Термодинамічне обґрунтування вибору нових робочих середовищ для екологічно безпечних технологій

Таблиця 2 Зіставлення характеристик холодильного циклу для аміаку й азеотропної суміші R170/55% R717

V_D - теоретична об'ємна холодопродуктивність компресора

Система R600а/161. Для даної системи було розглянуто цикл теплового насосу, основні характеристики якого було задано наступними умовами.

Для азеотропного складу суміші R600a/161 (20:80) результати практично збігаються із характеристиками чистого R161, які показують певні переваги у порівнянні із R502. Зіставлення енергетичної ефективності сумішей R161 з холодоагентами R134а, R152а, R281еа, RЕ170 показало, що найкращі характеристики, як з енергетичної, так і з екологічної точок зору має суміш із ізобутаном.

Система R1270/161. Для моделювання було обрано повітряний кондиціонер з номінальною холодопродуктивністю 5 кВт, що працює на суміші R1270 /161. Температури навколишнього середовища й приміщення приймали рівними +35°C і +19°C, відповідно. Компресор вибирали із фіксованим значенням мертвого обсягу (6.0 м³/год) і адіабатичною ефективністю 100%. Перегрів у випарнику задавали рівним 6 K, а переохолодження в конденсаторі 3 K. Результати моделювання для різних складів суміші R1270/161 зіставлені із аналогічними розрахунками для R410А в таблиці 3.

Система R744/41 виявляє максимальне температурне ковзання (1,5 К ) при 40% концентрації R744. У температурному діапазоні від -50^оС до 35^оС система є практично азеотропною. Рис. 14 ілюструє залежність СОР для оптимального складу суміші (50:50) у порівнянні із чистим двооксидом вуглецю.

Рис. 14 Порівняння холодильних коефіцієнтів R744 і R744/41в залежності від температури (ТЕ) у випарнику

У шостому розділі розглянуто альтернативні робочі тіла для холодильної техніки і промислової теплоенергетики. Однією з можливих альтернатив перехідним холодоагентам третього покоління - гідрофторвуглеводням (HFC) є фторовані ефіри, що активно пропагуються, в основному, японськими дослідниками. Основне завдання пошуку нових фторованих ефірів - відтворити теплофізичні властивості холодоагенту R134a.

Таблиця 3 Порівняння характеристик холодильного циклу для R410А та азеотропної суміші R1270/161

Позитивним імпульсом до розвитку робіт у цьому напрямку послужили результати дослідження суміші аміаку з диметилефіром (R723), у якому був досягнутий компроміс між розчинністю мастил (40% CH₃OCH₃) і енергетичною ефективністю (60% NH₃). Аналіз опублікованих даних про критичні параметри фторованих ефірів дозволяє зробити висновок про те, що їхня добавка до традиційних природних і синтетичних холодоагентів дозволить знизити високі температури робочих тіл при адіабатичному стисканні в компресорі, а також дозволить збільшити їхні теплоти паротворення. На жаль, фторовані ефіри практично не вивчені з термодинамічної точки зору, що ускладнює оцінку їхніх перспектив для холодильної техніки.

Починаючи з 2011 року, директиви Європейського Союзу щодо використання фторовмісних газів (F-гази), забороняють застосування R134a як холодоагенту для систем кондиціювання повітря в автомобілях. Додаткові обмеження щодо використання фторовмісних газів, у яких GWP більше 150, очікуються вже у найближчому майбутньому і, найбільш ймовірно, що холодоагенти із вмістом фтору будуть заборонені в таких секторах промисловості як кондиціювання повітря, холодильна техніка й теплові насоси. Можливе рішення проблеми заміни найпоширенішого холодоагенту R134a у мобільних системах повітряного кондиціювання було анонсовано фірмами Honeywell і DuPont, що запропонували холодоагент R1234yf (2,3,3,3 - тетрафторпропілен, CF₃CF=CH₂). Термодинамічна оцінка показує, що заміна холодоагенту R134a на R1234yf в автомобільній системі кондиціювання повітря холодопродуктивністю близько 6 кВт при заданій об'ємній продуктивності компресора 7,8 м³/г знижує холодопродуктивність на 2%, а холодильний коефіцієнт на 1%. Недоліком R1234yf є його досить висока займистість, що викликає негативну реакцію серед виробників автомобілів. У дисертації дана попередня оцінка фазової поведінки холодоагентів на основі сумішей R134a із фторованими ефірами.

Отримана інформація дозволила звузити коло можливих альтернативних рішень щодо зменшення маси заправлення R134a і рекомендувати для досліджень найбільш перспективні холодоагенти. Для сумішей R134a із фторованими ефірами у пошукових системах відсутні будь-які експериментальні дані, необхідні для відновлення перехресних коефіцієнтів у моделях рівнянь стану. Тому було використано результати раніше розробленого підходу до прогнозування k_іj за допомогою штучних нейронних мереж (Артеменко, 2004). У якості вхідної інформації для роботи штучної нейронної мережі задавали значення критичних параметрів і факторів ацентричності компонентів суміші.

Експериментальні дані щодо фазових рівноваг сумішей фторованих ефірів з R134а у відомій літературі відсутні, що ускладнює оцінку адекватності запропонованої моделі. Показано, що для більшості сумішей фторованих ефірів з холодоагентом R134a характерна наявність азеотропії, причому із зростанням різниці критичних температур компонентів зростає ймовірність появи гетероазеотропних станів, коли парова фаза співіснує із двома рідкими фазами. У дисертації наведені детальні результати розрахунку фазових діаграм температура - склад для різних систем. Наприклад, суміш R134а з ефіром C₂HF₅O характеризується явно вираженими азеотропними й близькими до азеотропних станами у всьому інтервалі концентрацій для різних тисків.

Один з можливих варіантів пошуку нового холодоагенту для автомобільних кондиціонерів - використання фторованих ефірів, які мають теплофізичні властивості близькі до холодоагенту R134a. Добавка фторованих ефірів (HFE) до R1234yf дозволяє знизити високі температури робочих тіл при стисканні в компресорі, а також збільшити їхні теплоти паротворення. Для того, щоб звузити коло можливих претендентів, необхідна попередня оцінка термодинамічної й фазової поведінки холодоагенту R1234yf з фторованими ефірами, і, у першу чергу, відбір компонентів, що формують азеотропні суміші (рис. 15, 16).

