Конференция в МГТУ 08.11.2010 (Скачать)

90 ЛЕТ СО ДНЯ ОСНОВАНИЯ КАФЕДРЫ «ХОЛОДИЛЬНАЯ, КРИОГЕННАЯ
ТЕХНИКА, СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ»
д.т.н., проф. Архаров А. М., зав. кафедрой «Холодильная, криогенная техника, системы
кондиционирования и жизнеобеспечения»
Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана, Россия,
г. Москва.
90th Anniversary of the BMSTU E4 Department “Refrigeration and Cryogenic
Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems”
Doctor of Science, Prof. A. Arkharov, Chief of the BMSTU E4 Department “Refrigeration and
Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems”, Bauman MSTU
Moscow, Russia
УДК 636. 59
ОСОБЕННОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КРИОСИСТЕМ
д.т.н., проф. Архаров А. М.
МГТУ им. Н. Э. Баумана, Россия, Москва
Исторически сложились два подхода в практическом приложении термодинамики для
анализа высокотемпературных и низкотемпературных систем: энтропийный и
эксергетический. Они, несомненно, различны: энтропия-функция состояния, а эксергия
таковой не является. Понятно, что в едином термодинамическом температурном
пространстве в любой области температур как высоких, так и низких, все понятия должны
быть адекватными. С этой точки зрения понятие работоспособности теплоты (эксергии)
должно и в области низких температур определяться для теплоты «падающей», т. е.
переходящей от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Если
принять это исходное положение, то так называемая хорошо известная эксергетическая
кривая некорректна, так как отнесена к теплоте, которую может принять сток. В области
низких температур понятие эксергии должно быть отнесено к теплоте источника теплоты,
например, окружающей среды, которая может совершить работу при наличии холодного
стока. В этом случае кривая эксергии - это прямая линия в области низких температур.
Автор убедился в том, что для анализа низкотемпературных систем более рационален
энтропийно-статистический метод анализа.
FEATURES OF THERMODYNAMIC ANALYSIS OF CRYOSYSTEMS
Doctor of Science, Prof. A. Arkharov
Bauman MSTU, Moscow, Russia
Historically two approaches to analyzing high temperature and low temperature systems have
been formed in practical application: entropic and exergetic. They are of course different.
Entropy is function of state, but exergy is not. It is clear that all notions should be adequate in a
single thermodynamic temperature field for all temperatures both low and high ones. From this
point of view the notion of efficiency of heat (exergy) should be defined also in the low
temperature field for “decreased” heat i.e. for heat passing from the body at higher temperature
to the body at lower one. If we adopt this initial position then a so called well known exergetic
curve is not correct as it is relative to the heat that may be taken by the flow. In the field of low
temperatures the notion of exergy should be related to the heat of the heat source, for example
medium that may accomplish the work when the cold flow is available. In that case the curve of
exergy is a straight line in the filed of low temperatures.
The author was satisfied that an entropy and statistical method is more rational for analyzing low
temperature systems.
УДК 621.565
ПЕРСПЕКТИВЫ РАСШИРЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕДКИХ ГАЗОВ
PROSPECTS OF EXPANSION OF RARE GASES PRODUCTION
А.М. Архаров1, В.Л. Бондаренко1, Н.П. Лосяков2, Ю.М. Симоненко3
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
Лефортовская наб., д.1, Москва, 105005, Россия
e-mail: nadia@iceblick.com
2
ООО «Айсблик», Пастера 29, г. Одесса, 65026, Украина
e-mail: lnp@iceblick.com
3
Одесская государственная академия холода, ул. Дворянская, 1/3, г. Одесса, 65082,
Украина
e-mail: ysim1.@yandex.ru
1
A.M. Arkharov1, V.L. Bondarenko1, N.P. Losyakov2, Yu.M. Simonenko3
1
Moscow Bauman State Technical University 1, Lefortovskaya Quay 105005, Moscow, Russia
Iceblick, Ltd., 29, Pastera Str., 65026, Odessa, Ukraine
3
Odessa State Academy of Refrigeration, 1/3, Dvorianskaya Str., 65080, Odessa, Ukraine
2
АННОТАЦИЯ
Повышение степени извлечения продуктов на стадии получения сырья – важный
резерв увеличения объемов выпуска неона, криптона и ксенона. Многие установки
разделения воздуха не оборудованы системами концентрирования редких газов.
Переработка бедных смесей сопровождается значительными потерями целевых
продуктов. Рассмотрены технологии получения редких газов из малопродуктивных
концентратов. Дана оценка перспектив расширения сырьевых источников в странах СНГ.
ABSTRACT
Degree increase of product extraction at the stage of raw material reception is an
important reserve for the increase of production volumes of neon, krypton and xenon. Many air
separation units are not equipped with systems of rare gases concentration. The processing of
poor mixtures is accompanied by considerable losses of end products. The technologies of rare
gases production from inefficient concentrates are considered. The estimation of perspectives of
raw sources expansion in the countries of CIS is given.
В металлургических отраслях России, Украины и Казахстана сосредоточены
несколько
десятков
воздухоразделительных
установок
(ВРУ)
высокой
производительности. На вход в эти блоки подается атмосферный воздух с суммарным
расходом более 10 млн. нм3/ч! В этом потоке, помимо кислорода и азота, содержатся неон,
криптон и ксенон в количестве, превышающем объем их мирового потребления. Однако
только часть этих ценных газов извлекается и поступает на рынок в виде продуктов
высокой чистоты. Более половины потенциального объема редких газов так и не попадает
в сырьевые смеси, теряясь в процессе разделения воздуха и последующего обогащения.
Обычно на стадии первичного концентрирования в контурах, связанных с ВРУ,
получают смеси 50% (Ne+He) и 0,2% (Kr+Xe). Дальнейшее обогащение таких
концентратов производят в отдельных установках расположенных в непосредственной
близости от ВРУ. После вторичного обогащения получают 92%-ю смесь (Ne+He) и 99%-ю
смесь (Kr+Xe), которые обычно вывозятся из комбинатов на разделение и получение
чистых товарных продуктов.
Значительная часть введенных в эксплуатацию крупных азотных и кислородных
установок не содержит контуров концентрирования инертных газов. На таких объектах
смесь легких инертных газов выдается с концентрацией всего 1…2%, а содержание
криптона и ксенона в кислородном потоке измеряется сотыми долями процента.
Переработка таких бедных смесей обычными методами приводит к значительным
потерям целевых продуктов. Для концентрирования криптона и ксенона из
низкопотенциальных потоков предложено использовать методы вымораживания [1] и
сорбции [2, 3]. Такие решения, в частности, позволили получать концентраты тяжелых
инертных газов из потока «грязного» кислорода, который отводится из контура ВРУ по
соображениям взрывобезопасности.
С целью обогащения низкопотенциальных потоков азота уNe+He<2 % разработана опытнопромышленная установка. Она содержит трубчатый конденсатор с поверхностью F=3 м2 и
колонну для отмывки N2. Введение в схему ректификационного аппарата способствует
сокращению потери целевых продуктов, вызванной растворимостью Ne+He в отбросном
потоке азота. Использование высокоэффективной насадочной колонны и косвенный подвод
тепла к кубовому продукту (через стенки испарителя) обеспечили ряд конструктивных и
эксплуатационных преимуществ. По сравнению с классическими аппаратами для обогащения
неоногелиевой смеси созданная система достаточно компактна, может размещения на удалении
от ВРУ и отличается степенью извлечения 0,98.
В ходе испытаний в установку подавались неоновые и неоногелиевые смесиимитаторы с концентрацией 1,5…3% (остальное – азот) с расходом 50…200 нм3/ч. В
отдувке конденсатора содержание легких инертных газов составило 50…70%. Такая смесь
на основе азота поддается конденсационному обогащению до 92 % традиционными
средствами. Анализ кубового продукта 99,99…99,97 %N2 подтвердил высокую
экономичность обогащения и минимальную степень потерь целевых продуктов.
Результаты исследований дают основание полагать, что в число сырьевых
источников редких газов могут со временем войти более десятка установок типа АКт-30;
КААр-15, КтА-40/30 и т.д.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Бондаренко В.Л., Симоненко Ю.М. Способ выделения ксенона (варианты) и
установка для его осуществления. Патент России № 2134387.
2. Бондаренко В.Л., Симоненко Ю.М. Способ непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата, установка для его осуществления, сорбент этой установки, а
также способ транспортировки сорбента в указанном способе непрерывного обогащения и
установка для осуществления этого способа транспортировки. Патент России № 2132720.
3. Архаров А.М., Савинов М.Ю., Бондаренко В.Л. и др. Исследование процесса
адсорбционного нанесения ксенона на промышленной установке переработки хвостовых
потоков ВРУ. // Химическое и нефтегазовое машиностроение.  2007. – №6.  С. 21 - 23.
ГЕЛИЕВЫЕ И ВОДОРОДНЫЕ КРИОГЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.
Докладчик - генеральный директор ОАО «НПО «Гелиймаш»
к.х.н. Вадим Николаевич Удут;
ОАО «НПО «Гелиймаш»
115280, г.Москва, ул. Автозаводская, 25
тел. (499) 242-50-77, (495) 675-57-47
факс. (495) 234-91-11, (495) 737-88-86
www.geliymash.ru, www.geliymash.com
info@geliymash.com
Дается информация об актуальности развития гелиевой и водородной тематики,
гелии и водороде как стратегических продуктах, непосредственно связанных с развитием
высоких технологий и энергетики.
Освещается опыт ОАО «НПО «Гелиймаш» в проектировании, изготовлении и
эксплуатации оборудования для очистки и ожижения водорода и гелия в промышленных
масштабах.
Обсуждаются вопросы возможного вклада НПО «Гелиймаш» в развитие
водородной и гелиевой промышленности России для создания промышленной базы
обеспечения водородом космодрома «Восточный».
Дается информация о перспективных ожижителях гелия и систем криогенного
обеспечения для исследования фундаментальных свойств материи. Суммируется опыт
создания КГУ крупнейшего в Европе завода по производству жидкого гелия, обсуждается
проектирование типовых заводов по выделению, очистке и ожижению гелия на базе
газоконденсатных месторождений в Восточной Сибири.
Speaker - General Director of JSC "NPO" Geliymash "
Dr. Vadim N. Udut;
NPO Geliymash "
115280, Moscow, st. Avtozavodskaya, 25
tel. (499) 242-50-77, (495) 675-57-47
fax. (495) 234-91-11, (495) 737-88-86
www.geliymash.ru, www.geliymash.cominfo@geliymash.com
Helium and Hydrogen Cryogenic Technologies.
Provides information on the relevance of the development of helium and hydrogen subjects,
helium and hydrogen as strategic products that are directly related to the development of high
technology and energy.
The experience NPO Geliymash in the design, manufacture and operation of equipment for
purification and liquefaction of hydrogen and helium in an industrial scale.
Discusses the possible contribution of the NGO Geliymash "in the development of hydrogen and
helium industry in Russia to develop an industrial base to ensure hydrogen spaceport" East. "
Provides information about promising helium liquefier and cryogenic systems provide for the
study of fundamental properties of matter. Summed up the experience a KSU Europe's largest
plant for the production of liquid helium, discusses the design of model plants for separation,
purification and liquefaction of helium-based gas condensate field in East Siberia.
АКТУАЛЬНЫЕ
НАПРАВЛЕНИЯ
РАЗВИТИЯ
СИСТЕМ
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
д.т.н., проф. Калнинь И.М.
Московский государственный университет инженерной экологии (МГУИЭ)
105066, г. Москва, улица Старая Басманная, дом 21/4.
119311, г. Москва, Ломоносовский пр-т, д. 19, кв. 147
8 903 751 3395 (моб.)
e-mail: kalnin@bk.ru
Kalnin I. M.
CURRENT DEVELOPMENT TRENDS OF LOW-POTENTIAL ENERGY SYSTEMS
Рассматриваются
проводимые
научно-исследовательские
и
опытноконструкторские работы по созданию систем низкопотенциальной энергетики,
предназначенных для
окружающей среды.
экономии
топливно-энергетических
ресурсов
и
защиты
Conducting research and development work to establish low-potential energy systems,
designed
to
save
fuel
and
energy
resources
and environmental protection.
Необходимость
снижения
энергоемкости
экономики
и
замещение
невозобновляемых энергоресурсов побуждает развитые страны исследовать и развивать
различные виды нетрадиционной энергетики, от солнечной и ветровой до термоядерной.
