Підвищення ефективності тепло- і холодоспоживання на суднах

10. Наукове значення роботи полягає у створенні теоретичної бази проектування високоефективних контурів тепло- і холодоспоживання. Виходячи з встановлених закономірностей впливу процесів тепломасопереносу на завершальній стадії фазового переходу тепло- або холодоносія та нерівномірності повітряних потоків на теплову ефективність ТО, розроблені методологічний підхід та методи вирішення проблеми як задачі управління двофазовими потоками, які були покладені в основу концепції раціонального тепло- та холодоспоживання на суднах.

11. Результати роботи служать основою для подальшого розвитку наукових досліджень у напрямку створення локальних циркуляційних контурів теплоспоживання - напіввідкритих систем паропостачання, які забезпечують скорочення втрат теплоти у зворотніх конденсатопроводах та зниження теплового навантаження на парові котли.

кондиціонування нагрівач охолоджувач повітряний

Основні результати дисертації, що опубликовані в наукових спеціалізованих виданнях

Радченко Н.И. Методология разработки концепции эффективного паропотребления на судах рыбопромыслового флота // Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ. - 1999. - № 4 (364). - С. 54 - 62.

Радченко Н.И. Тенденции функционального совершенствования и идентификация систем тепло- и хладопотребления // Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ. - 1999. - № 5 (365). - С. 87 - 96.

Radchenko N.I. On reducing the size of liquid separators for injector circulation plate freezers // International Journal of Refrigeration. - 1985. - Vol. 8. - № 5. - P. 267 - 269.

Радченко Н.И. Аналитическое исследование теплообменных аппаратов с фазовым переходом // Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ.- 2000.- № 2 (368).-С. 39 - 48.

Радченко Н.И. Анализ тепловой эффективности воздухоохладителей судовых кондиционеров // Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ.- 2000.- № 3 (369).-С. 52 - 59.

Радченко Н.И. Использование сбросного тепла химических производств эжекторными теплонасосными установками // Промышленная энергетика. - 1997.- № 1. - С.2 - 6.

Радченко Н.И. Использование тепла охлаждающей судовые ДВС воды для производства пара теплонасосными установками // Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ. - 1999. - № 6 (366). - С.144 - 149.

Радченко Н.И. Повышение тепловой эффективности воздухоохладителей непосредственного испарения // Теплоэнергетика и хладотехника: Сб. науч. трудов НКИ. - Николаев: НКИ. 1992. С. 7682.

Радченко Н.И. Повышение эффективности паропотребления на рыбоперерабатывающих судах // Судовые энергетические установки. - Одесса: ОГМА. - 1999. - Вып. 4. - С.101 - 106.

Радченко Н.И. Повышение эффективности работы плиточных морозильных аппаратов с инжекторной циркуляцией // Холодильная техника и технология. - 2000. - Вып. 64. - С.70-76.

Радченко Н.И. Полуоткрытые системы пароснабжения промышленных предприятий // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2000. - № 2.- С. 28 - 30.

Радченко Н.И. Расчет характеристик дисперсно-кольцевых кипящих потоков // Труды Одесского политехнического университета. - Одесса: ОГПУ. - 2000. - Вып. 1(10).- С. 81 - 84.

Радченко Н.И. Феноменологическая модель кризиса теплообмена второго рода // Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ. - 2000. - № 1 (367). - С. 36 - 45

Захаров Ю.В., Радченко Н.И. Некоторые тенденции совершенствования автономных систем непосредственного охлаждения // Холодильная техника и технология. - 2000. - Вып.65. - С.36 - 41.

Радченко Н.И., Бойчук В.В. Использование низкопотенциального бросового тепла промышленных предприятий для производства пара // Судовое энергетическое машиностроение: Сб. науч. трудов. - Николаев: НКИ. - 1992. - С. 59 - 67.

Радченко Н.И., Скородумов А.П. Исследование влияния неравномерности воздушных потоков на тепловую эффективность паровых нагревателей судовых систем кондиционирования // Холодильная техника и технология. - 2000. - Вып. 66. - С. 66 - 70.

Захаров Ю.В., Радченко Н.И. Уменьшение металлоемкости кожухотрубных испарителей за счет рециркуляции жидкого хладагента // Холодильная техника и технология. - Киев: Техніка. - 1983. - Вып. 37. - С. 16 - 18.

Захаров Ю.В., Белоусов В.П., Радченко Н.И. Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин путем рециркуляции жидкости и пара // Судостроение. - Киев-Одесса: Вища школа. - 1983. - Вып. 32. - С. 72 -76.