На основі аналізу глобальних фазових діаграм показано, що більшість сумішей фторованих ефірів з холодоагентом R1234yf утворюють азеотропні стани аналогічно R134а. Важливою перевагою сумішей R1234yf із фторованими ефірами є зменшення температури кипіння у порівнянні з чистими компонентами. Наприклад, мінімальна температура кипіння для суміші R1234yf - C₂HF₅O приблизно на 6K нижче у порівнянні з низькокиплячим компонентом. Збільшення числа атомів вуглецю (С₃ - С₅) призводить до появи гетероазеотропії при малих концентраціях R1234yf. При цьому варто очікувати поліпшення енергетичної ефективності системи у порівнянні з чистим R1234yf і компенсувати більш низький холодильний коефіцієнт у порівнянні з R134a.

Безліч комбінацій R1243yf - HFE викликає складності при розрахунках термодинамічних властивостей і критеріїв ефективності невивчених холодоагентів. Розв'язання цієї проблеми було здійснено шляхом побудови характеристик циклу на основі нейромережевих співвідношень "параметри рівнянь стану - характеристики циклу". Кореляції для холодильного коефіцієнта (COP) і відносини тисків конденсатор/випарник як функції критичної температури, критичного тиску та фактора ацентричності - щ (вхід) були побудовані на основі існуючих баз даних холодоагентів.

Рис. 15 р - T - x, y діаграма бінарної суміші R1234yf - C2HF5O

Рис. 16 р - T - x, y діаграма бінарної суміші R1234yf - C4H2F8O2

Навчальна вибірка включала 15 компонентів (R134a, R123, R1270, R717, R600a, R290, R245fa, R245ca, R236fa, R227ea, R142b, R125, R113, R22, R32). Пакет REFPROP 8.0 (Lemmon et al., 2007), був використаний для визначення термодинамічних властивостей холодоагентів. Архітектура штучної нейронної мережі (ANN) для прогнозування відношення тисків містила в собі 2 латентних шари з 6 і 1 нейронами, відповідно. ANN для прогнозу COP будується на 3-х шаровій моделі мережі з 2, 6 і 1 нейронами, відповідно. Для процедури навчання застосовано алгоритм зворотного поширення помилки. Для створення й моделювання нейронних мереж був використаний Matlab Neural Network Toolbox. Похибка прогнозу за допомогою ANN для характеристик циклу не перевищує 4%. На рис. 17 і 18 представлені результати прогнозу COP й відносини тисків. Значення COP для циклу на R1234yf, розраховане за допомогою ANN становить 3,75. Для циклу на R134a - 3,95, що на 5 % вище, ніж для циклу на R1234yf. У межах похибки розглянутих моделей даний результат погоджується з іншими розрахунками (Zіlіo, 2009).

У роботі розроблено програмні модулі, що дозволяють розрахувати термодинамічні властивості досліджених сумішей і енергетичну ефективність циклів холодильних машин і апаратів. Розрахунки інтегральних характеристик термодинамічних властивостей, наприклад, холодильного коефіцієнта виявляються малочутливими щодо виду рівняння стану.

Це можна пояснити компенсацією різних неадекватностей, що властиві простим моделям рівнянь стану. Підтвердження цього факту було здійснено зіставленням прямих розрахунків холодильного коефіцієнта із "точними" багатоконстантними моделями рівнянь стану, які використовуються в якості стандартних довідкових даних. Результати розрахунків показали, що в інтервалі робочих температур 260...300К і відношенні тисків менше 10, точність опису холодильного коефіцієнта рівнянням стану Пенга - Робінсона у порівнянні із довідковими даними не перевищувала 5%.

Обґрунтовано вибір робочих тіл для низькотемпературного циклу Ренкіна на органічних речовинах (ORC), що лежить в основі сучасних технологій використання скидної теплоти різних процесів у промисловості й сільському господарстві.

Рис. 17 Нейромережевий прогноз СОР у залежності від критичної температури

Рис. 18 Нейромережевий прогноз відношення тисків конденсатор / випарник у залежності від критичної температури

Наприклад, при конденсації димових газів, ферментації, утилізації вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння, у когенераційних системах та інш. Для того, щоб використати низькопотенційну теплоту, робочі тіла ORC повинні мати температуру нормального кипіння нижче 350K, практично вертикальну праву прикордонну криву в діаграмі температура - ентропія, велику теплоту випару, високу густину й прийнятні експлуатаційні якості. Крім того, на вибір робочого тіла накладаються різні обмеження, пов'язані з екологічними й технологічними нормами, а також вимогами безпеки. У роботі розроблено загальний підхід пошуку робочих тіл для органічного циклу Ренкіна, функціонування якого відповідає критеріям сталого розвитку.

Моделювання характеристик ORC базується на рівняннях балансу енергії. Вибір робочих тіл ORC проводили для трьох можливих конфігурацій циклів, які відрізняються формою прикордонних кривих (конфігурації А, B и С відповідають аміаку, R123 і циклогексану). Розрахунок енергетичної ефективності циклу вимагає знання термодинамічних властивостей робочої речовини в широкому інтервалі зміни параметрів стану. На жаль, набір речовин, для яких є досить повний обсяг інформації, необхідної для обчислення енергетичної ефективності робочих тіл - обмежений. У дисертації для вирішення цієї проблеми реалізується запропонований підхід, що поєднує наявність раніше накопичених знань про відомі термодинамічні властивості й критерії ефективності систем перетворення енергії із застосуванням методів штучного інтелекту, які є інструментом для одержання нової інформації в умовах невизначеності. Термодинамічна поведінка всіх однокомпонентних речовин у газовій і рідкій фазах має однакову топологічну структуру подібну до кубічних рівнянь стану. Надійний кількісний опис термодинамічної поверхні може бути отриманий в рамках теорії подібності, коли кількість безрозмірних параметрів приведення досить велика. На жаль, теоретично не можна встановити число відповідних станів, які змогли б забезпечити збіг термодинамічних поверхонь для різних речовин у широкому діапазоні параметрів стану. У випадку, коли процеси відбуваються поблизу кривих фазових рівноваг, критичні температура - Т_С і тиск - Р_С разом із нормальною температурою кипіння - Т_кип є найбільш раціональними величинами, що забезпечують збіг термодинамічних поверхонь поблизу лінії насичення. У роботі на основі відомої інформації про вхідні дані Т_С,Р_С і Т_кип для невеликої вибірки відомих речовин отримано прогноз енергетичних характеристик циклу Ренкіна для нових речовин, минаючи етап обчислення термодинамічних функцій. Наведено температурні границі і діапазон припустимих тисків, що характеризують умови роботи ORC. Алгоритм побудови штучної нейронної мережі включає наступну послідовність дій: вибір вихідних даних для навчання; вибір архітектури мережі; діалогова підгонка характеристик мережі; експериментальний підбір параметрів навчання; процес навчання; перевірка адекватності навчання (верифікація); прогнозування. Як вхідні величини використані дані Т_С, Р_С і Т_кип. Для навчання розглядали різні архітектури нейронних мереж, які відрізнялися кількістю нейронів і перехідних функцій на першому й другому шарах. Третій шар мережі завжди містить один нейрон з лінійною активаційною функцією. Обчислення термодинамічних властивостей для розрахунку COP для навчальної вибірки проводили за програмою REFPROP 8.0.