Низкопотенциальная энергетика (НПЭ) является одной из ветвей нетрадиционной
энергетики. Как научно-техническое направление НПЭ оформилось во второй половине
прошлого века и охватывает системы, вырабатывающие холод, тепловую и электрическую
энергию с использованием теплоты возобновляемых природных и вторичных
техногенных (в том числе и бытовых) источников. Основное назначение НПЭ – экономия
топливно-энергетических ресурсов и защита окружающей среды от химического и
теплового загрязнения.
Большинство систем НПЭ являются энергетическими системами, основой которых
являются прямые или обратные термодинамические циклы на низкокипящих рабочих
веществах. Актуальными системами НПЭ являются парожидкостные или газожидкостные
тепловые
насосы,
абсорбционные
термотрансформаторы,
энергоустановки
(турбогенераторы), теплонасосные дистилляторы (опреснители соленой воды).
Возможность реализации таких систем определяется, прежде всего, наличием источников
низкопотенциального тепла, используемых в качестве теплоотдатчиков (или
теплоприемников), а также в качестве источников тепловой энергии для
теплоиспользующих систем.
Востребованность и конкурентоспособность систем НПЭ определяется также
эффективностью и экологической безопасностью применяемых рабочих веществ.
Предпочтительно использование природных рабочих веществ (аммиак, углеводороды,
диоксид углерода, воздух, вода).
Научно-технический центр «Техника низких температур» (НТЦ ТНТ МГУИЭ) с
соисполнителями в текущем десятилетии выполнила НИР и ОКР по газожидкостным
тепловым насосам различной мощности, работающим на диоксиде углерода (R744).
Уникальные термодинамические свойства диоксида углерода позволяют кардинально
улучшить показатели тепловых насосов по сравнению с традиционными, что особенно
проявляется в машинах большой мощности.
В серии работ по НПЭ центр ведет также работы по созданию нового класса
теплонасосных опреснителей соленой воды, в которых генерация тепла и рекуперация
теплоты фазовых превращений воды осуществляется с помощью обратного цикла
теплового насоса на низкокипящем рабочем веществе. Такие системы проще и
эффективнее применяемых выпарных установок, а по уровню затрат электроэнергии
приближаются к мембранным установкам, которые также достаточно сложны. Проблема
производства пресной воды уже стала глобальной. К работам широко привлекаются
молодые преподаватели, аспиранты и студенты.
Молодежь вносит большой творческий вклад и энтузиазм в выполнение
проводимых инновационных работ. Это находится в контрастном противоречии с вялой
реакцией потенциальных потребителей, так как всемерное снижение энергоемкости
экономики пока не стало государственной политикой.
РАЗРАБОТКА НАУКОЕМКИХ КРИОГЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ И СОЗДАНИЕ НА ИХ ОСНОВЕ ОПЫТНОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ, АДАПТИРОВАННЫХ К
ПРОМЫШЛЕННЫМ УСЛОВИЯМ КАЗАХСТАНА
Дробышев А. С.
Казахский национальный университет им. Аль-Фараби,
Лаборатория криофизики и криотехнологий
Низкотемпературные технологии в последние десятилетия во все большей степени
применяются во всех развитых странах. Это связано, прежде всего, с тем, что при низких
температурах резко меняются физико-механические свойства веществ, что позволяет
использовать при их обработке и переработке ранее не применимые методы.
Исключительно широк технологический спектр, в котором нашли место эти новые
технологические методы и приемы – от космических технологий до переработки
сельскохозяйственной продукции.
Казахстан располагает несколькими крупными заводами по производству
криоагентов. Однако их вектор производственной деятельности направлен на
удовлетворение потребностей базовых производств. Характерным примером является
завод в Темиртау, ограничивающийся получением жидкого кислорода для
металлургического комбината, в то время как сопутствующие продукты (азот, аргон) не
находят своего применения. Таким образом, в настоящий момент для Казахстана
актуальным является создание научно-технологических основ для разработки и внедрения
криогенных технологий.
В настоящее время на ряде крупных производств г. Алматы начинается внедрение
зарубежных технологий с использованием жидкого азота. Это филиалы таких фирм, как
Пепси-Кола, Кока-Кола, Голд-Продукт, Маслодел и другие. Научно-технологический парк
КазНУ разработал и внедрил на этих предприятиях криогенные системы сопровождения
технологических процессов, которые в настоящее время успешно эксплуатируются.
Кроме того, Технопарком осуществляются поставки этим предприятиям жидкого азота,
как за счет собственного производства, так и из других городов Казахстана, что
существенно повышает себестоимость выпускаемой продукции. Кроме жидкого азота ряд
предприятий, в том числе, медицинских, испытывают нужду в кислороде, поставки и
хранение которого экономически целесообразно осуществлять в жидком виде. Это
существенно снижает стоимость конечного продукта – газообразного кислорода, снижает
эксплуатационные риски. Таким образом,
разработка современных наукоемких
криогенных технологий, включая опытно-промышленное производство жидких азота,
кислорода и аргона, их адаптация к промышленным условиям Республики Казахстан
обеспечит материальную базу развития широкого спектра технологических линий
переработки сырья, сельскохозяйственных продуктов и отходов жизнедеятельности
человека.
Наиболее эффективными направлениями развития криотехнологий представляются
следующие:
-Разработка технологии и создание линии по производству сварочных газовых
смесей на основе аргона и двуокиси углерода Потребители -строительная индустрия;
-Разработка технологии и создание линии по переработке бывших в употреблении
автопокрышек Направления внедрения – транспорт, дорожное строительство, спортивные
сооружения;
-Разработка технологии и создание линии по быстрой заморозке сельхозпродуктов
и продуктов питания – переработка продуктов питания;
-Разработка технологии и создание опытного производства порошков металлов с
различной степенью дисперсности – электронная промышленность и приборостроение;
-Разработка конструкции и изготовление опытных образцов систем
газообеспечения для нужд организаций медицинского профиля – медицина;
-Разработка технологий и линий по криодеструкционной переработке
сельскохозяйственных продуктов – пищевая промышленность;
-Производство жидких кислорода, азота и аргона- газообеспечение предприятий
пищевой промышленности.
Эффективная реализация данных направлений невозможна без поддержки
квалифицированных специалистов, имеющих большой опыт внедрения криотехнологий.
В этой связи казахстанские партнеры рассчитывают на поддержку и участие своих коллег
из крупнейшего технического и научно-технологического вуза России –МВТУ им. Н.
Баумана
Development of Science Intensive Cryogenic Technologies, Technological Lines and
Creation of Experimental-Industrial Manufactures on Its’ Basis, Adapted to Industrial
Conditions of Kazakhstan
A. S. Drobyshev
Al-Farabi Kazakh National University,
Laboratory of cryogenic physics and criotechnologies
Low temperature technologies are used in all developed countries more and more during
last decades. It is connected, first of all, with fact that physics-mechanical properties of
substances sharply change in low temperatures, which allow to use previously inapplicable
methods in the process of its’ treatment and reprocessing. Technological spectrum, in which
these new technological methods found a place, is exclusively wide, from space technologies to
recycling of agricultural products.
Kazakhstan has several large cryo-agent factories. Though its’ vector of industrial
activity is directed to satisfaction of basic factories’ demands. Typical example of this kind of
factories is factory in Temirtau, which limits itself to acquisition of liquid oxygen for integrated
iron-and-steel works, while associated products (nitrogen, argon) are not used. So, at present
moment for Kazakhstan it is urgent to create a scientific-technological basis for development and
implementation of cryogenic technologies.
At present moment a number of large factories in Almaty start an implementation of
foreign technologies with usage of liquid nitrogen. These are branches of such companies as
Pepsi-Cola, Coca-Cola, Gold-Product, Maslodel and others. Scientific-technological park of alFarabi Kazakh National university developed and implemented cryogenic systems of
maintenance of technological processes at this factories, which now are successfully used.
Moreover, Technopark accomplishes shipment of liquid nitrogen to this factories, as from self
production and from other cities of Kazakhstan, which considerably increase costs of production.
Besides liquid nitrogen several factories, medical among them, lack oxygen, which shipment
and storing in liquid form is economically reasonable. It sufficiently decrease costs of final
product – gaseous oxygen, and decrease operational risks. This way, development of
contemporary science intensive cryogen technologies, including pilot production of liquid
nitrogen, oxygen and argon, their adaptation to industrial conditions in Kazakhstan will provide
resource base for development of wide spectrum of technological lines of raw materials
processing, agricultural products and people’s vital functions waste products.
The most effective directions of cryotechnologies’development are:
- Development of technology and creation of line of welding gas mixtures production on
the basis of argon and carbon dioxide. Consumers – building industry;
- Development of technology and creation of line in processing of previously used tyre
casings. Directin of implementation is transport, road building and sport buildings;
- Development of technology and creation of line in fast freezing of agricultural products
and food, processing of food;
- Development of technology and creation of pilot factory of metal powder with different
degree of dispersion – electronic industry and mechanical engineering;
- Development of technology and creation pilot systems of gas supplying for medical
organizations’ needs – medicine;
- Development of technology and lines of cryodestruction processing of agricultural
products – food industry;
- Production of liquid oxygen, nitrogen and argon – gas supplying of food industry and
industry.
Effective realization of these directions is impossible without qualified specialists, who
have large experience in cryotechnologies’ implementation. Thereupon Kazakhstan partners
count on support and collaboration of their colleagues from the largest technical and scientifictechnological University of Russia – n. Bauman Moscow High technical University.
УДК 615.832,97:616-006
НОВЫЕ БИОИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ХИРУРГИИ
Буторина А.В., Воздвиженский И.С., Архаров А.М., Матвеев В.А., Мороз В.Ю.,
Сарыгин П.В., Рубаненко Е. П., Поляев Б. А.
Российский Государственный медицинский университет
Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана
Институт хирургии им. А.В.Вишневского РАМН
Modern Bioengineering Technologies Applied to Surgery
Doctor of Medical Science, Prof. A.V. Butorina, Doctor of Medical Science, Prof. I.S.
Vozdvizhenskiy, Doctor of Science, Prof. A.M. Arkharov, Doctor of Science, Prof. V.A.
Matveev, Doctor of Medical Science, Prof. V.Yu. Moroz, Doctor of Medical Science, Prof. P.V.
Sarygin, E.P. Rubanenko, DPh, Doctor of Medical Science, Prof. B.A. Polyaev
Russian State Medical University, Bauman MSTU, RAMS A.V. Vishnevskogo Surgery institute
Moscow, Russia
Последний век ушедшего тысячелетия принес человечеству многие достижения в
науке и технике - атомную энергетику, космонавтику, компьютерные технологии, генную
инженерию. Но и увеличение числа различных врожденных заболеваний у детей, и
появление новых болезней, лечение которых представляет собой огромную проблему для
современной медицины. Но, как сказал великий русский ученый И.П.Павлов «Моя вера это вера в то, что счастье человечеству даст прогресс науки».
В последние годы, большое распространение в различных областях медицины и
детской хирургии получил криогенный метод лечения. Еще великий Гиппократ писал
«Холод и помогает и убивает ...». Клиника детской хирургии располагает опытом
лечения более 300 тысяч детей с гемангиомами, в возрасте от новорожденности до 14 лет.
Вероятно, универсального метода лечения гемангиом нет и быть не может. И хотя
морфологические данные явно свидетельствуют в пользу опухолевой природы гемангиом,
наличие простых и эффективных хирургических и парахирургических методов лечения
приводит к положительному результату.
Из ныне существующих методов лечения, наиболее эффективным методом лечения
простых гемангиом является локальная криодеструкция. Успех лечения достигнут в 99,9%
случаев. Очень важной стороной лечения - является получение хороших косметических и
эстетических результатов, благодаря особенностям регенерации кожи после криогенных
вмешательств (органотипическая регенерация). С другой стороны, создаются условия для
сохранения кожного покрова, особенно на лице, имея в виду последующие пластические и
реконструктивные операции. Не менее значимо и то, что благодаря этой методике
сохраняются неповрежденными нервы, мышцы, контуры специфичных тканей, особенно
на лице.
В реальной хирургической практике криохирургия имеет определенные
ограничения, связанные с пределом возможной деструкции крупных образований.
