60» были представлены в  работе  Ханчич Е.Ю.,  Мотового И.В.,  Железного В.П.  (ОНАПТ). Одним из перспективных направлений повышения эффективности систем термотрансформации и оборудования с высоким уровнем потреблением энергии является внедрение нанотехнологий, которые реализуются путем применения нанофлюидив, созданных на базе традиционных рабочих тел и тепло- и хладоносителей. Необходимым условием для разработки и внедрения нового поколения технически важных рабочих веществ является наличие достоверной информации о влиянии наночастиц на параметры фазовых переходов, а также наличие надежных моделей расчета термодинамических свойств нанофлюидов. Рассмотрено влияние наночастиц и фуллеренов на давление насыщенных паров изопропанола и о-ксилола. Изучена температурная и концентрационная зависимость давления полученных образцов нанофлюидов. Показано, что примеси наночастиц способствуют увеличению давления насыщенных паров базовых жидкостей. Подробно изучены особенности концентрационной зависимости давления насыщенных паров при небольших концентрациях наночастиц и фуллеренов.

* * *

«Анализу эффективности адсорбционных криогенно-вакуумных насосов с плоскими сорбирующими элементами на основе порошков цеолитов и меди» посвящен доклад  Гоциридзе А.В.,  Кузнецова П.А.,  Просторовой А.О.  (СПбПУ Петра Великого). Криогенно-вакуумные насосы широко применяются не только в специальных установках, например, имитаторах космического пространства, но и в технологических устройствах, обеспечивающих глубокий безмасляный вакуум. Основной тенденцией в проектировании таких насосов является использование тонких слоев адсорбента, увеличение площади откачивающей поверхности и теплопроводности сорбирующих материалов. Формование тонкого плоского сорбирующего слоя наиболее эффективно осуществлять прокаткой порошкового сорбирующего материала. Метод не требует мощного оборудования для получения изделий большой площади и обеспечивает получение лент требуемой толщины.

Наиболее перспективной группой адсорбентов для получения высокого вакуума в криогенно-вакуумных установках являются цеолиты, которые, наряду с активными углями, представляют собой микропористые адсорбенты, величина удельной поверхности которых составляет 700–800 м²/г. В отличие от углей цеолиты не загрязняют вакуумные установки пылью. Важным свойством цеолитов является их способность в значительно бóльшей степени, чем другие адсорбенты, поглощать гелий и водород. Однако теплофизические характеристики цеолитов вызывают необходимость создания композиционных сорбирующих материалов, состоящих из сорбирующего компонента и компонента, обеспечивающего повышенный теплоотвод, например, металлических частиц меди.

Эксперименты по прокатке лент из смеси порошка меди ПМС-1 с 16-18% порошка цеолита СаЕ-Т показали, что на прокатном стане с валками диаметром 250 мм могут быть получены плоские сорбирующие элементы с величиной общей пористости 38-51% толщиной 1,0-2,0 мм. В эксплуатационных условиях ленты крепятся к охлаждаемой металлической поверхности и не испытывают больших механических воздействий. Проведенные исследования подтвердили эффективность плоских сорбирующих элементов на основе композиционных смесей порошков цеолита и меди при изготовлении опытных адсорбционных криогенно-вакуумных насосов.

* * *

В докладе  Пилипенко Н.В.,  Халявина А.М. (Университет ИТМО) «Параметрическая идентификация дифференциально-разностных моделей теплопереноса в коэффициентных обратных задачах теплопроводности» предложен метод решения обратных задач теплопроводности по восстановлению нестационарного теплового потока и уточнению коэффициентов теплопроводности в процессе одного и того же эксперимента. Принципиальной особенностью метода являются включение в матрицу функций чувствительности на каждом шаге как граничных условий, так и неизвестной теплопроводности материала преобразователя теплового потока. Алгоритм расчета реализован в виде программы Heat Conduction на языке Scilab, предназначенном для выполнения инженерных и научных расчетов.