Для конфігурації А використали 2 латентних шари. Перший містив два нейрони, другий - один. Як передатні функції використали гіперболічний тангенс - tansіg і лінійну функцію - purelіn. Навчальна вибірка складалась з даних для робочих тіл R125, R143a, R32 і R1270. Тестування проводили для R152a, CF3І, RE170. Перевірку адекватності проводили для R290 і R134a. Для конфігурації B використали 2 латентних шари. Перший містив п'ять нейронів, другий - один. Активаційні функції - гіперболічний тангенс - tansіg і лінійна функція - purelіn. Для навчальної вибірки використали дані для робочих тіл R125, R143a, R152a і RC270. Тестування проводили для RE125, R1270 CF₃І і RE170. Перевірку адекватності проводили для R32 і R290. Побудова штучної нейронної мережі для конфігурації C збігається з архітектурою мережі для конфігурації В. Навчальна вибірка включала наступні робочі тіла: R218, R236fa, RE245mc, C5F12, R600, R601a, n-гексан. Тестування проводили на вибірці речовин: R227ea , R236ea, RE134, R245fa RE347mcc, R601, а остаточну верифікацію за даними для RC318, R600a і R245ca. Докладні таблиці результатів відтворення характеристик циклу Ренкіна наведені в дисертації. Відхилення "експериментальних" значень коефіцієнтів перетворення від обчислених за допомогою побудованої штучної нейронної мережі перебувають у межах похибки розрахунків за допомогою багатоконстантних рівнянь стану. Помітні відхилення в значеннях відносної похибки (більше 5%) спостерігаються для низьких значень COP, що не має принципового значення при виборі робочих тіл з максимальною енергетичною ефективністю.

У сьомому розділі розглянуті перспективи створення й удосконалення нових робочих тіл для технологій сталого розвитку. Як приклад, досліджена термодинамічна ефективність енергоперетворювальних систем на основі нанофлюїдів і проаналізована термодинамічна поведінка іонних рідин - нового покоління екологічно безпечних середовищ. Традиційні робочі тіла й теплоносії, які використовуються в системах перетворення енергії, практично вичерпали теоретичні можливості подальшого росту коефіцієнта теплопровідності. Значний прогрес у цій області був досягнутий в останні роки за рахунок застосування нанофлюїдів - суспензій наночасток у класичних теплоносіях. Нанофлюїди - розчини наночасток, розміри яких перебувають у діапазоні від 20 до 100 Е,стали об'єктом інтенсивних наукових досліджень, завдяки раніше невідомим ефектам і аномальній поведінці фізико-хімічних властивостей, зокрема, коефіцієнта теплопровідності. Незвичайна поведінка коефіцієнта теплопровідності в класичних рідинах з добавками наночасток не має конкретного теоретичного пояснення і є однією із невирішених проблем фізики конденсованого стану.

Традиційний термодинамічний аналіз ефективності застосування нанофлюїдів у системах перетворення енергії виявляється практично неможливим, оскільки малі концентрації наночасток не впливають суттєво на термодинамічні властивості робочого тіла й, відповідно, на показники термодинамічної досконалості циклів. З цього погляду, судити про ефективність нанофлюїдів у порівнянні із традиційними робочими тілами можна лише на основі підходів, що використовують методи нерівноважної термодинаміки. У даному розділі дана оцінка граничних можливостей енерготрансформаційних систем, що використовують нанофлюїди, за допомогою методів термодинаміки на кінцевих часах; проаналізовано особливості поведінки нанофлюїдів і фізичні механізми підвищення теплопровідності нанофлюїдів.

Найпростіша термодинамічна оцінка ефективності енерготрансформаційних систем зроблена на основі класичних результатів для прямого (зворотного) циклу Карно, що залежать тільки від температур гарячого (T_h) і холодного (T_c) джерел та не залежать від роду робочого тіла. Для одержання кінцевої роботи в такому циклі потрібний нескінченний час, а потужність виявляється рівною нулю. Передача теплоти від джерела до робочого тіла й навпаки повинна відбуватися оборотним шляхом при прагненні до нуля потоку теплоти за нескінченний час. Для оцінки граничних можливостей теплових машин із джерелами нескінченної ємності при кінцевих часах протікання процесів розглянуто як задача оптимального керування для характеристичних функцій розглянутої системи - ентропії S і внутрішньої енергії E. Зміна функцій стану в часі задається законами термодинаміки

, (5)

де - тепловий потік, - температури джерела та робочого тіла, відповідно; p(t) - потужність.

Умови циклічності мають вигляд:

де L - робота за відрізок часу ??

Для зворотних циклів холодильних машин і теплових насосів граничне значення коефіцієнта перетворення (холодильного коефіцієнта - ?) для лінійного закону теплопередачі оцінювали за співвідношенням Лінецького - Роднянського - Цирліна (1969).