Использование мощной криогенной техники не всегда приводит к успеху, остается группа
больных, где после криодеструкции погибает лишь поверхностная часть патологического
образования, а глубокая продолжает расти. В клинике совместно с инженерами
разработан способ усиления криогенной деструкции путем предварительного воздействия
на область локального замораживания микроволнами сверхвысокочастотного
электромагнитного поля (СВЧ ЭМП). Методика предварительного облучения области
замораживания СВЧ-полем с последующей криодеструкцией, позволяет усилить
разрушающие способности низкой температуры в 4-6 раз по глубине и в 50 раз по объему,
по сравнению с криогенной деструкцией и сохраняет, при этом все полезные свойства
локального низкотемпературного разрушения. Многолетний опыт лечения позволяет
считать,
что
при глубокорасположенных опухолях метод криодеструкции с
предварительным СВЧ-облучением весьма перспективен, так как позволяет избежать
операции, сокращает сроки лечения и позволяет добиться хорошего результата (98%).
Наибольшие трудности для лечения представляет группа детей с сосудистыми
опухолями сложной анатомической локализации, особенно околоушной области, лица и
шеи. Разработан подход к диагностике и лечению такой патологии, заключающийся в
обязательной ангиографии, эмболизации питающего сосуда и последующего криогенного,
СВЧ-криогенного или комбинированного лечения.
С успехом применяется методика локальной СВЧ-гипертермии больших и сложных
гемангиом. Среди основных преимуществ методики являются: отказ от хирургического
вмешательства, сохранность функций лицевого нерва и отсутствие отеков.
Проблема лечения пигментных пятен является весьма актуальной для хирургии. Но,
так как главная задача лечения сосудистых пятен у детей состоит в устранении
имеющегося от рождения косметического дефекта, показания к проведению лазерного
лечения определяются индивидуально. Для лечения больных с капиллярными
дисплазиями применялся лазер на парах меди с длиной волны 578 нм, частотой 10 кгц и
мощностью на конце световода до 4 вт. Лечение начиналось с подбора проб. Применялся
ручной режим работы «точка за точкой». За один сеанс обрабатывался участок площадью
не более 20 кв.см. Для ускорения процессов заживления после лазерного воздействия и
профилактики образования рубцов больные получали курс низкоэнергетической лазерной
терапии (гелий-неоновый лазер).
Лазерная терапия сосудистых повреждений кожи представляется весьма
альтернативной, до сих пор применявшимся методам. Ее решающее преимущество
состоит в том, что с помощью одной и той же техники можно лечить все типы сосудистой
патологии, а так же на любой стадии заболевания, что до сих пор было практически
невозможно
На базе системного технического подхода, предполагающего учёт теплофизических
свойств биологических тканей в широком диапазоне параметров и основных
характеристик лазерного, низкотемпературного и высокотемпературного воздействия,
решена проблема разработки теоретических основ создания аппаратуры и технологий ее
применения.
Накоплен уникальный опыт клинического применения (свыше 700 наблюдений)
сложно-составных микрохирургических и биоинженерных технологий в сочетании с
острым и хроническим растяжением тканей, позволяющим эффективно устранять
обширные рубцовые дефекты. Применение современных биоинженерных технологий
позволило добиться приживления трансплантантов свыше 94,5% случаев, закрытие
раневого дефекта и восстановление функции в 100% случаев, возвращая пациента к
социальной и трудовой жизни от 50 до 70%, в зависимости от реконструируемой области.
ПРИМЕНЕНИЕ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ В ПРОЦЕССАХ ПОЛУЧЕНИЯ ТАЛОЙ
ВОДЫ.
Аспирант Данилов К.Л.1, к.т.н., проф. Акулов Л.А.1, ведущий инженер Борискин В.В.2,
к.ф-м.н., ген.директор Фокин Г.А.2
1.Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых
технологий, 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9. Тел. (812) 315-05-48,
e-mail:dom83@yandex.ru
2. ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург, 196128, Санкт-Петербург, ул. Варшавская, 3.
Тел. (812) 329-39-84, e-mail: gfokin@spb.ltg.gazprom.ru
Аннотация
Исследован характер изменения физико-химических свойств талой воды от скорости
замораживания. Констатируется факт экстремального смещения ряда параметров,
связываемых с биоактивностью, в области криогенных температур. Предложены и
обсуждаются технологические схемы практической реализации производства талой воды,
основанные на процессах утилизации холода регазификации СПГ и энергии давления
сжатого природного газа магистральных газопроводов.
Интерес к талой воде, как потенциально биоактивной среде, в научном сообществе
возник ещё в первой половине прошлого века. В 60-х - 80-х годах эффект положительного
воздействия талой воды на животные и растительные объекты отмечался в ряде работ.
В качестве определяющих факторов биостимуляции предложено рассматривать
пониженный уровень содержания в талых водах дейтерия, растворённых газов, а также
природных поллютантов, включая соединения токсилогического ряда. Выдвинуты
гипотезы о возможной причастности
к
стимуляции метаболизма
изменения
«структурных» свойств жидкости, смещения окислительно-восстановительного
потенциала, генерации в жидкости активных форм кислорода, изменения кислотнощелочных свойств, каталитической активности.
В настоящей работе уточнено влияние скорости замораживания водной среды на
изменение перечисленных показателей, характеризующих потребительские качества
получаемой талой воды. Отмечен факт их значительного изменения в области малых и
высоких скоростей замораживания.
Применительно к организации массового производства более предпочтительной выглядит
область параметров, отвечающая высоким скоростям замораживания – криогенная
область температур.
С учётом высокого уровня энергозатрат на получение талой воды (фазовые переходы
жидкость - твёрдое тело – жидкость), предложены схемные решения процесса,
базирующиеся на энергосберегающих технологиях утилизации холода регазификации
сжиженного природного газа (СПГ) и энергии давления сжатого природного газа
магистральных газопроводов. В последнем случае для интенсификации процесса сжатый
природный газ перед подачей в установку производства талой воды подвергается
энергоразделению в вихревой трубе.
Рассмотренные подходы имеют неоспоримое преимущество перед типовыми решениями
задачи, основанными, в частности, на циклах с однократным дросселированием, позволяя,
в случае СПГ, увеличить реальную холодопроизводительность процесса не менее чем в 20
раз. Из-за крайне ограниченного объёма оборота СПГ в России, головной образец
установки производства талой воды решено создать, базируясь на технологии утилизации
энергии давления сжатого природного газа. Опытно-промышленное производство
продукции намечено на 2011 год.
Danilov K.L.1, Akulov L.A.1, Boriskin V.V.2, Fokin G.A.2
USE OF CRYOGENICS IN THE PRODUCTION OF DEFROST WATER
1. St. Petersburg State University of Refrigeration and Food Engineering, 191002, St.
Petersburg, Lomonosov Str. 9. Tel. (812) 315-05-48, e-mail: dom83@yandex.ru
2. «Gazprom transgas Sankt-Petersburg», LLC, Sankt-Petersburg, Russia, Varshavskaya Str. 3.
Tel. (812) 329-39-84, e-mail: gfokin@spb.ltg.gazprom.ru
Annotation
Character of physical and chemical change of snowmelt properties dependent on freeze-on time
has been investigated. There was stated the fact of extreme shift in a number of characteristics,
connected with bioactivity, in the sphere of cryogenic temperatures. Snowmelt production stateof-the-practice process diagrams based on the process of gas pressure energy utilization of cross
country gas pipe-line and regasification LNG were suggested and discussed.
УДК 621.565.3
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МАЛОТОННАЖНЫХ УСТАНОВОК
ОЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ЭНТРОПИЙНО-СТАТИСТИЧЕСКИМ
МЕТОДОМ
д.т.н., проф. Архаров А. М., д.т.н., проф. Архаров И. А., к.т.н. Лавров Н. А., Красноносова
С. Д., Колобова А. Н.
МГТУ им. Н. Э. Баумана, Россия, Москва
Методами энтропийно-статистического анализа исследованы созданные в последние
годы схемы малотоннажных установок для ожижения природного газа (метана – CH4),
которые работают в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге и Китае.
RESULTS OF INVESTIGATION OF SMALL CAPACITY PLANTS FOR NATURAL
GAS LIQUEFACTION APPLYING AN ENTROPY AND STATISTICAL METHOD
Doctor of Science, Prof. A. Arkharov; Prof. I. Arkharov; N. Lavrov, DPh; S. Krasnonosova,
A. Kolobova
Bauman MSTU, Moscow, Russia
The schemes of small capacity plants for natural gas liquefaction (methane –CH4) operating in
Moscow, St. Petersburg, Ekaterinburg (Russia) and in China were analyzed applying the method
of an entropy and statistical analysis.
РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ПРОПАНОПРОПИЛЕНОВОЙ СМЕСИ РЕКТИФИКАЦИОННЫМ МЕТОДОМ ДЛЯ
ПОЛУЧЕНИЯ ОСОБО ЧИСТОГО ПРОПИЛЕНА ЧИСТОТОЙ 99,992%.
Архаров И.А., Навасардян Е.С.
В статье приводятся результаты расчетов процесса ректификации, выполненные
для исходного состава пропано-пропиленовой смеси: пропилен (0.996) – пропан (0.04) и
продукционного пропилена состава: пропилен (0.99992) – пропан (0.00008). В статье
также рассмотрена предлагаемая принципиальная рабочая схема блока разделения с
расчетными параметрами для контура конденсатора и куба колонны.
CALCULATION RESEARCHES OF MODES OF PROPAN-PROPYLENE MIXTURE
SEPARATION BY RECTIFYING METHOD FOR PRODUCTION OF 99.992% SUPER
HIGH PURITY PROPYLENE
Arkharov I.1, Navasardyan E.1, Armelagos J.2
1 Moscow State Technical University named after N.E. Bauman
2American Gas Group
Propylene occupies an almost unique position as a chemical raw material, in that it is
produced economically only as a by-product or co-product from refinery operations or ethylene
manufacture. In chemical industry there are several methods of propylene production at
significant fraction of propane (usually 0.04). Today polypropylene is needed as a commercial
product for production of which propylene of high purity is required; so, propylene (0.99992) is
more expensive in comparison with 0.996 one. The paper deals with calculation of rectification
method of separation of propylene-propane mixture for 0.99992 propylene obtaining.
Calculation and research of propane-propylene mixture rectification is executed in HYSYS
program (HYSYS 3.2. is a non commercial license version of Bauman Moscow State Technical
University)
УДК 533.81
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ
РАСТВОРЁННОГО В НЕЙ ГАЗА ПРИ БАРБОТАЖЕ
Н.А. Лавров, Е.А. Скорнякова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Россия г. Москва,2-ая Бауманская ул.д.5, т.8-499-263-68-25,
lavrov@power.bmstu.ru
Аннотация статьи
Представлена
физическая
и
математическая
модель
тепломассообменных
процессов при очистке низкотемпературной жидкости от растворённого в ней примесного
газа при барботаже через эту жидкость газа того же вещества, что и чистая жидкость.
Проведены оценки временных интервалов основных процессов: испарения части
жидкости в пузырь при охлаждении пузырей, свободного всплытия пузыря, диффузии
растворённого примесного газа из жидкости в пузырь. С использованием данной модели
проведены расчёты очистки жидкого неона от растворенного в нем гелия для разных
значений начального радиуса пузыря, высот столба жидкости
и объёмной скорости
подаваемого
зависимость
газообразного
неона
и
проанализирована
относительного количества подаваемого газообразного неона от этих величин.
общего
Н.А. Лавров, Е.А. Скорнякова
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ РАСТВОРЁННОГО В
НЕЙ ГАЗА ПРИ БАРБОТАЖЕ
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Россия г. Москва,2-ая Бауманская ул.д.5, т.8-499-263-68-25,
lavrov@power.bmstu.ru
Очистка жидкости от растворённого в ней газа часто осуществляется с помощью
барботажной колонны, в которой через жидкость пропускаются пузыри газа, того же
вещества, что и чистая жидкость. При этом происходит диффузия растворенного в
жидкости примесного газа в пузыри подаваемого газа и испарение жидкости в пузырь.
При
моделировании
этих
процессов
необходимо
тепломассообмена при всплытии пузырей.
решить
сопряженную
задачу
Целесообразно проанализировать по
отдельности и оценить временные интервалы трех основных процессов: теплообмена при
охлаждении пузырей, диффузии растворённого примесного газа в пузырь и всплытия
пузыря.