Экспериментальное исследование теплообмена при кипении R22 внутри труб воздухоохладителей транспортных кондиционеров / Д.А. Кузнецов, Н.И. Радченко, В.А. Редькин, В.В. Ковылин // Вопросы радиоэлектроники: Серия "Тепловые режимы, термостатирование и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры". - Одесса: НИИ Шторм. - 1983. - Вып. 2 (46). - С. 100 - 106.

Конструктивное и теплоаэродинамическое совершенствование статоров асинхронных бескорпусных двигателей /А.А. Ставинский, Н.И. Радченко, А.Н. Радченко // Электромашиностроение и электрооборудование. - 2000. - Вып. 54. - С. 49 - 53.

К расчету теплоотдачи при развитом кипении R22 в гладких трубах /В.П. Белоусов, Д.А. Кузнецов, Н.И. Радченко // Теплоэнергетика и хладотехника: Сб. науч. трудов НКИ. - Николаев: НКИ. - 1983. - С. 43 - 47.

Радченко Н.И. Исследование влияния неравномерности воздушных потоков на тепловую эффективность фреоновых воздухоохладителей // Вестник Международной академии холода.- С.-Петербург. Москва.- 2000. - Вып. 2. - С.28-30.

А.с. СССР № 1016637, МКИ F 25 B 1/06. Компрессионная холодильная машина / Ю.В. Захаров, Н.И. Радченко, А.А. Лехмус, С.А. Гапонов, И.В. Дивак // Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 1983. - № 17.

А.с. СССР № 1032227, МКИ F 04 F 5/42. Вихревой инжектор / Н.И. Радченко, Д.А. Кузнецов, Б.Ш. Хайтин // Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 1983. - № 28.

А.с. СССР № 1404762, МКИ F 25 B 1/06. Способ работы холодильной установки плиточных морозильных аппаратов/ Ю.В. Захаров, Н.И. Радченко, Б.Ш. Хайтин, М.Ш. Пилиповский // Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 1988. - № 23.

Основні публікації, в яких додатково викладено зміст дисертації:

Захаров Ю.В., Радченко Н.И. Некоторые способы работы испарителей холодильных машин с рециркуляцией хладона // Судостроение. - Киев-Одесса: Вища школа. - 1983. - Вып. 32. - С. 65 -72.

Захаров Ю.В., Радченко Н.И. Расчет кожухотрубных испарителей с внутритрубным кипением // Холодильная техника и технология. - Киев: Техніка. - 1983. - Вып. 37.- С.11 - 16.

А.с. СССР № 1011958, МКИ F 25 B 1/06. Холодильная установка / Ю.В. Захаров, Н.И. Радченко, А.А. Лехмус // Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 1983. - № 14.

Радченко Н.И., Кузнецов Д.А. О рециркуляции в испарителях кондиционирующих устройств жидкости и пара за счет энергии расширения жидкости в струйных аппаратах // Вопросы радиоэлектроники: Серия "Тепловые режимы, термостатирование и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры". - Одесса: НИИ Шторм. - 1984. - Вып. 1. - С. 123 (депонирована).

Вихревой инжектор / Н.И. Радченко, Д.А. Кузнецов, Б.Ш. Хайтин // Информационный листок. - Одесса: ОЦНТИ. - 1984.

Компрессорная холодильная машина / Ю.В. Захаров, Н.И. Радченко, А.А. Лехмус, С.А. Гапонов //Информационный листок.-Одесса:ОЦНТИ.- 1984.

Радченко Н.И. Холодильная установка // Информационный листок. - Одесса: ОЦНТИ. - 1984.

Radchenko N.I. Ejektorkreislaufanlage. - Kiev. - 1988. - 5 s.

Radchenko N.I. The production of steam by vacuum-ejector heat pumps // Proc. International Conference on Heat Exchangers for Sustainable Development. - Lisbon, Portugal. - 1998. - Р.551 - 554.

Radchenko N.I. Bestrжbelser for at reducere dimensionerne af vжske udskillere ved pladefrysere med injektor-circulation // XII Nordiska Kylmotet. Foredrag i session I. - Stockholm.- 1985. - Tom 4.

Захаров Ю.В., Радченко Н.И. Оптимальное проектирование теплообменников холодильных машин на основе моделирования двухфазных потоков // Моделирование тепло- и массообменных процессов химических и биохимических реакторов: Доклад на VI Международной летней школе. - София, Болгария. - 1989.

Радченко М.І. Напіввідкрита система паропостачання // Проблеми суднобудування: Тезиси Міжнародного науково-практичного симпозіуму. - Миколаїв: АНСУ, УДМТУ. - 1997. - С. 304 - 305.