Для нанофлюїдів, які представляють багатокомпонентну систему, необхідно врахувати не тільки температурні градієнти, але й градієнти концентрацій або інших зовнішніх сил. Для оцінки граничних можливостей систем перетворення енергії, що використовують як робочі тіла нанофлюїди, необхідне знання коефіцієнта теплопровідності. Розглянуто існуючі моделі теплопровідності для систем класична рідина - наночастка. Зроблено припущення, що властивості наноструктурованих матеріалів визначаються конкуренцією поверхневих і об'ємних сил. У тому випадку, коли характеристичні розміри значно збільшуються, властивості наноструктурованої системи прагнуть до об'ємних властивостей. З аналізу розмірностей випливає наступне. Відношення фізичної величини залежить від характерної довжини й об'єму, а також функції безрозмірних змінних Y_j (j=1,...M) і безрозмірного параметра, що визначає взаємозв'язок між характерними геометричними розмірами наноструктурованої та класичної рідин. При малих концентраціях відношення властивостей наноструктурованої та звичайної рідини можна записати у вигляді розкладу, де зберігається тільки лінійний член. Наприклад, для коефіцієнта теплопровідності співвідношення має вигляд:

. (7)

Показано, що при малих концентраціях наночасток всі відомі моделі для коефіцієнтів теплопровідності при V_n 0 описуються лінійною залежністю й погоджуються із наявними експериментальними даними для наночасток різної природи. Величина не є універсальною, залежить від концентрації, розміру й роду наночасток і визначається за експериментальними даними. Для оцінки коефіцієнта теплопередачі нанофлюїдів у якості наночасток обрані вуглецеві нанотрубки, об'ємна частка яких у теплоносії не перевищувала 4%. Для оцінки впливу наночасток на коефіцієнти перетворення енергії в прямих і зворотних циклах у роботі аналізували вплив вуглецевих нанотрубок (розміри від 1 до 100нм) в області концентрацій, що не перевищують 1% об'ємної частки. У цій області концентрацій зберігаються лінійні співвідношення нерівноважної термодинаміки, а в експериментах зафіксовано 40% підвищення теплопровідності. Як показують результати оцінки граничних можливостей холодильного циклу, що працює на холодоагентах із додаванням наночасток в інтервалі температур 250...300К, збільшення коефіцієнта теплопровідності холодоагенту на 40% за рахунок добавок вуглецевих нанотрубок веде до збільшення холодильного коефіцієнта майже на 20%. Ця обставина викликає великий науковий інтерес до пошуку оптимальних композицій наночасток у холодоагентах ІV покоління, що сполучать високу енергетичну ефективність із низьким потенціалом глобального потепління. У прямих циклах добавка наночасток із метою збільшення теплопровідності практично не змінює коефіцієнт перетворення. При малих значеннях заданої потужності граничне значення ?_max прагне до граничного значення для рівноважного циклу Карно. При максимальних значеннях заданої потужності ?_max прагне до граничного значення для коефіцієнта перетворення моделі Новикова - Курзона - Альборна -?_max = 0,293.

У роботі представлені моделі фазової поведінки сумішей іонних рідин із холодоагентами R134a і R1234yf, які розглядаються як перспективні робочі середовища для абсорбційних холодильних машин. Дані про фазові рівноваги таких систем, які ставляться до ІV або V типів фазової поведінки за класифікацією ван Кониненбурга - Скотта описані однорідинною моделлю Соава - Редліха - Квонга, що адекватно передає властивості у межах границь фазових переходів. На рис. 19, 20 наведені результати моделювання поведінки ізотерм для сумішей з іонними рідинами на основі імідазола: С₈H₁₁N₃F₆S₂O₄([EMIm][Tf2N]), де вдалося істотно знизити в'язкість за рахунок зсуву критичної точки, і C₁₀H₁₉N₂BF₄([HMIm][BF4]) з конкуруючими холодоагентами R134а й R1234yf. На рис 19, 20 зазначена тільки крива кипіння, оскільки парова фаза практично збігається з осями координат.

Рис. 19 Р -- x,y діаграма бінарної суміші R134a - [EMIm][Tf2N] k12 = 0,1216 ( 0,0799) (0,0857); l12 = 0,0874 (0,0266) (0,0250) для температур 25 оС, 50 оС і 75 оС, відповідно

Рис. 20 Р -- x,y діаграма бінарної суміші R1234yf - [HMIm][BF4] k12 = 0,1526 (0,0815) (0,0300); l12 = 0,0801 (-0,025) (-0,080) для температур 25 оС, 50 оС і 75 оС, відповідно

Дуже низькі значення тиску насичення іонних рідин фактично виключають забруднення повітря й сприяють підвищенню ефективності абсорбційних процесів у холодильній техніці. Зазначені властивості дозволили віднести такі системи до розряду екологічно безпечних, т.зв. "зелених" розчинників. Для того, щоб провести оцінку сепарації азеотропних сумішей, необхідно мати інформацію про фазові рівноваги в потрійних сумішах іонна рідина та азеотропна суміш холодоагентів. У роботі на основі техніки глобальних фазових діаграм показано, що добавка іонної рідини до бінарних азеотропних сумішей холодоагентів приводить до руйнування азеотропії, що дозволяє використати традиційні методи дистиляції для поділу суміші.

ВИСНОВКИ

У дисертації на основі комплексних експериментальних і теоретичних досліджень вирішена важлива науково-технічна проблема - термодинамічне обґрунтування вибору нових робочих середовищ для екологічно безпечних технологій. Результати проведених досліджень дозволили сформулювати основні висновки.

1. Особливості термодинамічної поверхні поліаморфних флюїдних систем з декількома критичними точками для двохмасштабного потенціалу міжмолекулярної взаємодії в модифікованій моделі ван дер Ваальсу виявляють наявність двох метастабільних критичних точок. Екстраполяція експериментально обґрунтованих даних щодо особливих ліній на термодинамічній поверхні (екстремумів ізобарної теплоємності й ізотермічної стисливості) в область метастабільних станів дає наступну оцінку параметрів другої (Т_С2 = 203±5К, Р_С2 = 0…25МПа) і третьої (T_C3 ? 320 K, P_C3 ? 2000 MПa) критичної точки води.