Оценочные расчеты для таких газов и жидкостей, как гелий, водород, азот,
кислород; высоты слоев жидкости порядка одного метра и начального радиуса пузыря до
5мм показали, что временной интервал теплообмена ( 10-7 – 10-5 с) на несколько порядков
меньше временного интервала полной диффузии (10-2 – 102 с) и временного интервала
всплытия пузыря (10-2 – 10 с).
Поэтому данную задачу можно решить в следующей последовательности.
Первоначально рассчитывается процесс охлаждения пузыря независимо от диффузии, а
затем – сам процесс диффузии, в котором за начальный принимается радиус пузыря,
охлаждённого до температуры жидкости с учётом испарения жидкости в пузырь.
По данной методике были проведен расчет очистки жидкого неона от растворенного в нем
гелия. Проведенные расчеты показали, общее относительное количество подаваемого
газообразного неона практически не зависит от объёмной скорости
подаваемого
газообразного неона, а определяется только начальным радиусом пузыря и высотой
столба жидкости. При радиусах пузыря до 6мм зависимость от высоты столба жидкости
практически отсутствует, это связано с тем, что время полной диффузии гелия из
жидкости в пузырь до предельного значения (~ 0,5 с) меньше времени всплытия пузыря (~
10 с). Для радиусов пузыря более 6мм
время полной диффузии превышает время
всплытия и пузыри покидают жидкость не полностью насыщенные гелием. При этом
большей высоте столба жидкости соответствует меньшее количество подаваемого
газообразного
неона,
вследствие
увеличения
времени
всплытия
и
более
продолжительному процессу диффузии.
N.A.Lavrov, E.A. Skorniakova
PURIFICATION OF FLUIDIZED GASES FROM THE SOLUTED GAS UNDER
BARBOTAGE PROCESSES MODELING
MSTU n.a.N. Bauman, Russia, Moscow,2-nd Bauman street,5, ph.8-499-263-68-25, e-mail:
lavrov@power.bmstu.ru
Abstract
Are presented heat and mass processes physical and mathematical models of purification
fluidized gases from soluted gas under barbotage through fluidized gases of gas bubbles, having
the composition such that pure liquid. Estimations are done for main processes: evaporation of
liquid during bubbles cooling, bubble floating-up in liquid, diffusion of impurity soluted gas
from liquid to bubbles.
The liquid neon purification from soluted helium calculations are made using this model
for difference values of initial bubble radius, liquid height and supplied gaseous neon volume
velocity. Supplied gaseous neon overall relative amount dependence is analyzed from those
values.
N.A.Lavrov, E.A. Skorniakova
PURIFICATION OF FLUIDIZED GASES FROM THE SOLUTED GAS UNDER
BARBOTAGE PROCESSES MODELING
MSTU n.a.N. Bauman, Russia, Moscow, 2-nd Bauman street, 5, ph.8-499-263-68-25, e-mail:
lavrov@power.bmstu.ru
Purification of liquid from soluted gas often is executed by barbotage column. In this
device gaseous bubbles float up through liquid with soluted gas. Bubble gas has the composition
such that pure liquid. Diffusion of impurity soluted gas from liquid to bubbles and evaporation
of liquid during bubbles cooling occur in bubble floating-up
in liquid. Those processes
modelling is heat and mass complex problem during bubble floating-up. It is separately analyzed
and estimated temporary interval of three main processes: heat exchange during bubbles cooling
and evaporation of liquid, diffusion of impurity soluted gas from liquid to bubbles and bubble
floating-up.
Estimation calculations for such gases and liquids as helium, hydrogen, nitrogen and
oxygen; one meter liquid height and initial bubbles radius up to 5 mm show that temporary
interval of heat exchange ( 10-7 – 10-5 sec) is substantially smaller as temporary interval of
diffusion of impurity soluted gas (10-2 – 102 sec) and temporary interval of bubble floating-up
(10-2 – 10 sec).
So this problem is solved in following sequence. Initially bubbles cooling process is
calculated independently from diffusion process. After diffusion process is calculated. For this
process initial bubbles radius is equal bubbles radius having liquid temperature and taking
account of evaporation of liquid into bubbles.
The liquid neon purification from soluted helium calculations are made using this
model. Calculations show that supplied gaseous neon overall relative is weak function of
supplied gaseous neon volume velocity. It is strong function of initial bubbles radius and liquid
height . For initial bubbles radius up to 6 mm it is not dependence from liquid height as time of
full diffusion of impurity soluted gas (~ 0,5 sec) is smaller that bubble floating-up time (~ 10
sec). For initial bubbles radius less than 6 mm the time of full diffusion of impurity soluted gas
is more that bubble floating-up time. In this case the bubbles leave the liquid non total saturated
by helium. It is need lees quantity supplied gaseous neon for large liquid height, as bubble
floating-up time is increasing and diffusion time is increasing too.
Роль скорости массопередачи на характеристики АВРУ (КБА) для получения азота.
А.А.Казакова, Ю.В.Никифоров
Москва, «МГТУ им.Н.Э.Баумана», 2-ая Бауманская ул., 5 кафедра «Холодильная и
криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» (Э4)
E-mail: 2367817@mail.ru
В настоящее время востребованы автономные, с относительно простой
технологией, установки для производства азота и кислорода небольшой и средней
производительности. Этим требованиям удовлетворяют АВРУ (КБА) установки.
Если в установках для получения кислорода используют адсорбенты, обладающие
селективностью по термодинамическому фактору, то адсорбционные установки для
получения азота работают по кинетическому фактору. При расчетах циклических
процессов, ранее, основное внимание уделялось стадии адсорбции, а стадии десорбции,
особенно процессам кинетики уделялось недостаточное внимание. В работе показано,
что в установках для получения азота, стадия десорбции является определяющим
фактором. Показано, как длительность стадии десорбции влияет на выбор оптимальных
габаритов аппаратов и на достижение оптимальных удельных энергозатрат.
Кроме того, в работе показано, что наш подход важен и для производства
кислородных установок, особенно с увеличением их производительности по кислороду.
Известно, что удельные энергозатраты в напорных схемах кислородных установок в
2-3 раза выше, чем в выкуумно-напорных и вакуумных, поэтому оптимальный выбор
характеристик вакуумного насоса может оказать заметное влияние на значения затрат и
параметров установок.
The Role of Mass Transfer Rate on Characteristics of Air-Separation Plant (PSI) for
Getting Nitrogen.
A.A Kazakovа, Yu Nikiforov
Moscow, MSTU named after N. E. Bauman, Bauman Street 2/5. Department of Refrigeration,
Cryogenic Techniques and Comfort Life Support Systems (Е4).
E-mail: 2367817@mail.ru
Today there is an urgent demand for stand-alone installations - that an installation is
for the production of nitrogen and oxygen with small and medium productivity and
possessing a relatively simple technology. Air-separation plant (PSI) fit such
requirements.
Installations for the production of oxygen use adsorbents which in their turn posses
have selectivity for the thermodynamic factor, whereas the adsorption nitrogen
installations use the kinetic factor. During the calculation of cyclic processes, there was a
tendency to focus on the adsorption stage, and little attention was paid to the stage of
desorption and to processes of kinetics. In my research it is shown that the stage of
desorption is of foremost importance in the installations for getting nitrogen. My research
also focuses on how the duration of the stage of desorption influences the selection of
optimal dimensions of devices and helps to achieve optimum energy consumption.
What is more my research demonstrates the importance of our approach to the
production of oxygen installations, especially with the increase of productivity of oxygen.
It is known that energy consumption in pressurized circuits oxygen plants is twice or
three times higher than in vacuum pump and vacuums, therefore the optimal choice of
the characteristics of a vacuum pump can have a noticeable effect on the value of the
costs and installation options.
ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА, КРИОГЕННАЯ ТЕХНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИЯ –
ТРИ КИТА, НА КОТОРЫХ ДЕРЖИТСЯ МИР ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
С.Б. Нестеров
ФГУП “НИИ Вакуумной Техники им. С.А. Векшинского”,
Российская Федерация, 117105, Москва, Нагорный проезд, 7,
тел.: 8(499)123-43-08,
e-mail: sbnesterov@niivt.ru.
В работе рассмотрены примеры высокотехнологичных устройств и проектов, в
которых одновременно «работают» криогеника, вакуумная техника и нанотехнология.
S.B. Nesterov
VACUUM TECHNOLOGY, CRYOGENIC TECHNOLOGY AND
NANOTECHNOLOGY – TREE WHALES HOLDING THE WORLD OF HIGH
TECHNOLOGIES
Federal State Unitary Enterprise “Vekshinski State Research Institute of Vacuum Technology”
7, Nagorny passage, Moscow, Russian Federation, 117105
Tel. 8 (499) 123 43 08
e-mail: sbnesterov@niivt.ru
The samples of high technology devices and designs are viewed where cryogenics,
vacuum technology and nanotechnology are working simultaneously.
На рисунке приведено условное трехмерное пространство в безразмерных
координатах. По осям отложены температура, давление и размер. Область,
соответствующая низким температурам (< 4.2 К), высокому вакууму (< 10-3 Па) и
субмикронным размерам (< 1 мкм) соединена символической пружиной с началом
координат. Криогенщики и вакуумщики прекрасно знают, с каким трудом дается каждый
последующий порядок по мере уменьшения температуры и давления. Но с другой
стороны, чем больше будет растянута эта символическая пружина, тем в более
экзотическую область мы попадаем. Известно, что наиболее интересные эффекты
наблюдаются на стыке различных наук и технологий.
8
7




 Toc 
lg 
T
6
5
Высокий вакуум
4
3
PS 4He в -точке
Состояние окружающей
среды
2
1
-8
-7
-6
-5
-4
-3
2
-2
3
4
5
6
жидкий воздух
жидкий 4Не
-6
-5
-2
-3
Высокий вакуум
lg
7







Poc 
P
лямбда-точка 4Не
-4
-5
Сверхтекучий 3Не
-6
a=1мкм
Наноразмеры
Низкие температуры
Условное трехмерное пространство.
В работе рассмотрены примеры высокотехнологичных устройств и проектов, в
которых одновременно «работают» криогеника, вакуумная техника и нанотехнология.
 Молекулярная нанотехнология
 Низкотемпературная высоковакуумная микроскопия
 Твердотельные преобразователи энергии на основе термоэлектрических материалов
 Вакуумный туннельный диод
 Нанокриогеника
 Мембранные технологии
 Добыча 3Не на Луне
 Компрессор Кнудсена
Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского,
которому 63 года, позиционируется сегодня как ведущее предприятие России в области
вакуумной науки, техники и технологии и готов выступить в качестве базовой площадки
для
объединения
предприятий,
организаций,
ученых
и
специалистов,
специализирующихся в криогенике, вакуумной технике и нанотехнологии.
На основании вышеизложенного можно с уверенностью сказать, что мир высоких
технологий опирается на трех китов – криогенику, вакуумную технику и нанотехнологию.
Литература
1. Архаров А.М. Инженерная криология на рубеже веков. Холодильная техника. 2007, №
1, с. 20 – 30.
2. Нестеров С.Б., Романько В.А., Андросов А.В. Области применения вакуумной
техники. М.: ОМР. ПРИНТ. 2009. – 108 с.
3. Публикации сотрудников ФГУП «Научно-исследовательский институт вакуумной
техники им. С.А. Векшинского» за период 2001 – 2010 г.г. М.: НОВЕЛЛА. 2010. -50 с.
4. Абрютин В.Н., Нестеров С.Б., Романько В.А., Холопкин А.И. Перспективы создания
высокоэффективных термоэлектрических материалов из нанопорошков. – М.:
НОВЕЛЛА, 2010. – 102 с.
5. Нестеров С.Б., Романько В.А., Хазипов А.И. Применение нанотехнологий. – М.:
ОМР.ПРИНТ, 2009. – 180 с.
6. Нестеров С.Б. Криогенная техника, вакуумная техника и нанотехнология – три кита, на
которых держится мир высоких технологий. Холодильный бизнес. 04.2007. с. 36 – 39.
Литература
7. Архаров А.М. Инженерная криология на рубеже веков. Холодильная техника. 2007, №
1, с. 20 – 30.
8. Нестеров С.Б., Романько В.А., Андросов А.В. Области применения вакуумной
техники. М.: ОМР. ПРИНТ. 2009. – 108 с.