* * *

В докладе  Рахманова Ю.А.,  Горбунова Г.Н. (Университет ИТМО) «Утилизация теплоты систем огневого обезвреживания отходов с использованием газотурбинных технологий» выполнен энергоэкологический анализ технологических схем утилизации теплоты высокотемпературных, газообразных продуктов систем огневого обезвреживания отходов с использованием воздушной газотурбинной  установки (ВзГТУ) и газотурбинной установки (ГТУ) с измененной очередностью процессов. Технологические схемы включают в себя: керамические фильтры, позволяющие производить очистку газов при температуре 900-1000^оС, высокотемпературные пластинчатые газовоздушные подогреватели, энергетические микротурбинные установки Capstone, Пролетарского завода (Санкт-Петербург), МГТУ-100 («АО СКБ «Турбина», Челябинск), МТГ-100 Университета Петра Великого (Санкт-Петербург). При работе воздушной ГТУ подаваемый компрессором воздух подогревается в газовоздушном подогревателе под давлением до допустимой температуры для воздушной турбины, расширяясь в которой, совершает работу, используемую для привода компрессора и электрического генератора. Отработанный в турбине воздух поступает в систему огневого обезвреживания для обеспечения окисления отходов.

При работе ГТУ после  керамического фильтра очищенные дымовые газы при температуре 900-1000^оС поступают в газовую турбину, в которой происходит их расширение до разрежения, создаваемого газовым компрессором. Совершаемая при этом работа используется для привода компрессора и электрического генератора. После газовой турбины отработанные газы проходят через газоводяной подогреватель, в котором охлаждаются до температуры 300 К, в компрессор, в котором их давление повышается до атмосферного, и поступают в систему отчистки и газоудаления. Благодаря такой утилизации теплоты дымовых газов снижается расход дополнительного топлива на обеспечение процесса огневого обезвреживания, происходит получение теплоты и электрической энергии в замещаемых энергетических установках и уменьшаются сопутствующие им негативные экологические воздействия на окружающую среду. Приведены результаты энергетического анализа, свидетельствующие о целесообразности их применения.

* * *

Свердлов А.В.,  Адамова Е.Е.,  Волков М.А.,  Рыков С.В.  (Университет ИТМО) обратили внимание на «Особенности проектирования системы вентиляции закрытых автостоянок для электромобилей». Обсуждаются вопросы безопасности и жизнеобеспечения, которые имеют приоритетное значение при проектировании автостоянок закрытого типа. Рассмотрены пути борьбы с задымлением токсичными продуктами сгорания при возникновении пожара в замкнутом пространстве автостоянок закрытого типа. Показано, что определяющим фактором при выборе параметров систем как вентиляции, так и дымоудаления является значение скорости приточного воздуха.

* * *

«Влияние добавок фуллеренов С60 на параметры кривой расслоения системы нитробензол/гептан» обсуждалось в докладе  Лукьяновой Т.В.,  Железного В.П.,  Хлиевой О.Я.  (ОНАПТ). Вопросы моделирования фазовых равновесий нанофлюидов, которые можно рассматривать как гетерогенные коллоидные системы, в настоящее время разработаны недостаточно. Существуют две проблемы, которые сдерживают прогресс в разработке методов моделирования свойств нанофлюидов. Во-первых, нанофлюиды являются термически нестабильными термодинамическими системами. Во-вторых, влияние наночастиц на параметры критических точек, которые необходимы для моделирования фазовых равновесий, до сих пор остается недостаточно изученным вопросом. По этой причине экспериментальные исследования фазовых равновесий жидкость-жидкость при температурах ниже термического разложения нанофлюидов открывают возможность изучения влияния наночастиц на критические параметры. В предлагаемой статье в качестве модельной расслаивающейся тройной системы были рассмотрены растворы нитробензола с н-гептаном при наличие добавок наночастиц — фуллеренов С60.