2. Лінія Вайдома, що відображає екстремальну реакцію функцій відгуку на термічні й механічні збурення, не є універсальним продовженням кривої пружності. Зокрема, для води вона обмежується відносними значеннями тисків Р/Р_С < 1,4, а для вуглекислого газу Р/Р_С < 1,8. Зазначені області параметрів стану є оптимальними для реалізації надкритичних флюїдних технологій.

3. Висока розчинність основних імітаторів хімічної зброї на основі сульфідних компонентів у природному розчиннику - двооксиді вуглецю робить перспективними надкритичні технології переробки запасів екологічно небезпечних хімікатів. Фазова поведінка компонентів хімічної зброї у надкритичній воді виявляє тільки ІІ й ІІІ типи за класифікацією Скотта - ван Кониненбурга подібно системам вуглеводні - вода. Зокрема, фазові діаграми систем CEMS - вода й CEES - вода подібні до систем циклопентан - вода й 1,3,5 триметилбензол - вода (III-й тип), у той час як система EPS - вода демонструє фазову поведінку ІІ типу, що спостерігається в розчині нафталін - вода.

4. Суміш R717/170 володіє рядом переваг перед холодоагентами, що звичайно використовуються у промисловості. У випадку чистого аміаку, що має високу точку нормального кипіння (Т_B) та низьку температуру випару, веде до роботи компресора при тисках нижче атмосферного. Це може викликати потрапляння у систему повітря й, як наслідок, спровокувати високу температуру нагнітання. Суміш R170 і R717 усуває ці недоліки за рахунок істотного зниження Т_B, дозволяючи знизити температуру нагнітання. Це спричиняє не тільки термодинамічні, але й економічні переваги, тому що замість двоступінчастого використається одноступінчастий стиск. Дана суміш може знайти широке застосування у харчовій промисловості, наприклад, у процесах швидкого заморожування.

5. Для суміші R717/170 виявлено, що холодильний коефіцієнт є приблизно однаковим в усьому діапазоні азеотропних складів, хоча й трохи нижче у порівнянні із чистим аміаком. При цьому об'ємна холодопродуктивність (VRE) володіє синергетичною поведінкою і дає значно більші значення VRE у порівнянні із чистими компонентами. Температура холодоагенту на виході з компресора значно нижче, ніж для чистого R717, що є кращим з погляду надійності системи. Зазначені фактори призводять до інтенсифікації теплообміну, особливо у випарнику, і підвищенню ефективності циклу.

6. Суміш R600a/161 має переваги перед традиційним робочим тілом теплових насосів - холодоагентом R502. Вуглеводні, що містять фтор, зокрема фторетан, не містять хлору й мають низький потенціал глобального потепління. Фторетан у чистому виді не застосовується на практиці через горючість, але загальний очікуваний ефект від його використання робить цю суміш перспективною заміною R502 (R22/115). R161 має відносно високе значення температури критичної точки й тому його використання як холодоагенту є більш ефективним через більшу сховану теплоту випарування. З термодинамічної точки зору, ефективність циклу виглядає привабливою для теплових насосів, хоча питання пожежонебезпечності й токсичності залишаються ще невирішеними й вимагають додаткових досліджень.

7. Кращий склад азеотропної суміші R1270/161 у звичайних умовах функціонування устаткування становить від 20% до 50% R161. У цьому діапазоні складів значення тиску насичення, температури й об'ємної холодопродуктивності близькі до властивостей R410A. Крім того, суміш має більш високу критичну температуру й демонструє збільшення енергетичної ефективності холодильної машини при високих температурах навколишнього середовища. Дана суміш може знайти застосування в домашньому й комерційному секторах кондиціювання повітря й використання теплових насосів.

8. Комп'ютерне моделювання термодинамічної й фазової поведінки у сумішах фторованих ефірів з R1234yf - перспективних холодоагентах з низьким потенціалом глобального потепління й високою енергетичною ефективністю, підтвердило можливі азеотропні стани у більшості розглянутих сумішей. Вперше побудовано фазові діаграми сумішей нового холодоагенту R1234yf із фторованими ефірами в інтервалі тисків і температур, важливих для автомобільних систем кондиціювання повітря.

9. Штучні нейронні мережі є перспективним обчислювальним інструментом прогнозування енергетичної ефективності та пошуку нових робочих тіл для технологій перетворення низькотемпературних джерел теплоти в роботу на основі циклу Ренкіна, де відсутня інформація про термодинамічні властивості речовин. На основі обмежених даних про критичні параметри та температуру нормального кипіння речовин для різних конфігурацій циклів отримані значення коефіцієнтів перетворення, минаючи етап обчислення термодинамічних функцій. Отримані нейромережеві кореляції між інформаційними характеристиками робочих тіл та критеріями ефективності циклу Ренкіна є термодинамічною основою цілеспрямованого пошуку ORC технологій.

10. Добавка іонної рідини до азеотропних сумішей холодоагентів приводить до руйнування азеотропії, що становить інтерес для розробки технологій сепарації сумішей холодоагентів, які містять озоноруйнуючі компоненти із високими потенціалами глобального потепління. Спрямований пошук функціональних груп, що визначають зсув гіпотетичної критичної точки іонних рідин, є ефективним способом управління теплофізичними властивостями й фазовими рівновагами нових робочих середовищ, для яких відсутня апріорна експериментальна інформація.

11. Нанофлюїди є багатофазними структурами, фізико-хімічні властивості яких виявляють раніше невідомі ефекти, наприклад, аномальне підвищення коефіцієнта теплопровідності. Диспергування наночасток із малим термічним опором у традиційних холодоагентах дозволяє створити новий клас робочих тіл і теплоносіїв, що відрізняється від відомих, поліпшеними показниками теплопередачі. У рамках лінійної моделі для властивостей нанофлюїдів показано, що в циклах холодильних машин збільшення на 40% коефіцієнта теплопровідності холодоагенту за рахунок добавок вуглецевих нанотрубок веде до підвищення холодильного коефіцієнта на 20%.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Артеменко С. Исследование термодинамической эффективности азеотропных смесей хладагентов с низкими значениями потенциала глобального потепления / Артеменко С., Железный В. и др. // Технические газы. - 2010. - №1. - С.61-68. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів і формулювання висновків).