9. Публикации сотрудников ФГУП «Научно-исследовательский институт вакуумной
техники им. С.А. Векшинского» за период 2001 – 2010 г.г. М.: НОВЕЛЛА. 2010. -50 с.
10. Абрютин В.Н., Нестеров С.Б., Романько В.А., Холопкин А.И. Перспективы создания
высокоэффективных термоэлектрических материалов из нанопорошков. – М.:
НОВЕЛЛА, 2010. – 102 с.
11. Нестеров С.Б., Романько В.А., Хазипов А.И. Применение нанотехнологий. – М.:
ОМР.ПРИНТ, 2009. – 180 с.
12. Нестеров С.Б. Криогенная техника, вакуумная техника и нанотехнология – три кита, на
которых держится мир высоких технологий. Холодильный бизнес. 04.2007. с. 36 – 39.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНА
В ОБЪЕКТАХ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Проф. д.т.н. Смородин А. И., Тарабакин Д. А.
МГТУ им. Н. Э. Баумана
В работе представлены экспериментальные данные по влиянию озона на изоляцию
электротехнических материалов и на биологические объекты.
Investigation of the Possibility of Combined Use of Ozone in Objects of Rrefrigeration
Engineering
A.I. Smorodin, Prof., Cand. Sc. (Tech.), D.A. Tarabakin, Bauman MSTU
The experimental data on the effect of ozone on the electrical material insulation and on
biological objects are presented in the paper.
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НЕРАВНОВЕСНОГО ТЕПЛООБМЕНА НА
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПКХМ
Паркин Алексей Николаевич (ОАО «ВНИИхолодмаш-Холдинг», 127410, г.Москва,
т./ф.(495) 707 07 27, parkin@vniikholodmash.ru)
Parkin Aleksei (JSC VNIIKHOLODMASH-HOLDING, 127410, Moscow,
tel./fax (495) 707 07 27, parkin@vniikholodmash.ru
ANALYSIS OF NONEQUILIBRIUM HEAT TRANSFER INFLUENCE ON VCRM
EFFICIENCY
В настоящем докладе даётся количественная оценка влияния неравновесного
теплообмена в аппаратах одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины
(ПКХМ), предназначенной для охлаждения некоторой среды и использующей в качестве
рабочего тела неазеотропную смесь. Приводятся результаты энтропийного анализа
структуры дополнительных затрат работы на компенсацию роста энтропии в основных
необратимых процессах рассматриваемой холодильной машины, даются рекомендации к
выбору рабочих тел для минимизации дополнительных затрат. Результаты указывают
на преимущества применения неазеотропных смесей в задачах непрерывного охлаждения.
This report provides a quantitative assessment of the influence of non-equilibrium heat transfer
in the apparatus of a single-stage vapor compression refrigeration machine (VCRM), designed
to cool a medium and using as a working body zeotropic mixture. The entropy analysis results of
the additional costs structure to compensate the growth of entropy in basic irreversible
processes of this cooling machine are given, recommendations for the choice of working fluids
by mean of additional costs minimization also provided. Results indicate the advantages of
zeotropic mixtures in purpose of continuous cooling.
По некоторым данным на долю техники низких температур в настоящее время
приходится до 15% потребления общего количества вырабатываемой в мире
электрической энергии, что не даёт спокойно обходить вопрос повышения энергетической
эффективности, как вновь разрабатываемых, так и уже существующих холодильных
установок (ХУ).
Разнообразие методов совершенствования ХУ затрудняет выбор конкретного
направления, для обоснования решения о применении того или иного метода оптимизации
требуется определить критерий и выработать методику его определения. Один из таких
критериев предлагает анализ установки с позиций классической термодинамики, Первого
и Второго её начал. В данном методе критерием выступает степень термодинамического
совершенства, которая в сочетании со структурой дополнительных затрат работы на
компенсацию роста энтропии в необратимых процессах; позволяет оценить
перспективность усовершенствования того или иного узла установки.
В соответствии с выбранной методикой, выполнен анализ влияния потерь от
необратимого теплообмена в аппаратах простейшей ХУ, работающей по обратному циклу
Ренкина. Задачей данного анализа было дать простой подход к оценке дополнительных
затрат на компенсацию необратимого процесса теплообмена рабочего тела ХУ, имеющего
постоянную температуру, и низкотемпературного источника тепла, меняющего
температуру в процессе охлаждения. В реальных установках подобный процесс
реализуется в испарителях ХУ, рабочими телами которых являются чистые вещества
(R22, R134a и т.п.), предназначенных для охлаждения некоторых сред. Методом
исключения этой составляющей потерь является замена рабочего тела ХУ на
неазеотропную смесь (R4xx), имеющую температурный глайд, совпадающий с величиной
температурного эффекта охлаждения в рассматриваемой установке. Теоретический
результат повышения эффективности ХУ, введением подобной меры, получен в ходе
данной работы.
Влияние данного фактора оценивается сравнением показателей идеального цикла с
показателями цикла, содержащего единственный необратимый процесс, таким циклом в
данном случае является обратный цикл Карно. Для обоих циклов выводятся величины
холодильных коэффициентов (εК и ε), после чего вычисляется степень
термодинамического совершенства ηt цикла Карно к циклу Лоренца, позволяющая судить
о значимости рассматриваемого вида потерь в данных условиях.
t 
к
 a 

   1 ,
 1    
где  
ln 1  a 
Ta1
T
, a  a , a 
, Ta  Ta 2  Ta1.
Tос
Ta1
a
Ключевые точки рассматриваемых циклов и обозначения температур видны из
рисунка, далее дано графическое изображение представленной зависимости, позволяющее
сделать некоторые выводы.
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Ta1, K
0
0
100
min
100
200
5
150
300
20
grad
50
ΔTa, K
Из графика видно, что влияние рассматриваемого необратимого процесса на
эффективность системы, тем более высоко, чем:
 Больше относительное изменение температуры охлаждаемого тела τа;
 Ниже температура, достигаемая охлаждаемым телом, – τ.
Полученные данные позволяют ясно судить о значимости данной составляющей
дополнительных энергетических затрат в классическом парокомпрессионном цикле ХУ.
Полученные зависимости позволяют определять теоретический предел эффективности
обратного цикла в задачах охлаждения.
УДК 615.832.9
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА
АППАРАТУРЫ Д ЛЯ ОБЩЕГО КРИОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Баранов А. Ю., Савельева А. В., Сидорова А. Ю.
СПбГУНиПТ, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9
Работы по теме “Техника и технология общей криотерапии” ведутся в СПбГУНиПТ
около 25 лет.
Можно выделить три основных направления исследований:
1.
Разработка, обоснование, оптимизация и интенсификация технологии
общей криотерапии;
2.
Разработка исполнительных устройств для реализации технологии
общей криотерапии;
3.
Разработка систем криостатирования исполнительных устройств
криотерапевтических установок.
Технология общей криотерапии.
Анализ литературы по теме показал, что первые 15-20 лет установки для общей
криотерапии – криотерапевтические комплексы производились и эксплуатировались без
разработки физической теории метода. Основные параметры процесса: температура и
продолжительность охлаждения объекта общего криотерапевтического воздействия
(ОКВ) подбирались эмпирически в условиях ограничений накладываемых выбором
способа криостатирования. Итогом такого подхода стало постепенное снижение
эффективности криотерапевтических комплексов (КТК), которое привело к стагнации
данного направления криогенной медицины в странах ЕС.
Для поиска эффективных технологических решений в СПбГУНиПТ в
сотрудничестве с СПб медицинской академией постдипломного образования была
разработана физическая теория криотерапии. Строгая постановка тепловой задачи ОКВ
позволила создать математическую модель объекта ОКВ и провести многоплановый
вычислительный эксперимент, по выбору и обоснованию технологических параметров
процесса, температуры газа и продолжительности охлаждения. Рекомендованные
значения параметров стали основой для разработки отечественных КТК.
Конструкция исполнительного устройства КТК
Математическая модель объекта ОКВ позволила сделать обоснованный выбор между
одноместными и многоместными КТК. Доказано что многоместные КТК не полностью
соответствуют технологическим требованиям эффективного ОКВ. Организация
криотерапии по групповой схеме приводит к снижению лечебного эффекта в 3-4 раза,
поэтому единственным перспективным направлением в конструировании систем для ОКВ
являются индивидуальные системы. Была разработана математическая модель
исполнительного устройства КТК, которая позволила моделировать процесс ОКВ с
учетом дополнительного подвода теплоты от конструктивных элементов. Исследована
энергетическая эффективность различных конструкций индивидуальных КТК.
Определены величины тепловой нагрузки на систему криостатирования исполнительного
устройства. При средней тепловой нагрузке от 6 до 8 кВт в работе исполнительного
устройства отмечены периоды, когда суммарный подвод теплоты к системе охлаждения
возрастал до 20-25 кВт. Разработаны рекомендации по снижению потерь
холодопроизводительности за счет оптимального подбора отделочных материалов и
совршенствования конструкции исполнительно устройства.
Выбор способа криостатирования исполнительного устройства КТК
Сведения о величины тепловой нагрузки и уровне криостатирования
исполнительного устройства КТК позволили ограничить перечень низкотемпературных
циклов, пригодных для использования в индивидуальных КТК. В современных условиях
криогенные квазициклы с использованием жидкого азота являются единственным
рентабельным способом криостатирования КТК. По мере роста пропускной способности
установок можно ожидать перехода систем криостатирования от жидкостных циклов к
циклам турбохолодильной машины.
Из-за значительной тепловой нагрузки затраты жидкого азота в индивидуальных
КТК составляют от 4 до 20 кг на процедуру. Выбор рациональной схемы отвода теплоты к
криоагенту оказывает определяющее влияние на работоспособность и рентабельность
КТК. В индивидуальных установках для передачи теплоты используются контактные
теплообменные устройства, которые отличаются малой тепловой инерцией и низкой
себестоимостью. В СПбГУНиПТ разработана схема криостатирования комплекса с
регенерацией потока теплоносителя, которая обеспечивает утилизацию 90%
теплоотводящей способности криоагента. Система криостатирования этого типа
покрывает импульсные тепловые нагрузки до 40 кВт на уровне 140К. Перенос теплоты из
исполнительного устройства в контактный теплообменник обеспечивает циркуляционный
газовый поток.
Интенсификация технологии общей криотерапии
В СПбГУНиПТ выполнены исследования по оценке потенциала метода ОКВ.
Показано что величина основного потребительского параметра КТК так называемое
эффективное время может быть увеличено на порядок по сравнению с лучшими
современными образцами.
На математической модели объекта Окв выполнены исследования подтвердившие
возможность технической реализации технологии интенсивной криотерапии.
Baranov A., professor; Saveleva A., postgraduate student;
Sidorova A., postgraduate student
SCIENTIFIC BASIS OF DESIGN AND PRODUCTION OF EQUIPMENT FOR
GENERAL CRYOTHERAPEUTIC EFFECT
Saint Petersburg State University of Refrigeration and Food technologies, St Petersburg,
Lomonosova Street, 9, (812) 498-28-26, krion.spb@rambler.ru
Abstract
Research work on the topic “methods and technologies of general cryotherapy” takes place
in the Saint Petersburg State University of Refrigeration and Food Technologies for about 25
years. There are three main research directions: cryotherapeutic technology optimization,
kriosauna’s cabin design development, and cooling system effectiveness improvement.
Research in the area of technology enabled scientists to estimate the optimal values of gas
temperature and cooling-down period.
It has been proved that cabins designed for individual procedures in a greater degree
correspond to the general cryotherapy tasks. Cooling load values which average from 6 to 8 kW
were defined. In the work of the system were noted periods when the total heat supply to the
cooling system increases up to 20-25 kW. There were developed some recommendations about
reduction of cold production losses because of optimal selection of decoration materials and
executive mechanism design improvement.
It has been proved that the only cost effective method of kriosauna’s cabin cooling is
cryogenic cycles with using of liquid nitrogen. Liquid nitrogen consumption in individual
cryotherapeutic systems is estimated from 4 to 20 kg per one procedure. Schema of system’s
cryostatting with coolant stream regeneration was developed in Saint Petersburg State University
of Refrigeration and Food Technologies; this schema provides 90% recovery of cryoagent
cooling efficiency.
ТЕЧЕНИЕ С ТЕПЛООТДАЧЕЙ В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ РОТОРОМ И СТАТОРОМ
ТУРБОМАШИН
Кишкин А.А.
