Реєстраційний номер
0425U000273, Кандидатська дисертація
На здобуття
Кандидат технічних наук
Дата захисту
08-09-2025
Статус
Підтверджена МОН
Назва роботи
Експериментальне та теоретичне дослідження процесів тепломасообміну в елементах перспективних аміачних енерготехнологічних установок
Здобувач
Лукашов Іван Миколайович,
Керівник Горбенко Геннадій Олександрович
Опонент Арсеньєва Ольга Петрівна
Опонент Ганжа Антон Миколайович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
Опис
Дисертацію присвячено дослідженню однофазної та двофазної течії аміаку в гладких каналах контурів перспективних аміачних енерготехнологічних установок. Зокрема, аналізуються адіабатичні режими течії в гладкій трубі за різної орієнтації в просторі, коефіцієнти тепловіддачі при кипінні та конденсації, а також незворотні однофазні та двофазні втрати тиску при різькому розширенні та звуженні.
Об'єктом дослідження – процеси тепломасообміну в каналах з однофазним та двофазним потоком у різних системах перспективних аміачних енергетичних установок та систем терморегулювання. Предмет дослідження – закономірності, що характеризують процеси тепломасообміну в каналах з однофазним та двофазним потоком у різних системах перспективних аміачних енерготехнологіних установок та систем терморегулювання. Вибрані об'єкт і предмет дослідження мають тісний зв'язок з пріоритетними науковими напрямами як МОН України, так і світової тенденції з декарбонізації світової економіки.
Мета роботи – встановлення та уточненні механізмів та явищ, що супроводжують процеси тепломасообміну в каналах з однофазним та двофазним потоками у перспективних аміачних енерготехнологічних установок та систем терморегулювання, на основі експериментального дослідження.
Для досягнення зазначеної мети в дисертаційній роботі вирішувався комплекс завдань теоретичного й експериментального характеру, що розкрито у відповідних розділах.
На основі аналізу сучасного стану питань, які розглянуто в першому розділі роботи, визначено область раціонального застосування аміаку як робочого тіла в сучасних енерготехнологічних установках та системах забезпечення теплового режиму, проаналізовано основні режимні параметри.
В роботі досліджено режими адіабатичної течії аміаку в трубі при різній орієнтації. Візуальні спостереження режимів течії в кварцовій трубці з внутрішнім діаметром 7,5 мм у широкому діапазоні тиску, масових швидкостей та масового паровмісту дали змогу узагальнити режими адіабатичної двофазної течії в трубі у вигляді спрощеної моделі в координатах умовного імпульсу фаз, яка використовується в подальшому аналізі механізмів конденсації, кипіння та втрат механічної енергії в трубах.
Проведено експериментальне та теоретичне дослідження конденсації аміаку в гладких трубах при різній орієнтації у просторі для середніх та високих тисків.. У результаті аналізу даних експериментів було отримано оцінки коефіцієнта тепловіддачі для горизонтального, висхідного та низхідного потоків при різній масовій швидкості та масовому паровмісті для труб із внутрішніми діаметрами 8 мм і 11 мм. Дані для горизонтального потоку були узагальнені у вигляді нової простої кореляцію, котра показує хорошу якісну та кількісну адекватність отриманих оцінок коефіцієнтів тепловіддачі для труб різного діаметра при масової швидкості до 120 кг•м-2•с-1. В ній практично відсутня роль масової швидкості (за винятком її ролі в оцінюванні об'ємного паровмісту), а також роль теплового потоку. Показано, що для високих масових швидкостей існуючі моделі, які описують конвективний механізм конденсації, добре узгоджуються з отриманими оцінками коефіцієнта тепловіддачі для аміаку.
В дисертаційній роботі проведено аналіз вимушеного кипіння аміаку в гладкій трубі діаметром 11 мм при різній орієнтації в просторі. Було отримано оцінки середніх коефіцієнтів тепловіддачі для горизонтального потоку, для яких було запропоновано нову кореляцію, де коефіцієнт придушення бульбашкового механізму (0,8 у моделі Войтана) замінено на відношення відповідних оцінок бульбашкової та конвективної складових. При дослідженні було виявлено, що у широкому діапазоні режимних параметрів при масовому паровмісті близько 0,7 спостерігається різке погіршення тепловіддачі, що пов'язано з висиханням плівки рідини. Також показано, що коефіцієнт тепловіддачі при вимушеному кипінні у висхідному потоці значно більший порівняно з горизонтальним і добре описуються простими моделями для бульбашкового механізму кипіння.
Також показано, що коефіцієнт тепловіддачі при вимушеному кипінні у висхідному потоці значно перевішує горизонтальний і добре описується простими моделями для бульбашкового механізму кипіння. Це обумовлено більш надійним і рівномірним змочуванням стіни, що обігрівається, по всьому периметру.
В роботі вирішувалась проблема оцінювання однофазних та двофазних місцевих втрат тиску в елементах контуру з різкою зміною площі прохідного перерізу. Було випробувано шість сегментів з різними геометричними факторами звуження і розширення та отримано оцінки параметрів двофазності в моделях місцевих втрат. Показано, що гомогенна модель добре працює при високих масових швидкостях (понад 400 кг•м-2•с-1). Гетерогенна модель з емпіричним коефіцієнтом B = 0,5, запропонованим Чізхольмом для розширення, краще відповідає даним при малих масових швидкостях. Також показано, що для всього обсягу отриманої експериментальної інформації гомогенна модель може бути використана для аміачних додатків з очікуваною точністю ± 20 %.
Дата реєстрації
2025-09-01
Додано/оновлено в НРАТ
2025-09-01 / 2026-07-01