2. Артеменко С. Фазовое поведение органических загрязнителей в сверхкритической воде / Артеменко С., Крийгсман П., Мазур В. // Сверхкритические флюиды. - 2010. - №2. С. 4 -20 (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

3. Артеменко С. Нейросетевое прогнозирование показателей эффективности циклов термотрансформаторов / Артеменко С., Никитин Д. // Проблеми техніки. - 2010. - T.2. с. 53 - 62. (Внесок здобувача: ідея та концепція роботи, аналіз результатів).

4. Артеменко С. Управление фазовыми равновесиями в бинарных смесях хладагентов / Артеменко С., Никитин Д. // Холодильна техніка і технологія. - 2010. - T.124, №2. - с. 15 - 20. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

5. Artemenko S. Multiple critical points and liquid-liquid equilibria from the van der Waals like equation of state / Artemenko S., Lozovsky T., Mazur V. // Journal of Physics: Condensed Matters. - 2008. - T.24, №20. - С.1-8. (Внесок здобувача: ідея та концепція роботи, побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

6. Metastable systems under pressure / Artemenko S., Lozovsky T., Mazur V. Critical lines in binary mixtures of components with multiple critical points. - Dordrecht: Springer Netherlands, 2010. - С.217-232. (Внесок здобувача: ідея та концепція роботи, побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання фазових рівноваг, аналіз результатів).

7. Artemenko S. Azeotropy in the natural and synthetic refrigerant mixtures / Artemenko S., Mazur V. // International Journal of Refrigeration. - 2007. - T.30, №5. - С.831-839. (Внесок здобувача: розробка бази даних, побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, формулювання висновків).

8. Soft Matter under Exogenic Impacts / Artemenko S., Mazur V. Global phase behavior of supercritical water-environmentally significant organic chemicals mixtures. - Dordrecht: Springer Netherlands, 2007. - С.269 - 286. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, оформлення).

9. Artemenko S. Sustainable refrigerant selection in binary blends of the r1234yf - hydrofluoroethers / Artemenko S., Nikitin D. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2010. - т. 40, №2/7 - С. 42 - 47. (Внесок здобувача: ідея роботи, побудова математичної моделі, аналіз результатів).

10. Артеменко С. Нечеткая термодинамическая оптимизация / Артеменко С., Иванова Е., Мазур В. // Промислова теплоенергетика. - 2003. - T.25, №4. - С.460-461. (Внесок здобувача: ідея роботи та розробка алгоритму нечіткої оптимізації).

11. Артеменко С. Термодинамическое поведение экологически опасных веществ в сверхкритических природных флюидах / Артеменко С., Крийгсман П., Мазур В. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2009. - T.42, №6/5. - С.34-40. (Внесок здобувача: ідея роботи, побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

12. Артеменко С. Выбор рабочих тел в энерготрансформационных системах на основе нечеткого многокритериального анализа / Артеменко С., Мазур В. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2009. - T.40, №4/11. - С.41-47. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

13. Артеменко С. Выбор рабочих тел для низкотемпературных циклов Ренкина на органических веществах.II. Фторированные эфиры / Артеменко С., Никитин Д. // Холодильна техніка і технологія. - 2010. - T.123, №1 - С. 6 - 10. (Внесок здобувача: ідея роботи, аналіз результатів).

14. Артеменко С. Выбор рабочих тел для низкотемпературных циклов Ренкина на органических веществах. I. Нейросетевой прогноз энергетической эффективности / Артеменко С., Никитин Д., Хаддад С., Мазур В. // Холодильна техніка і технологія. - 2009. - T.120, №4. - С.49-55. (Внесок здобувача: комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

15. Артеменко С. Моделирование фазового поведения смесей ионных жидкостей с природными и синтетическими хладагентами / Артеменко С., Никитин Д. // Холодильна техніка і технологія. - 2009. - T.122, №6. - С. 47 - 54, (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, аналіз результатів).

16. Артеменко С. Термодинамическая эффективность парокомпрессионных циклов, работающих на бинарной смеси R717 (NH3) - RC318(C4F8) / Артеменко С., Чепурненко В., Корба В., Хмельнюк М. // Холодильна техніка і технологія. - 2008. - T.111, №1. - С.15 - 22. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

17. Артеменко С. Фазовые равновесия в смеси аммиак - изобутан / Артеменко С., Шевченко В., Чепурненко В., Корба В., Хмельнюк М. // Холодильна техніка і технологія. - 2007. - T.109, №5. - С.52 - 58. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

18. Артеменко С. Фазовые равновесия в смесях аммиака с природными и синтетическими хладагентами / Артеменко С. // Холодильна техніка і технологія. - 2008. - T.115, №5. - С.5 - 10.

19. Артеменко С. Азеотропия в смесях R1234yf с фторированными эфирами / Артеменко С. // Холодильна техніка і технологія. - 2009. - T.119, №3. - С.41-43.

20. Артеменко С. Моделирование фазового поведения смесей R134а c фторированными эфирами / Артеменко С. // Холодильна техніка і технологія. - 2009. - T.118, №2. - С.20 - 26.

21. Мазур В. Многокритериальный анализ устойчивого развития энерго-преобразующих систем / Мазур В., Бодарев Д., Артеменко С. // Моделирование и информатизация социально-экономического развития Украины. - 2006. - №7. - С.144-156. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

22. Никитин Д. Термодинамическая оптимизация энерготрансформационных систем, использующих нанофлюиды в качестве рабочих сред / Никитин Д., Артеменко С. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2009. - T.5/6, №41. - С.47-51. (Внесок здобувача: ідея роботи, побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

23. Хмельнюк М. Смесь аммиак/октафторциклобутан (R717/RC318) - новое рабочее тело холодильных машин / Хмельнюк М., Чепурненко В., Артеменко С. // Холодильна техніка і технологія. - 2008. - T.113, №3. - С.39 - 43. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

24. Чепурненко В. Исследование смеси аммиака с октафторциклобутаном как рабочего тела холодильных машин / Чепурненко В., Артеменко С., Хмельнюк М. // Наукові праці Одеської державної академії харчових технологій. - 2008. - №32. - С.321-325. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання).