Россия, Красноярск, Сибирский государственный аэрокосмический университет имени
академика М.Ф. Решетнева
xkt@inbox.ru
Рассмотрена полная постановка течения с теплоотдачей в граничных условиях между
ротором и статором турбомашин. Приведены необходимые системы уравнений,
выполнено их интегрирование.
Kishkin A.A.
FLOW WITH HEAT EMISSION IN A GAP BETWEEN ROTOR AND STATOR OF
TURBO-MACHINE
Russia, Krasnoyarsk, Siberian State Aerospace University named after academician M.F.
Reshetnev
xkt@inbox.ru
A detailed view of flow with heat emission and boundary conditions for rotor and stator of turbomachine is given in the article. The necessary systems of equations are given as their integration
is.
Для случая течения несжимаемой жидкости необходимо и достаточно совместного
решения уравнений движения и энергии в граничных условиях зазора между статором и
вращающимся ротором, для сжимаемой жидкости необходимо дополнение системы
уравнением состояния. Запись и решение уравнения энергии ППС представляет
отдельную, но необходимую задачу.
На основе полученных уравнений движения и выражений для определения
локального коэффициента теплоотдачи разработана методика, алгоритм и программа
расчета течения с теплоотдачей в полостях вращения, позволяющие проводить
оптимизацию в области возможных вариаций конструктивных и режимных параметров
узлов и агрегатов энерго-силовых установок динамического принципа действия машин
холодильной техники и низкотемпературной энергетики, по основным конструктивным и
эксплуатационным параметрам: распределению скоростей, давлений и температур. Что
существенно повышает достоверность силового и теплового анализа и снижает
материально-временные затраты на этапе эскизного проектирования и доводки новых
образцов.
Алгоритм позволяет определять следующие параметры: окружную, осевую и
радиальную составляющие скорости воды и воздуха, полное, статическое давление,
напряжение трения, толщину потери импульса, локальные и осредненные по длине и
радиусу параметры коэффициентов теплоотдачи, теплового потока, критерии Стантона,
Нуссельта, Рейнольдса, температуры воздуха, воды, стенки со стороны воздуха и воды и
другие.
Основным преимуществом алгоритма по сравнению с алгоритмами, основанными
на эмпирических зависимостях, является относительно широкая область применения.
Алгоритм расчета течения с теплоотдачей в стенку реализован в программное
обеспечение, которое позволяет рассчитывать полости течения различной формы, строить
двумерные семейства характеристик различных параметров потока в зависимости от
геометрических и режимных параметров.
ДОСТИЖЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ
СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ
Доктор Вацлав Хрз
Чарт Ферокс, АО, Чешская Республика, г. Дечин
В докладе сообщается о последних достижениях промышленной криогенной техники
компании Чарт и общих направлениях развития хранения и транспорта сжиженных газов.
Предлагается информация о новых проектах производства больших криогенных вакуумно
изолированных резервуаров, методах временного снабжения природным газом с
использованием СПГ и развития системы "Microbulk" для снабжения малых потребителей
технических газов
Progress in Liquefied Gases Storage and Transport Technology
Dr. Chrz, Vaclav
Chart Ferox, a.o, Decin, Czech Republic
Abstract:
The paper will inform on last achievements of industrial cryogenic
technology of the company Chart and general trends of development of the
technology of storage and transport of liquefied gases. Information on
new projects of manufacturing of large vacuum insulated cryogenic tanks,
methods of temporary supply of natural gas using LNG and progress of
application of the Microbulk technology for supply of industrial gases
to small customers.
УДК 621.565
Транспортные системы кондиционирования:::::
опыт разработки и производства в России
А.Л. Е м е л ь я н о в
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых
технологий, кафедра кондиционирования воздуха
Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9
e-mail: emelianovt@mail.ru
тел.8 (921) 992-27-39
Транспортные системы кондиционирования: опыт разработки и производства в
России.
Аннотация.
В докладе рассматриваются современные системы кондиционирования (СКВ) для
пассажирских вагонов и кабин машинистов, приводится структура СКВ и пути ее
совершенствования.
Transport systems of air-conditioning: experience of development and manufacture in
Russia.
The summary.
In the report modern air-conditioning systems for carriages and driver locomotive cabins, the
structure of the system and ways of its perfection are considered.
Рассматриваются системы кондиционирования и вентиляции (СКВ) отечественных
пассажирских вагонов и кабин управления подвижного состава.Эти системы являются
весьма
энергоемкими,
требуют значительных капитальных вложений и
эксплуатационных затрат на охлаждение воздуха летом и его нагрев в зимний и
переходный периоды.
Поэтому задача теплофизической и структурной оптимизации СКВ
представляется весьма актуальной. Возможности транспортных СКВ существенно
сужаются ограничениями по массе, габаритам и допустимой для использования
мощности.
На основе введенных физически обоснованных математических допущений
пассажирский вагон рассматривается как термодинамический объект с
сосредоточенными параметрами. Тепловой баланс такого объекта с пассажирами,
кондиционером и окружающей средой описывается системой интегральных
уравнений, не содержащих пространственных координат. Получены соотношения,
позволяющие оценить длительность переходных тепловых режимов на различных
этапах, уровень температуры в установившемся режиме, оптимальные соотношения
для расхода обработанного (приточного) и свежего (наружного) воздуха, а также
требования к холодопроизводительности кондиционера и требуемым энергетическим
затратам.
Созданная обобщенная теплофизическая макромодель теплового режима
пассажирского вагона позволила оценить роль нестационарных переходных
температурных состояний вагона, учитывая проявление тепловой инерции вагона,
сформулировать требования
к тепловой изоляции
корпуса, параметрам
кондиционера и системе отопления, а также к режиму СКВ на различных этапах
поездки.
Расчеты по созданной модели показали, что в условиях России комфортные
условия в купейном вагоне при эффективной его проводимости 1,0 Вт/(м2К)
обеспечивает кондиционер с холодопроизводительностью 15-20 кВт, при общем
расходе приточного воздуха около 2500 м3/час и наружного около 1000 м3/час. Для
зимних условий необходимо подавать в вагон 25-30 кВт тепла. В летний жаркий
период на начальном этапе при посадке пассажиров энергетически гораздо выгоднее
обеспечивать эффективный продув вагона воздухом с наружной температурой, а
кондиционер включать только с началом движения поезда при работающем
генераторе. Такой режим является более комфортным и для пассажиров, так как
исключает тепловой удар при резком погружении в среду с гораздо более низкой
температурой (на 10-15 град).
В переходный период весной и осенью, а в условиях юга России и Украины при
наружной температуре от минус 10 до плюс 16 0C целесообразно в кондиционере
использовать реверсивный режим «тепловой насос». Термодинамический анализ
режима показывает, что при этом экономится до 60% энергии на отопление. Такие
кондиционеры созданы под руководством автора и широко внедрены на подвижном
составе ОАО «Российские железные дороги».
Подробно рассмотрена структура моноблочного кондиционера для пассажирских
вагонов и вагонов-ресторанов. Использование вентиляторов с вентильным приводом
позволило исключить необходимость использования двух каналов преобразователя
напряжения, разместить в кондиционере одноканальный статический преобразователь
=110/220 3ф, уменьшить массу СКВ почти на 500 кг и энергопотребление в режиме
КВ на 3 кВт по сравнению с зарубежными и отечественными аналогами, повысить
надежность всей системы, в вагонах-ресторанах обеспечить раздельную обработку
воздуха для салона и кухни, создать системы с покупейным управлением росхода
воздуха и температурой.
Обобщенная теплофизическая модель вагона в целом, анализ алгоритма управления
СКВ и системы воздухораспределения позволили сделать ряд важных выводов о
возможности достаточно простого индивидуального управления температурой и
расходом воздуха в купе пассажирского вагона или каюте корабля, снижению общего
энергопотребления, оптимизации работы всей климатической установки .
Рассмотренные модели и результаты их анализа использованы при проектировании
и производстве
энергоэффективных систем кондиционирования и вентиляции
различных отраслях ( в пассажирском вагоностроении, при ремонте и производстве
локомотивов, вагонов метро, в аэродромной технике, судостроении и других).
УДК 621.008
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИН В ОБЛАСТИ
НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
Б.А.Иванов, д-р. техн. наук
МГТУ им. Н.Э.Баумана, Россия, г. Москва
Effectiveness of Heat-and-Power Engineering Machinery in the Field of Low Temperatures
Doctor of Science, Prof. B.A. Ivanov
Bauman MSTU, Moscow, Russia
Рассмотрено влияние температур источника и идеального цикла Карно
преобразования теплоты в работу в абсолютном бесконечном температурном поле.
Расчетным путем показана роль величины температуры окружающей среды при
работе энергетических установок, преобразующих теплоту в механическую или
электрическую энергию. При этом окружающая среда может являться как источником,
так и приемником тепла.
Отмечены две области практических сочетаний температур источника и
приемника тепла, где тепло окружающей среды может достаточно эффективно
использоваться для получения работы.
УДК 651.574.041
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЦИКЛЫ ПАРОКОМПРЕССИОННЫХ УСТАНОВОК
МГТУ им. Н. Э. Баумана
Жердев А.А., Колесников А.С., Нечаев А.Н.
Рассмотрен способ увеличения эффективности цикла парокомпрессионной
холодильной машины за счёт использования неравномерности температуры
окружающей среды.
Приведен сравнительный анализ влияния различных факторов на коэффициенты
преобразованияцикла теплового насоса и холодильной машины. Предложен способ
увеличения термодинамической эффективности парокомпрессионного цикла теплового
насоса при условии ограниченной теплоемкости источника низкопотенциального тепла.
Energy-Efficient Cycles of Vapor Compression Refrigeration Units
Doctor of Science, Prof. A.A. Zherdev, A.S. Kolesnikov, A.N. Nechaev
Bauman MSTU, Moscow, Russia
A method of increasing the efficiency of vapor compression refrigeration cycle using a
variable ambient temperature.
The analysis of the influence of various factors on the coefficient of performance of heat
pump and refrigeration unit cycles. A method for increasing the thermodynamic efficiency of
vapor compression cycle heat pump, in case of limited heat capacity of low-grade heat source, is
proposed.
Энергоэффективность названа президентом одним из приоритетов экономической
политики России. Учитывая, что потребление энергии холодильной техникой составляет,
по разным оценкам от 15 до 25% от общего, весьма актуально повышение эффективности
парокомпрессионных циклов.
Существует возможность уменьшения энергозатрат в системах на основе
парокомпрессионного холодильного цикла за счёт использования неравномерности
температуры окружающей среды с течением времени. Это решение может быть наиболее
актуально в системах холодоснабжения, работающих круглогодично в регионах с
заметным годовым перепадом средних температур (в том числе для России).
В применяемых системах компрессоры работают с постоянной степенью сжатия,
рассчитанной на поддержание давления конденсации хладагента при постоянной
расчётной температуре окружающего воздуха. За расчётную для региона (согласно СНиП
23-01-99 «Строительная климатология») принимается установленная температура,
превышение которой в году наблюдается лишь в течение регламентированного времени.
Реальная температура окружающей среды меняется в течение года, месяца и даже суток.
В современных системах с понижением температуры окружающей среды ниже расчётной
принимаются меры для поддержания установленного значения давления и температуры в
конденсаторе. Поддержание постоянного давления конденсации вызвано тем, что
производительность ТРВ зависит от перепада давлений на нём.
Если реализовать систему, в которой параметры конденсации всегда будут
соответствовать текущему состоянию окружающей среды, при условии обеспечения
работоспособности всех элементов холодильной системы, можно рассчитывать на
экономию энергии за счёт уменьшения работы сжатия при понижении температуры
окружающего воздуха.
В работах [1,2] описываются преимущества использования герметичных насосов
жидкого хладагента «в качестве второй ступени сжатия, создающей давление подачи,
необходимое для обеспечения достаточной пропускной способности ТРВ» на
холодильных установках судов рыболовного флота.
В США, начиная с 1960 года, по рассматриваемой теме были получены несколько
патентов, но данные о практическом применении не обнаружены вплоть до момента,
когда Р.Хайд получил поддержку государства со своими патентами 1992 и 1994 годов
[3,4].
Альтернативным решением может быть использование расширительного устройства
позволяющего обеспечить необходимый расход хладагента независимо от отношения
давлений конденсации и кипения [5].