Рассмотрены вопросы влияния фуллеренов С60 на параметры фазовых равновесий жидкость-жидкость в широкой окрестности критической точки. Параметры кривой расслоения определялись как методом визуального наблюдения за появлением опалесценции, так и методом изучения термограмм при нагреве и охлаждении образцов расслаивающихся растворов. Приведены результаты моделирования фазовых равновесий жидкость-жидкость исследуемых образцов растворов с использованием уравнений расширенного скейлинга. Выполнен анализ значений критических параметров растворов и критических показателей.

* * *

Устюжанин Е.Е.  (НИУ «МЭИ»),  Рыков В.А.,  Рыков С.В.  (Университет ИТМО) проанализировали состояние  «Исследований плотности газа, плотности жидкости и гравитационного эффекта в критической области С₆F₆». Сделан анализ экспериментальных данных о плотности на линии насыщения C₆F₆,  полученных Станкусом и сотрудниками (2006 г) в интервале температур 298,79-516,57 K. Применен метод, в котором используется луч, генерируемый гамма-источником. Измеряется интенсивность луча, который проходит через вещество, размещенное в цилиндрической ячейке, расположенной горизонтально. Проведена оценка гравитационного эффекта и его влияния на положение мениска в цилиндрической ячейке. Показано, что при выполнении приведенных граничных условий: средняя плотность вещества в цилиндре составляет ρ = ρ_с , температура Τ < Τ_с , например, при Τ = 516,28 К, в асимптотической окрестности критической точки средний диаметр  ƒ_d  удовлетворяет неравенству ƒ_d > 0. При этом сделано физически обоснованное предположение о том, что параметр порядка  ƒ_s  линии насыщения в асимптотической окрестности критической точки удовлетворяет неравенству ƒ_s > 0.

* * *

С результатами «Исследования молекулярной массы компрессорных масел и кривой расслоения R290/RENISO SP46 (алкилбензольное) и R290/ProEco® RF 22S (полиэфирное)» выступили  Корниевич С.Г.,  Лукьянова Н.Н.  (ОНАПТ). Наличие примесей компрессорного масла в реальном хладагенте приводит к существенному изменению теплофизических свойств рабочего вещества. Энергетическая эффективность холодильного цикла, интенсивность теплообмена в испарителе и конденсаторе будут определяться как хладагентом, так и выбранным компрессорным маслом. Экспериментальные исследования свойств растворов хладагент/масло (РХМ) связаны, прежде всего, с длительностью установления равновесия в исследуемой термодинамической системе, зеотропным характером поведения этих растворов, градиентом концентрации в поверхностном слое жидкой фазы раствора.

Возможности моделирования теплофизических свойств РХМ обусловлены существенными отклонениями поведения таких систем от поведения идеальных растворов, трудностями применения правила Максвелла для расчета фазовых равновесий жидкость-пар (ввиду недостижимости состояний, соответствующих правой пограничной кривой хладагента), отсутствием данных о критических (псевдокритических) параметрах, а также о молекулярной массе для выпускаемых промышленностью компрессорных масел.

Приведены новые данные о растворимости хладагента R290 с алкилбензольным маслом RENISO SP46 и полиэфирным маслом ProEco® RF 22S. Показано, что пропан растворим в этих маслах при любых концентрациях в диапазоне температур практического применения холодильного оборудования. Проведены исследования молекулярной массы указанных компрессорных масел эбуллиоскопическим методом.