25. Швец В. Электронные структура и свойства. Электропроводность металлического водорода и динамика протонной системы / Швец В., Артеменко С., Буханенко А. // Металлофизика и новейшие технологии. - 2007. - T.29, №8. - С.989-997. (Внесок здобувача: розрахунки електронної структури).

26. IIR/IIF Conference Compressors / Artemenko S., Bodarev D., Khmnel'njuk M., Fuzzy thermoeconomic analysis in refrigerant selection. - Papiernicka, Slovakia, 2006. - (Внесок здобувача: формулювання функцій належності, комп'ютерне моделювання, аналіз адекватності алгоритму).

27. 8th IIR Gustav Lorentzen Conference on Natural Working Fluids / Artemenko S., Chepurnenko V., Khmelnyuk M. The global phase behaviour and cycle performance of the ammonia - industrial refrigerant blends. - Copenhagen, Denmark, 2008. - С.1142-1150. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання).

28. Сборник научных трудов конференции "Современные проблемы холодильной техники и технологии" / Artemenko S., Cox N., Semenyuk Y., Zhelezny V. Thermodynamics and phase behaviour R717-R170 blend. - Одесса, Украина: ОГАХ, 2007. - С.19-20. (Внесок здобувача: розрахунок фазової поведніки суміші хладагентів).

29. Heat Transfer, Volume 3 / Artemenko S., Mazur V. Thermodynamic and Phase Behavior of Supercritical Water: Environmentally Significant Organic Chemical Mixtures. - Anaheim, CA, USA: ASME, 2004. - С.259-270. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі розпізнання азеотропії, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів і формулювання висновків).

30. Proceedings of 16th Symposium on thermophysical properties / Artemenko S., Mazur V. Pareto-Optimum Parameter Estimation in Thermodynamic Correlations. - Boulder, CO, USA, 2006. - (Внесок здобувача: ідея та концепція роботи, побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання фазових рівноваг, аналіз результатів).

31. Proceedings of 16th Symposium on thermophysical properties / Artemenko S., Mazur V. Thermodynamic and Phase Behavior of Supercritical Water - Organic Pollutant Mixtures. - Boulder, CO, USA, 2006. - (Внесок здобувача: ідея та концепція роботи, побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання фазових рівноваг, аналіз результатів).

32. Ist IIR International Cold Chain and Sustainability Conference / Artemenko S., Nikitin D., Haddad S., Mazur V. Sustainable refrigerant selection in binary blends of the R1234yf - hydrofluoroethers. - Cambridge, UK, 2010. - С.8. (Внесок здобувача: формулювання інтегрального коефіцієнту сталого розвитку, побудова математичної моделі, аналіз результатів).

33. 4th European Congress on Economics and Management of Energy in Industry / Artemenko S., Shkurupska I., Krasnovsky I. Fuzzy Thermoeconomic Approach To Refrigerant Selection In Vapor Compression Cycles. - Porto, Portugal, 2007. - С.8. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

34. 3rd IIR Conference on Thermophysical Properties and Transfer Processes of Refrigerants: / Artemenko S., Zhelezny V. еt al. Phase Equilibria in Low GWP Azeotropic Refrigerant Blends. - Boulder, CO, USA, 2009. - С.51-59. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі розпізнання азеотропії, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів і формулювання висновків).

35. 26th European Meeting on Supercritical Fluids. New Perspectives in Supercritical Fluids. Materials Nanoscience and Processing / Imre A., ArtemenkoS. еt al. The effect of inorganic materials on the behaviour of supercritical сooling water in generation IV. Nuclear power plants. - Graz, Austria, 2010. - С.6. (Внесок здобувача: побудова математичної моделі, побудова лінії Вайдома, аналіз результатів).

36. Abstracts of 3rd International Conference Physics of liquid matters: Modern problems (PLMMP-2005) / Mazur V., Artemenko S. Azeotropy Phenomena in Confined Binary Fluid Mixtures. - Київ, Україна, 2005. - (Внесок здобувача: ідея та концепція роботи, побудова математичної моделі, комп'ютерне моделювання фазових рівноваг, аналіз результатів).

37. Abstracts of 4th International Conference Physics of liquid matters: Modern problems (PLMMP-2008) / Shvets V., Vlasenko O., Artemenko S. The equation of state of liquid metallic hydrogen. - Київ, Україна, 2008. - (Внесок здобувача: комп'ютерне моделювання електронної структури).

38. Abstracts of 5th International Conference Physics of liquid matters: Modern problems (PLMMP-2010) / Artemenko S., LozovskyT. Сritical lines in binary polyamorphic fluids. - Київ, Україна, 2010. - (Внесок здобувача: ідея та концепція роботи, комп'ютерне моделювання ).

39. Abstracts of 5th International Conference Physics of liquid matters: Modern problems (PLMMP-2010) / Artemenko S., Nikitin D., Mazur V. Azeotropy breaking in mixtures with ionic fluids. - Київ, Україна, 2010. - (Внесок здобувача: комп'ютерне моделювання ).

40. Abstracts of 5th International Conference Physics of liquid matters: Modern problems (PLMMP-2010) / ImreA., ArtemenkoS. et al. The effect of some inorganic materials on the thermohydraulic behavior of supercritical cooling water in generation IV nuclear power plants. - Київ, Україна, 2010. - (Внесок здобувача комп'ютерне моделювання зсуву критичної точки води).

41. Voitovitch D. Computational Simulation of Transport processes in Constructal Media / Voitovitch D., Artemenko S., Mazur V. // Progress in Computational Heat and Mass Transfer. - 2005. - T.1, С.392 - 398. (Внесок здобувача: побудова структури конструктальних середовищ, комп'ютерне моделювання, аналіз прикладних результатів для розповсюдження теплоти в мережевих структурах).

42. 3rd European Congress on Economics and Management of Energy in Industry / Zhelezny V., Khlieva O., Artemenko S. Assesment of total equivalent greenhouse gases emission in the industry. - Estoril-Lisbon, Portugal, 2004. -8 p. (Внесок здобувача: комп'ютерне моделювання та аналіз адекватності алгоритму).

43. Материалы XI Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ / Артеменко С., Xмельнюк М., Мазур В. Азеотропия в смесях природных и искусственных хладагентов. - Санкт-Петербург, Россия, 2005. - С.134-135. (Внесок здобувача: ідея та концепція роботи, комп'ютерне моделювання азеотропії).