Тепловые насосы и холодильные машины имеют много общего: работают по
идентичным циклам и собираются из одних и тех же комплектующих. Однако, у них
разная целевая функция: тепловой насос это нагреватель, и основной аппарат у него конденсатор (у холодильных машин - испаритель).
В работе [6] проведен сравнительный анализ парокомпрессионных циклов
холодильных машин и тепловых насосов. Температуры испарения и конденсации
различны, но подобраны таким образом, чтобы циклы имели одинаковые коэффициенты
преобразования энергии. Такой анализ позволил разграничить сходства и различия в
путях повышения энергоэффективности парокомпрессионных циклов в зависимости от
назначения агрегата. Например, теплота, вырабатываемая компрессором теплового
насоса, отдается конденсатором в систему отопления. Поэтому уменьшение
термодинамической эффективности компрессора теплового насоса в меньшей степени
снижает коэффициент преобразования энергии всего цикла, по сравнению с циклом
холодильной машины.
Основным недостатком воздушных тепловых насосов является то, что максимум
теплогенерации
должен
приходится
на
минимум
температуры
источника
низкопотенциального тепла (окружающей среды). В патенте [7] предлагается увеличивать
удельную энтальпию испарения с помощью промежуточного дросселирования, а
получающийся газ подавать в полость компрессора. При этом температура испарения
хладагента уменьшается.
Для геотермальных тепловых насосов, по аналогии с предложенным в патенте [7]
решением, предлагается использовать цикл с промежуточным дросселированием.
Температура испарения остается на прежнем уровне. После повторного дросселирования
хладагент на входе в испаритель имеет меньшее процентное содержание пара. Это
позволяет отбирать то же самое количество теплоты от теплового источника, но процесс
теплообмена идет более эффективно. Газ после первого терморегулирующего вентиля и
отделителя жидкости направляется на повторное дросселирование. Его температура будет
выше температуры насыщенного пара, выходящего из испарителя. После смешения этих
потоков перед всасыванием в компрессор хладагент получит дополнительное количество
теплоты, по сравнению с циклом без двойного дросселирования.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Плотников В.А. О проектировании энергосберегающих судовых холодильных
установок //Судостроение. 1992.№7,с.19-21
2. Плотников В.А. Модернизация судовой холодильной установки //Холодильная
техника. 1990. №4, с.28-30
3. US Patent №5150580, 1992.
4. US Patent №5291744, 1994.
5. Патент РФ № 95082, 2010.
6. Нечаев А. Н., Глухов С. Д., Жилин И. А., Жердев А. А. Сравнение циклов
холодильной машины и теплового насоса // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Сер. «Машиностроение». 2010
7. US Patent №5056329, 1991.
УДК 69.697
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ
к.т.н., доц. Фролов Ю. Д., Павлов А.Ю., к.т.н. Жаров А.А.
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Россия, г. Москва.
ТЕХНОЛОГИИ
POWER EFFECTIVE AND POWER SAVING UP TECHNOLOGIES IN BUILDING
Yu. D. Frolov, DPh, A.Yu. Pavlov, A.A. Zharov, DPh
Bauman MSTU, Moscow, Russia
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
В
Актуальность работы: Теперь уже весь мир осознает, что мы неудержимо
приближаемся к изменению климата. Такие климатические изменения периодически
случались в истории нашей планеты, однако, впервые это вызвано деятельностью
человека, и скорость текущих изменений беспрецедентна. СО2, выделяемый при сгорании
ископаемого топлива и кислорода, изменяет состав нашей атмосферы. Кроме всего
прочего, неконтролируемое использование ископаемой энергии ведет к драматическому
истощению мировых запасов ископаемых энергоносителей. Малейшая экономия энергии,
особенно в густозаселенных местах, ведет к снижению объема выброса загрязняющих
веществ и, следовательно, помогает защитить окружающую среду, а также снизить
затраты на всё дорожающие энергоресурсы.
Единственная область, где можно резко снизить объемы потребляемого топлива и, как
следствие, расход энергии и объемы выбросов – это существующие и новые здания, для
этого необходимо улучшить теплоизоляцию и установить более эффективные
отопительные системы. Для снижения выбросов СО2 и экономии энергии в будущем нам
придется обходиться намного меньшим количеством энергии для отопления, чем мы
использовали до сих пор. В то время, как существующие не усовершенствованные здания
старой постройки расходуют на отопление от 300 до 400 кВт•ч/м2, энергии, потребность в
отопительной энергии для зданий будущего поколения составит от 20 до 40 кВт•ч/м 2. Так
что основная характеристика архитектуры зданий будущего – это ультранизкое и даже
нулевое потребление энергии. Но эта задача не одного десятилетия, предстоит долгий
путь перехода от существующих зданий к зданиям с нулевым потреблением энергии.
Целью работы является Поиск технических решений для снижения
энергопотребления зданий и сооружений различного назначения.
В соответствии с поставленной целью в работе рассмотрены и решены следующие
задачи:
1. Поиск энергоэффективных и энергосберегающих технологий для жилых и
административных зданий.
2. Выбор наиболее подходящих для России инноваций в сфере жилищнокоммунального хозяйства.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1.
Ознакомление с энергоэффективными и энергосберегающими технологиями
в строительстве.
2.
Выявление наиболее перспективных инноваций в сфере энергосбережения
для России.
Литература
1. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. – М.:
АВОК-ПРЕСС, 2003.
2. Рысин С. А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов.
Справочник. – М.: Машгиз, 1961.
3. Грицевич И. Протокол конференции по глобальному климату в Киото: новые
правила игры на следующее десятилетие // Экономическая эффективность.
Ежеквартальный бюллетень Центра по эффективному использованию энергии
(ЦЭНЭФ). М., 1998. № 18 (январь-март).
4. Дорошенко А. В., Омельченко Ю. М. Комплексные системы отопления и горячего
водоснабжения // Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. 1998. №
1; Альтернативная энергетика: опыт использования и реальные перспективы //
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. 1999. № 2.
Power efficiency is one of the most important problems in 21st century. In the report
achievements and experience of use of power effective and power saving up technologies are
described.
УДК 621.433
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ХОЛОДИЛЬНОМ И
КЛИМАТИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ ФИРМЫ «ХИМХОЛОДСЕРВИС» ДЛЯ
СПОРТИВНЫХ И ГРАЖДАНСКИХ ОБЪЕКТОВ
Колосов Михаил Анатольевич
МГТУ им. Н.Э.Баумана, РФ, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5;
ООО «НПФ «ХИМХОЛОДСЕРВИС», РФ, г. Москва, ул. Костякова, д. 12;
моб. тел. 8 916 481 60 87;
e-mail: www.kolosov.power.bmstu.ru
В докладе описан опыт фирмы «ХИМХОЛОДСЕРВИС» по повышению энергоэффективности и надёжности установок искусственного охлаждения спортивных и
гражданских объектов. Это как традиционные технологии: использование «фрикулинга»,
тепловых насосов, использование теплоты форконденсации, экономайзерного цикла,
применение надёжного и эффективного оборудования большой единичной мощности,
автоматизации оборудования и т.п.; так и инновационные решения. Среди последних в
докладе подробно описан опыт реализации:
 холодильной установки для ледовой арены с полной утилизацией теплоты
конденсации;
 проект тригенерации для ресурсообеспечения общественно-культурного центра в с.
Эсто-Садок (Красная поляна, г. Сочи);
 проект системы кондиционирования санатория общей площадью ≈ 170 тыс. м², (г.
Сочи) с системой аккумуляция холода по технологии «ice-slurry».
Kolosov Mikchail A.
Energy-saving technologies in refrigerating and climatic equipmenet engineered by
“KHIMKHOLODSERVICE” for sports and civil facilities
The report describes the experience of “KHIMKHOLODSERVICE” in increasing of efficiency
power and safety of refrigeration systems for sports and civil facilities. It includes conventional
technologies: utilization of free cooling, thermal pumps, making use of precondensation heat,
usage of economizer and safe and effective high unit capacity equipment, factory automation
and so on; as well as innovation solutions. The report represents in details the experience in
realization as follows:

refrigerating systems for ice arena with complete condensation heat recovery;

trigeneration model for supply of cultural and public centre in village Esto-Sadok
(Krasnaya Poljana, Sochi);
model of air comfort system for luxury suite in a health resort in Sochi with area
approximately 170 thousands sq. metres with an “ice-slurry” cold accumulation syste
УДК 004.942
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ НАМОРАЖИВАНИЯ ЛЬДА В ЛЬДОГЕНЕРАТОРАХ
С ПОМОЩЬЮ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ.
к.т.н. Е.С. Навасардян, П.М. Елманов, Ф.М.Вольных, А.А. Костенко
Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, кафедра «Холодильная, криогенная техника,
истемы кондиционирования и жизнеобеспечения»
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5
8-910-480-16-92
vojdina@gmail.com
В данном докладе рассматривается скорости намораживания слоя льда в
льдогенераторах, применяемых в молочной промышленности. За основу был взят агрегат
с фреоновым контуром.
Производится сравнение различных методик расчета скорости намораживания и
толщины льда.
Компьютерное моделирование проводилось в гидродинамическом модуле CFX
среды Ansys. В качестве модели для упрощения расчётов ввиду недостаточных
вычислительных мощностей была принята квазилинейная задача намерзания слоя льда
внутри области в виде параллелограмма размерами 1х1х500. На границах области были
заданы условия периодичности. Для расчёта 2х фазной области использована гомогенная
смесь двух жидкостей: воды и жидкости с набором характеристик льда и вязкостью на
порядки превышающей вязкость жидкой воды. Было проведено моделирование процесса
по времени. В результате были получены графики теплового потока через стенку и
толщины льда, которые позволяют оценить интенсивность теплообмена и скорость
нарастания ледяной корки. На графиках были выделены зоны уменьшения скорости
нарастания льда, что позволило выявить оптимальные параметры срезания льда.
В качестве качественного расчета была взята за основу теория расчета
Л.С.Лейбензона о скорости перемещения границы раздела фаз в цилиндрической
оболочке. Были применены методы интегралов теплового баланса и квазистационарных
состояний. Так как талая зона представляет собой движущуюся поверхность, то в данном
методе реализуются граничные условия третьего рода. Скорость перемещения границы
фаз определяется методом графического дифференцирования зависимости толщины
намерзаемого слоя льда от времени.
Были построены графики зависимости толщины льда и теплового потока от
времени и были сопоставлены результаты, полученные разными методами.
Данное исследование проводилось с целью оптимизации величины срезаемого
ротором слоя льда и времени наморозки. Проблема была также выбрана в связи с
недостаточной исследованностью процессов намерзания льда в целом. Выявление
необходимых зависимостей позволит более эффективно рассчитывать льдогенераторы и
льдоаккумуляторы.
EVALUATION OF ICE GROWING SPEED IN ICE GENERATORS USING
CONTEMPORARY METHODS OF COMPUTER SIMULATION
This article is considering the speed of ice growing. This speed is investigated using two
different methods. Computer modeling was carried out in ANSYS CFX. Quasi-linear model was
taken to make calculations less exacting for computer resources. Simulation was made during the
first fifteen seconds of the process. Graphs showing dependencies of ice thickness and heat flow
rate on time and were obtained. Zone of decrease of freezing speed was found. Method of
L.S.Leybenson was used to compare the results. Equations were used to obtain graphs.
The results of this investigation allow more effective calculation of ice generating
machines.
ВОДОИСПАРИТЕЛЬНОЕ
ОХЛАЖДЕНИЕ
ВОЗДУХА.
ОСНОВЫ. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ.
Гаранов С. А., к.т.н. Жаров А.А., Пронский Д.Ю., Соколик А.Н.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
Аннотация: В докладе рассматриваются различные способы организации
водоиспарительного охлаждения воздуха, такие как: прямое испарительное охлаждение
воздуха, косвенно-испарительное охлаждение воздуха, комбинированные способы
охлаждения воздуха. В докладе содержится сравнительный анализ указанных способов,
границы применимости каждого из способов, затронут технико-экономический анализ
некоторых способов.
Тезисы: Водоиспарительное охлаждение воздуха, основные понятия.
Прямое
испарительное охлаждение воздуха. Косвенно-испарительное охлаждение воздуха.
Организация установки кондиционирования воздуха с использованием прямого
испарительного охлаждения воздуха. Установка кондиционирования воздуха с
теплообменником-рекуператором
косвенно-испарительного
охлаждения
воздуха.