* * *

В докладе Серякова А.В. (Рудетранссервис). «Исследование вихреобразования в паровом канале коротких низкотемпературных тепловых труб при больших тепловых нагрузках» представлены результаты численного моделирования вихреобразования вблизи поверхности конденсации в выполненном в виде сопла Лаваля паровом канале коротких низкотемпературных тепловых труб (ТТ) при высоких тепловых нагрузках. Впервые установлено, что образовавшийся из сжимаемого конденсирующегося влажного пара паровой вихрь вблизи охлаждаемой плоской поверхности конденсации внутри парового канала ТТ изменяет направление своего радиального вращательного движения в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель ТТ. При низких тепловых нагрузках направление радиального вращения парового вихря за счет эффекта Коанда и прилипания (присоединения) движущихся паровых струй к стенкам канала происходит от периферии к центру парового канала. При увеличении тепловой нагрузки направление вращения парового вихря меняется на противоположное, от центра к периферии. Кроме этого, под вихрем расположена также движущаяся в радиальном направлении к капиллярно-пористой вставке и далее в капиллярно-пористый испаритель подстилающая пленка жидкого конденсата рабочей жидкости. При этом радиально вращающийся паровой вихрь за счет сил поверхностного трения оказывает силовое воздействие на движущуюся по плоской верхней крышке в радиальном направлении к стенкам ТТ пленку жидкого конденсата. При спутном направлении вращения вихря и движущейся пленки, что имеет место при больших тепловых нагрузках, вихрь дополнительно «сдувает» поверхностный слой пленки конденсата, и толщина пленки резко уменьшается. При малых тепловых нагрузках на испаритель ТТ, прилипании струй пара к стенкам  и формировании вращения вихря от стенок к центральной оси парового канала встречно вращающийся вихрь затормаживает движущуюся пленку жидкого конденсата и тем самым эффективно увеличивает ее толщину. Экспериментально определенные с помощью емкостных датчиков значения средней толщины пленки на плоской поверхности конденсации действительно показывают резкое уменьшение толщины пленки при увеличении тепловой нагрузки на испаритель ТТ. Этот экспериментальный факт является косвенным подтверждением существования и изменения направления вращения парового вихря вблизи охлаждаемой плоской поверхности конденсации коротких ТТ.

* * *

Председатель Рабочей группы «Свойства хладагентов и теплоносителей» Национального комитета по теплофизическим свойствам веществ РАН и секции «Теоретические основы холодильной и криогенной техники» Международной академии холода Цветков О.Б. информировал собравшихся о заседании бюро Рабочей группы по отчету за 2018 г, планам на 2019 г, а также тематике предстоящей научно-технической конференции в начале 2020 г в Санкт-Петербурге.

* * *

Информационную поддержку осуществляли журналы «Вестник Международной академии холода», «Холодильная техника», «Холодильный бизнес», «Империя холода», интернет-портал «РефПортал». Генеральные спонсоры конференции: ООО «А и Т», ЗАО «Инженерные системы охлаждения», Инженерный центр энергоэффективных холодильных технологий и автоматики, ООО «РИВСМАШ Т», ООО «Геокриолог».

В конференции участвовали: Омский государственный технический университет, ООО «Рудетранссервис» (Великий Новгород), ООО «НПП СИНТЕЗ» (Пермь), НИУ «МЭИ (ТУ)», ФГБНУ «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, Всероссийский научно-исследовательский институт холодильной промышленности (ВНИХИ) — филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова, ООО «ГП Холодильно–инженерный центр», ФГУП «Всероссийский институт авиационных материалов — Государственный научный цент РФ», ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств» (МГУПП), ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления им К.Г. Разумовского» (Первый казачий университет) (МГУТУ (ПКУ)), ООО «РИВСМАШ Т», ООО «ТРЕЙД ГРУПП», ООО «РЕФКУЛ», ГК «ТЕРМОКУЛ», ООО «ЭМЕРСОН», Алматинский технологический университет (Казахстан), ООО «Тениз» (Алматы, Казахстан), Одесская национальная академия пищевых технологий (Украина), Rivers State University (Нигерия), СПбГАСУ, ООО «Геокриолог», ООО «Бюро техники», ООО «ТРАФО», Санкт-Петербургский государственный экономический университет, Колледж бизнеса и технологий, Университет ГПС МЧС России, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербургский морской рыбопромышленный колледж, ООО «ЛЕНТА», ООО «УК «Лэнд», ООО «О’КЕЙ», АО «ЗРТО», преподаватели, научные сотрудники, аспиранты, докторанты, магистранты и бакалавры старших курсов Университета ИТМО.