44. Сборник научных трудов конференции "Современные проблемы холодильной техники и технологии" / Артеменко С., Корба Е., Чепурненко В., Шевченко В., Хмельнюк М. Фазовые равновесия и азеотропные состояния в смесях с HFC и HC хладагентах. - Одесса, Украина: ОГАХ, 2007. - С.26-27. (Внесок здобувача: побудова моделі азеотропії, комп'ютерне моделювання, аналіз результатів).

45. Труды 4-го международного семинара «Информационные системы и технологии» / Артеменко С. Самосогласованное описание гетерогенных термодинамических свойств трехпараметрическими уравнениями состояния на основе метода локального отображения. - Одесса, Украина, 2006. - С.19-24.

АНОТАЦІЇ

Артеменко С.В. Термодинамічне обґрунтування вибору нових робочих середовищ для екологічно безпечних технологій. - Pукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.14.06 - "Технічна теплофізика й промислова теплоенергетика". - Одеська державна академія холоду. Одеса. 2010.

Дисертаційна робота присвячена комплексному експериментальному й теоретичному рішенню важливої науково-технічної проблеми - термодинамічному обґрунтуванню вибору нових робочих середовищ для екологічно безпечних технологій. У роботі відображені результати вирішення ряду актуальних завдань технічної теплофізики й промислової теплоенергетики, спрямованих на підвищення ефективності систем перетворення енергії за рахунок аномальних фізико-хімічних властивостей розчинів наночасток у класичних рідинах, пошук четвертої генерації холодоагентів з низьким потенціалом глобального потепління (іонні рідини, фторовані ефіри та ін.), утилізацію низькопотенційних джерел енергії, створення надкритичних водних ядерних реакторів і надкритичних флюїдних технологій знищення хімічної зброї. Показано, що особливості термодинамічної поверхні поліаморфних флюїдних систем з декількома критичними точками для двохмасштабного потенціалу міжмолекулярної взаємодії в модифікованій моделі ван дер Ваальсу виявляють наявність двох метастабільних критичних точок. На основі розрахунків лінії Вайдома встановлено, що остання не є універсальним продовженням кривої пружності. Показано, що фазова поведінка компонентів хімічної зброї у надкритичній воді виявляє тільки ІІ й ІІІ типи за класифікацією Скотта - ван Кониненбурга подібно системам вуглеводні - вода. Представлено результати експериментальних вимірів P-T-x властивостей азеотропних сумішей з GWP < 150 і точками нормального кипіння компонентів у діапазоні температур від -40 ^oС до -80 ^oС: R1270/161, R170/717 і R600a/161. Сформульовано критерії сталого розвитку для технологій перетворення низькотемпературних джерел теплоти в роботу на основі циклу Ренкіна, що використає органічні робочі тіла. Показано, що добавка іонної рідини до азеотропних сумішей холодоагентів приводить до руйнування азеотропії. У рамках лінійної моделі для властивостей нанофлюїдів показано, що в циклах холодильних машин збільшення на 40% коефіцієнта теплопровідності холодоагенту за рахунок добавок вуглецевих нанотрубок веде до підвищення холодильного коефіцієнту на 20%.

Ключові слова: робочі середовища, енергетична ефективність, екологічна безпека, рівняння стану, термодинамічні властивості, фазові рівноваги

Артеменко С.В. Термодинамическое обоснование выбора новых рабочих сред для экологически безопасных технологий. - Pукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.06 - «Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика». - Одесская государственная академия холода. Одесса. 2010.

Диссертационная работа посвящена комплексному экспериментальному и теоретическому решению важной научно-технической проблемы - термодинамическому обоснованию выбора новых рабочих сред для экологически безопасных технологий. В работе отображены результаты решения ряда актуальных задач технической теплофизики и промышленной теплоэнергетики, направленные на повышение эффективности систем преобразования энергии за счет аномальных физико-химических свойств растворов наночастиц в классических жидкостях, поиск четвертой генерации хладагентов с низким потенциалом глобального потепления (ионные жидкости, фторированные эфиры и др.), утилизацию низкопотенциальных источников энергии, создание сверхкритических водных ядерных реакторов и сверхкритических флюидных технологий уничтожения химического оружия. Показано, что особенности термодинамической поверхности полиаморфных флюидных систем с несколькими критическими точками для двухмасштабного потенциала межмолекулярного взаимодействия в модифицированной модели ван дер Ваальса обнаруживают наличие двух метастабильных критических точек. На основе расчетов линии Вайдома установлено, что последняя не является универсальным продолжением кривой упругости. Показано, что фазовое поведение компонентов химического оружия в сверхкритической воде обнаруживает только II и III типы по классификации Скотта - ван Кониненбурга подобно системам углеводороды - вода. Представлены результаты экспериментальных измерений P-T-x свойств азеотропных смесей с GWP < 150 и точками нормального кипения компонентов в диапазоне температур от -40 ^oС до -80 ^oС: R1270/161, R170/717 и R600a/161. Для поиска новых рабочих тел, для которых отсутствует информация о термодинамическом поведении, предложен нейросетевой подход к прогнозированию энергетической эффективности циклов Ренкина. Приведены результаты компьютерного моделирования термодинамического и фазового поведения в смесях фторированных эфиров с R1234yf -- перспективных хладагентах с низким потенциалом глобального потепления и высокой энергетической эффективностью, подтвердившие возможные азеотропные состояния в большинстве рассматриваемых смесей. Показано, что добавка ионной жидкости к азеотропным смесям хладагентов приводит к разрушению азеотропии, что представляет интерес для разработки технологий сепарации смесей хладагентов, содержащих озоноразрушающие компоненты и вещества с высокими потенциалами глобального потепления. Показано, что в циклах холодильных машин увеличение на 40% коэффициента теплопроводности хладагента за счет добавок углеродных нанотрубок ведет к повышению холодильного коэффициента на 20%. Разработанные подходы сокращают объёмы и сроки дорогостоящих экспериментальных исследований по выбору рабочих сред, для которых отсутствует информация о термодинамическом в широком диапазоне параметров состояния.