Установка кондиционирования воздуха с двухступенчатым испарительным охлаждением
воздуха. Комбинированная установка кондиционирования воздуха с предварительным
охлаждением воздуха в косвенно-испарительной ступени и поверхностном хладоновом
воздухоохладителе в качестве второй ступени. Комбинированная установка
кондиционирования воздуха с воздушной холодильной машиной и косвенноиспарительным блоком охлаждения воздуха. Сравнительный анализ предлагаемых
установок, определение границ применимости каждой из
установок. Техникоэкономический анализ комбинированных установок кондиционирования воздуха.
Выводы.
S.A. Garanov, A.A. Zharov, DPh, D.Yu. Pronskiy, A.N. Sokolik
WATER EVAPORATIVE COOLING OF AIR. THEORY. PRACTICAL REALIZATION
Annotation: The report deal with various methods of water evaporative cooling, such as: direct
evaporative air cooling, indirect evaporative air cooling, and combined methods of air cooling.
The report include comparative analysis of mentioned methods, usage range of each method,
value engineering of some methods.
Theses: Water evaporative cooling of air, basic concept. Direct evaporative air cooling. Indirect
evaporative air cooling. Air handling unit (AHU) based on direct evaporative air cooling. AHU
with recuperator based on indirect evaporative air cooling. AHU based on two stage water
evaporative air cooling. AHU used both evaporative air cooling and refrigeration unit. AHU used
both evaporative air cooling and air refrigerating machine. Comparative analysis and usage range
of offered AHU. Value engineering of combined AHU. Summary.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА СВЕРХПРОВОДЯЩИХ
СВОЙСТВ ВТСП МЕТОДАМИ ТЕОРИИ ПРОТЕКАНИЯ
Донцова Екатерина Сергеевна, Навасардян Екатерина Сергеевна
Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, кафедра «Холодильная, криогенная техника,
системы кондиционирования и жизнеобеспечения»
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5
8-916-203-51-12
katyon@mail.ru
Компьютерное моделирование качества сверхпроводящих свойств ВТСП
производится с целью получения данных о допустимых параметрах распределения
кристаллических дефектов, при которых гарантируется критический ток. Полученные
данные можно использовать для управления процессом получения сверхпроводника с
гарантированным качеством его сверхпроводящих свойств.
Как известно, применение ВТСП в массовом масштабе ограничивается длиной
проводов, выполненных из сверхпроводящей керамики. Длина сверхпроводника
определяется длиной так называемого «сверхпроводящего кластера», то есть
существованием идеально структурированного пути от начала провода до его конца.
Естественно, что под идеальной структурой понимается часть материала ВТСП без
микрокристаллических дефектов.
Основными видами дефектов являются дислокации и межгранульные плоскости.
Из-за специфики технологического процесса получения ВТСП эти кристаллические
дефекты имеют ярко выраженную тенденцию к определенной пространственной
ориентации. Они располагаются в основном в продольном и поперечном направлении
сверхпроводника.
Известно, что задачу о существовании некоторого «идеального кластера» в среде
с дефектами математики относят к теории протекания. Поэтому при моделировании
используются известные методы и алгоритмы этой теории. Специфика моделирования
присутствует в методах генерации распределения дефектов, отображающая их
особенности в реальных кристаллах ВТСП.
Для моделирования существования идеального кластера используется плоская 2Dмодель. Модель представляет собой плоскую сетку, в которой существуют связи элемента
c его соседями подобно межатомным связям в кристалле. Дефект моделируется разрывом
связи. Имеется возможность задавать различное количество дефектов, их длину и
ориентацию на плоскости. После каждой генерации распределения дефектов
производится поиск идеального сверхпроводящего кластера. Результаты поиска и
параметры сгенерированного распределения дефектов документируются.
Таким образом, получается статистическая выборка результатов моделирования. По
этой выборке можно определить допустимые показатели распределения
кристаллических дефектов, при которых гарантируется обязательное существование
сверхпроводящего кластера в ВТСП.
Количественные показатели распределения присутствующих дефектов могут
приниматься как для проектирования и управления технологическим процессом
изготовления сверхпроводящей керамики, так и в экономических расчетах.
COMPUTER SIMULATION OF SUPERCONDUCTING PROPERTIES QUALITY OF
HTSC BY THE THEORY OF FLOWING
A computer modeling of the superconducting properties quality of HTSC made to obtain data
about the allowable parameters of the crystal defects disposition, which guarantee the critical
current. The obtained data can be used to manage the process of obtaining a superconductor with
a guaranteed quality of its superconducting properties.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА
НИЗКОКИПЯЩЕМ РАБОЧЕМ ТЕЛЕ В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРАТИВНЫХ
ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
Черненко Д.В., Делков А.В., Ходенков А.А.
Россия, Красноярск, Сибирский государственный аэрокосмический университет
имени академика М. Ф. Решетнева
delkov-mx01@mail.ru
Оценены перспективы использования паротурбинных установок на низкокипящем
рабочем теле в качестве потребителей возобновляемых и низкопотенциальных
источников энергии. Разработана принципиальная схема установки.
Энергозависимось человечества с развитием технологий возрастает. В связи с этим
набирает все большую актуальность проблема внедрения альтернативной энергетики или
более эффективного использования существующей.
Техническая сторона вопроса обуславливает использование возобновляемых
источников (энергии солнца, термальных вод и т.п.) или утилизацию выбросов ТЭС. В
этом случае возникает проблема низкопотенциальности используемого тепла: на выходе
паровой турбины температура отработавшего пара колеблется в районе 100 °С,
эффективный тепловой поток солнечной энергии меньше. В таких условиях актуальность
приобретают тепловые двигатели на низкокипящем рабочем теле (НРТ). Затраты на
парообразование таких рабочих тел значительно меньше, чем, например, для воды. В
качестве теплового двигателя ввиду низких уровней энергии тела целесообразно
использовать паровую турбину.
В связи с изложенным выше возрастает потребность анализа, расчета и
проектирования подобных установок. В ходе исследований авторы предприняли попытку
решить эту задачу.
С учетом аналогии работы установки по принципу паротурбинной установки (ПТУ) на
водяном паре, для ее работы был взят цикл Ренкина. Термодинамический анализ цикла
показал КПД порядка 16 %.
На основе цикла была спроектирована установка ПТУ на низкокипящем рабочем теле
(НРТ) – фреоне R22 (рис.1).
Принцип работы установки следующий. Хладагент получает тепло от источника
(горячая вода) в испарителе (И), за счет чего он испаряется и нагревается. После этого
хладагент поступает на экспериментальный участок, где расширяется с отводом энергии в
турбине (Т). Давление и температура хладагента при этом снижаются. Далее хладагент
поступает в конденсатор (К), где конденсируется за счет взаимодействия с источником
холода (холодная вода). Жидкий хладагент сливается в ресивер, откуда отбирается
циркуляционным насосом Н и подается в конденсатор.
Рис. 1. Принципиальная схема установки.
Основной элемент конструкции – паровая турбина. Для проведения исследований
авторами был сконструирован турбопривод, использующий в работе несколько типов
рабочих колес (в т.ч. центробежное и центростремительное).
Для испытания ПТУ на НРТ был разработан экспериментальный стенд с системой
измерения. Целью эксперимента является исследование работы паротурбинной установки
на фреоне R22 и получение характеристик турбины. В ходе эксперимента с узловых точек
установки снимаются данные температуры, давления, расхода и др., на основании чего по
разработанному алгоритму обработки данных рассчитываются энергетические и
кинематические параметры рабочего процесса.
В настоящее время ведется изготовление, монтаж и комплектация испытательного
стенда.
Результаты теоретических исследований показали актуальность разработки
эффективных ПТУ НРТ. Проведенный термодинамический анализ выявил КПД установки
в районе 16%, что является высоким показателем для подобного рода установок. Созданы
расчетно-конструкторские методики и алгоритмы анализа эффективности подобных
установок.
Разработка подобных установок – актуальное и перспективное направление
альтернативной энергетики.
Chernenko D.V., Delkov A.V., Hodenkov A.A.
THE PROSPECTS OF THE USE OF STEAM TURBINES AT LOW-BOILING
WORKING BODY AS ALTERNATIVE SOURCES OF ENERGY
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia,
Krasnoyarsk
delkov-mx01@mail.ru
The prospects of the use of steam turbines at low-boiling working body as consumers
renewable and low-grade sources of energy are estimated. The installation scheme is developed.
К РАСЧЕТУ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ МАЛОГО КОСМИЧЕСКОГО
АППАРАТА НЕГЕРМЕТИЧНОГО ИСПОЛНЕНИЯ
Зуев А.А., Танасиенко Ф.В.
Россия, Красноярск, Сибирский государственный аэрокосмический университет имени
академика М.Ф. Решетнева
xkt@inbox.ru
Статья посвящена рассмотрению роли систем терморегулирования в современных
космических аппаратах негерметичного исполнения, а также вопросам оптимизации
данных систем.
На сегодняшний день на российском и мировых рынках растёт спрос на малые КА
(весом до 100 кг). Это связано с тем, что спутники подобного класса используются для
решения многих задач: обеспечение связи, отработки новых технологий, дистанционного
зондирования Земли и др. Данная статья посвящена эскизному проектированию системы
терморегулирования (СТР) для нового студенческого малого космического аппарата
(СМКА), решающего задачи дистанционного зондирования территории Красноярского
края. С технологической точки зрения это спутник так называемого негерметичного
исполнения, т. е. все спутниковые приборы способны работать в открытом космосе. Это
повышает удельные характеристики полезной нагрузки по отношению к общему весу.
Основой негерметичного исполнения спутника служит пространственная рама или
ферма, часто из композиционных материалов. Она закрывается «сотопанелями» –
трёхслойными плоскими конструкциями из двух слоёв углепластика и алюминиевого
сотового заполнителя. Такие панели при небольшой массе обладают очень высокой
жесткостью.
СТР является одной из ключевых систем КА, она во многом определяет внешний
облик спутника, так как именно от способа отвода тепла идет его компоновка. Она
является той основой, от которой отталкивается проектант.
Тепловой режим КА в значительной мере определяется внешними тепловыми
потоками. Со стороны окружающего космического пространства, на КА действуют
лучистые потоки, которые включают в себя прямое и отраженное от Земли излучение
Солнца, а также собственную тепловую радиацию планеты (есть и другие внешние
факторы, но их вклад в общий тепловой баланс пренебрежимо мал). Для расчета выше
перечисленных тепловых потоков был использован конечно-элементный программный
комплекс Thermica. На рисунке 1 представлены диаграммы распределения суммарного
внешнего теплового потока для случаев его максимальной и минимальной интенсивности.
Для моделирования теплового режима СМКА был применён метод конечных
разностей, в котором конструкция разбивается на ряд изометрических расчётных узлов.
Для каждого узла были рассчитаны тепловые связи (кондуктивные и радиационные).
Расчёт необходимой площади радиационных поверхностей и мощности
электрообогрева был произведён исходя из «горячего» и «холодного» случаев.
“Горячий” случай характеризуется следующими основными параметрами:
 солнечная постоянная
 тепловыделение бортовой аппаратуры максимально
 значения оптических коэффициентов на конец САС
 теневой участок орбиты отсутствует
Суммарный внешний тепловой поток, Вт
Рисунок 1. Диаграмма суммарного внешнего теплового потока
“Холодный”
случай
характеризуется
следующими
основными
параметрами:

минимальное тепловыделение бортовой аппаратуры

значения оптических коэффициентов в начале САС

электрообогреватель отключён

продолжительность тени Земли максимальная
При суммарном тепловыделении на борту СМКА в 38,5 Вт площадь радиатора
составляет ≈ 0,1 м². Исходя из полученных данных проектная мощность электрообогревателя,
предусмотренного с целью избегания переохлаждения аппаратуры в холодном случае
составляет 5 Вт (электрообогреватель работает не более 10 минут за виток).
Zuev A.A., Tanasienko F.V.
THERMAL CONTROL SYSTEMS OF UNTIGHT PERFORMANCE SPACECRAFT
Russia, Krasnoyarsk, Siberian State Aerospace University named after academician M.F.
Reshetnev
xkt@inbox.ru
The article is related to role thermal control systems in the modern untight performance
spacecraft and optimization problem in it.