Радченко Н.И. Модель двухфазных внутриканальных потоков на основе фронта турбулентности // Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении: Тезисы докладов 2-й международной науч.-техн. конф. - Николаев: УГМТУ. - 1998.- С. 25 - 26.

Радченко Н.И. Схемные решения эжекторных теплонасосных установок // Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении: Тезисы докладов I-й международной науч.-техн. конф. - Николаев: УГМТУ. - 1996. - С. 183.

Математическая модель распределения хладагента в многоходовом воздухоохладителе / Н.И. Радченко, Д.А. Кузнецов, В.А. Редькин, Г.Г. Циммерман // Современное состояние и перспективы развития кондиционирования воздуха на судах: Тезисы докладов Всесоюзной науч.-техн. конф. - Николаев. - 1984. - С. 95 - 97.

Повышение эффективности работы испарителей внутритрубного кипения с помощью инжектора / Ю.В. Захаров, Н.И. Радченко, Д.А. Кузнецов, Б.Ш. Хайтин, Е.Г. Крайнев // Современное состояние и перспективы развития кондиционирования воздуха на судах: Тезисы докладов Всесоюзной науч.-техн. конф. - Николаев. - 1984. - С. 73 - 75.

Радченко М.І. Концептуальні основи ефективного тепло- та холодовикористання // Проблеми суднобудування: Тезиси Міжнародного науково-практичного симпозіуму. - Миколаїв: АНСУ, УДМТУ. - 1997. - С. 302 - 303.

Радченко Н.И. Тепло- и хладоснабжение струйными энерготрансформаторами // Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении: Тезисы докладов I-й международной науч.- техн. конф. - Николаев: УГМТУ. - 1996. - С. 181 - 182.

Радченко Н.И. Физическая модель кризиса теплоотдачи второго рода // Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении: Тезисы докладов 2-й международной науч.-техн. конф. - Николаев: УГМТУ. - 1998.- С. 26.

Радченко Н.И., Скородумов А.П. К расчету теплоотдачи при конденсации водяного пара внутри труб // Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении: Тезисы докладов 2-й международной науч.-техн. конф. - Николаев: УГМТУ. - 1998. - С. 35.

АНОТАЦІЯ

Радченко М.І. Підвищення ефективності тепло- і холодоспоживання на суднах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.08.05 - суднові енергетичні установки. - Український державний морський технічний університет імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2001.

Дисертація присвячена розробці теоретичної бази проектування високоефективних контурів тепло- і холодоспоживання. Її основу становлять методологічні принципи, які випливають із закономірностей впливу процесів тепломасопереносу на завершальній стадії внутрішньоканального фазового переходу тепло- або холодоносія та нерівномірності розподілу масових потоків середовища, що нагрівається (охолоджується), на теплову ефективність суднових теплообмінників. Показано, що через нерівномірні повітряні потоки теплова ефективність теплообмінників скорочується на 20…30 %. Встановлено, що завдяки вилученню завершальної стадії фазового переходу має місце приріст густини теплового потоку на 20…40 % (тепло- і холодоспоживання) та холодильного коефіцієнту на 10…20 % (холодоспоживання). Розроблені схемно-конструктивні рішення контурів тепло- і холодоспоживання. Результати дослідження впроваджені у проектування та суднову і промислову експлуатацію.

Ключові слова: суднові енергетичні установки, теплообмінник, фазовий перехід, управління, теплова ефективність.

АННОТАЦИЯ

Радченко Н.И. Повышение эффективности тепло- и хладопотребления на судах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.08.05 - судовые энергетические установки. - Украинский государственный морской технический университет имени адмирала Макарова, Николаев, 2001.

Диссертация посвящена решению важной для судовой энергетики проблемы - разработке теоретической базы проектирования, созданию и внедрению высокоэффективных контуров тепло- и хладопотребления. Основным элементом контуров являются теплообменники (ТО) с внутриканальным фазовым переходом тепло- или хладоносителя и высокими температурными напорами: хладоновые охладители (ВО) и паровые нагреватели воздуха (ПНВ) судовых систем кондиционирования (СКВ), паровые нагреватели воды, хладоновые испарители систем рефрижерации, плиточные морозильные аппараты. На рыбоперерабатывающих судах и транспортных рефрижераторах на эти потребители приходится 20…40 % топливных ресурсов.

Установлено, что тепловая эффективность ТО лимитируется крайне низкой интенсивностью теплопередачи на завершающей стадии фазового перехода в областях с повышенными паросодержанием при кипении (из-за осушения стенки канала с переходом от дисперсно-кольцевой к дисперсной структуре потока) и влагосодержанием при конденсации теплоносителя. На занимаемых этими структурами 20…40 % поверхности ТО темпы приращения тепловых потоков Q в два-три раза ниже, чем в основной части фазового перехода. Исходя из этого, в качестве критерия тепловой эффективности ТО предложен коэффициент реализации теплового потенциала КРТП - отношение действительного теплосъема Q к максимально возможному, соответствующему сохранению высоких темпов приращения Q на всей поверхности теплопередачи. Введение критерия КРТП позволило вскрыть резервы повышения Q (для судовых ТО КРТП = 0,6…0,8), реализация которых связана с завершающей стадией фазового перехода. Показано, что чем компактнее ТО с полным фазовым переходом (выше степень оребрения ), тем в большей степени его тепловая эффективность зависит от термических сопротивлений в области концевых структур потока: значения КРТП ниже.

В результате физического и математического моделирования ТО раскрыты закономерности влияния процессов тепломассопереноса в концевых структурах двухфазного потока и механизмов управления ими (ускорением, сепарацией фаз) на тепловую эффективность судовых ТО. Установлено, что рециркуляция несконденсировавшегося пара или неиспарившегося жидкого хладагента в ТО обеспечивает повышение плотности теплового потока qF на 20…40 % (тепло- и хладопотребление), холодильного коэффициента на 10…20 % (хладопотребление) и достижение значения КРТП = 1, тогда как при использовании теплоты их фазового перехода в РТО приращение qF и значительно меньше: 10…20 % и 5…10 % соответственно.

Отличительной особенностью компактных ВО и ПНВ судовых СКВ являются большая неравномерность воздушных потоков и, как следствие, расслоение поля температур воздуха на выходе и значительное сокращение Q.

Выявлены закономерности влияния неравномерных профилей скоростей воздуха wв на тепловые потоки Q в ВО и ПНВ судовых СКВ. Установлено, что в зоне высоких wв доля поверхности, приходящейся на концевые структуры, достигает 40 % суммарной поверхности ТО. Это сдерживает приращение Q, которое должно бы иметь место в соответствии с увеличением wв, следствием чего являются низкие величины КРТП (0,6…0,8) и более чем трехкратные (по сравнению с ТО без фазового перехода) темпы сокращения Q из-за неравномерных профилей wв: 10…30 % против 5…10 % без фазового перехода.

На основе установленных закономерностей предложен принципиально новый подход к решению проблемы, предполагающий реализацию теплового потенциала ТО в зоне высоких wв воздействием на двухфазный теплоноситель. В этом его отличие от традиционного подхода спрямлением профиля wв, т.е. ''размыванием'' теплового потенциала в сечении. Впервые проблема повышения тепловой эффективности контуров ТО в целом и при неравномерном распределении тепловой нагрузки по поверхности ТО в частности решена на единой методологической основе как задача управления двухфазным теплоносителем. Установлено, что рециркуляция -наиболее рациональное управляющее воздействие и обеспечивает максимальные qF и значения КРТП = 1 в зоне повышенных wв, а также выравнивание поля температур воздуха. С повышением компактности ТО и wв эффективность управления двухфазными потоками возрастает: приращение КРТП благодаря исключению концевых структур составляет 20…30 % (при степени оребрения = 10…12) и 40…50 % (при = 16). Основные результаты исследования внедрены в практику проектирования и эксплуатации.

Ключевые слова: судовые энергетические установки, теплообменник, фазовый переход, управление, тепловая эффективность.

SUMMARY

Radchenko N.I. Increasing the efficiency of heat- and cold consumption on ships. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.08.05 - marine power plants.- Ukrainian State Maritime Technical University named after admiral Makarov, Mikolayiv, 2001.

The dissertation is devoted to creation of theoretical base for designing of high efficiency heat- and cold consumption contours. The methodological principles following from the regularities for influence of heat-mass transfer processes at the phase change final stage of heating or cooling working medium flowing inside channels and non-equal distribution of heated (cold) medium mass-flows upon ship heat exchangers efficiency were put into the base of this. The decrease in 20…30 % in heat exchangers efficiency because of non-equal air streams distribution was revealed. Increasing the heat flux in 20…40 % (heat- and cold consumption) and refrigeration coefficient in 10…20 % (cold consumption) by excluding the final stage of phase change was proved. The scheme-construction decisions of heat- and cold consumption contours developed have found design, ship and industrial applications.

Key words: marine power plants, heat exchanger, phase change, control, heat efficiency.

Размещено на Allbest.ur