Дослідження термодинамічної ефективності низькотемпературних систем

Таблиця 4

Результати моделювання азеотропних сумішей холодильних агентів

Аналіз даних табл. 4 показує, що значення параметру c12 суттєво залежить від форми ЄРС, хоча для рівнянь ПР, РКВ і деяких сумішей їх величини близькі між собою. Рівняння стану ВВ, не дивлячись на задовільні прогностичні якості, не в змозі адекватно описати тиски в азеотропній точці, про що свідчать їх нереальні значення в табл. 4. В той же час рівняння ПР і РКВ дають в основному приблизно однакові значення paz.

Для суміші R22 - R12 та рівнянь ПР, РКВ параметр c12 є практично сталою величиною, що дає підстави рекомендувати його для розрахунків азеотропних станів цієї суміші в широкому діапазоні температур і складів.

У шостому розділі розглянуті особливості критичного стану чистої речовини, що одержані на основі строгих математичних співвідношень і загального термодинамічного підходу.

Узагальнення відомих співвідношень Планка - Гібса для аналітичного рівняння стану p=p(T,v) виконане на базі правила Максвела. За допомогою методу індукції вони розповсюджені на похідні довільного порядку та деякі нові ізолінії (лінії постійних значень внутрішньої u та вільної f енергії). Отримані рівності мають вигляд

 (21)

В виразі (21) індекси sat, c відносять термодинамічну функцію відповідно до насичення та критичного станів.

Аналогічні співвідношення одержані для зворотних похідних

(22)

Таким чином критична точка є точкою дотику n - го порядку (n = 1, 2, …) кривої пружності з ізохорою, ізоентропою, ізоентальпою, а також лініями постійних значень внутрішньої та вільної енергії. Це наукове положення доведено без застосування будь - якої моделі рівняння стану. Тому співвідношення (21), (22) повинні автоматично виконуватись для будь - якого ЄРС в його розрахунковій критичній точці. Останнє, вперше встановлене Васерманом О.А., робить зайвим використання окремого обмеження для правила Планка - Гібса при конструюванні ЄРС для робочих речовин.

Рівності (21) і диференціальні рівняння термодинаміки стали основою для дослідження особливостей ізохорної cv та ізобарної cp теплоємкостей речовин в критичному стані. Зокрема для теплоємкості cv доведена рівність

(23)

В критичній точці cvс > 0, тому з виразу (23) витікає відома перша критична умова (для частинної похідної першого порядку)

(24)

Коли навіть cvс , то з рівняння (23) маємо, що граничне значення невизначеності типу 0 дорівнює нулю.

Для ізобарної теплоємкості отримане співвідношення

(25)

Так як виходячи з експериментальних даних немає сумнівів, що для всіх речовин справедлива нерівність

(26)

то граничне значення невизначеності лівої частини (25) типу 0 дорівнює від'ємній скінченій величині.

Використовуючи формулу (25) та диференційні рівняння термодинаміки доведено, що в критичній точці має місце

(27)

звідки випливає друга критична умова (для частинної похідної другого порядку)

(28)

Таким чином вперше критичні умови (24), (28) одержані на основі диференційних співвідношень термодинаміки, нерівностей термічної стійкості та правила Планка - Гібса. Це дозволяє стверджувати, що вони мають загальний характер і є справедливими як для різних чистих речовин, так і для різних моделей ЄРС. Аналогічно з формулою (27) встановлений зв'язок в критичній точці між теплоємкістю cpс та похідною , що має вигляд

Останній вираз являє собою ще одну розкриту невизначеність типу 0.

Одною з головних проблем критичної точки є розкриття та аналіз виникаючих в ній невизначених форм, створених відношеннями різних похідних термодинамічних функцій. Можна умовно виділити два види невизначеностей. Перший обумовлений безмежними чи нульовими значеннями ряду термодинамічних функцій. До нього належать співвідношення наведені вище. Другий виник із-за відсутності математичного апарату для розкриття невизначеностей в відношеннях функцій двох змінних.

В даній роботі розкрити невизначеності, які можуть бути отриманими з загальних виразів для різних частинних похідних, зокрема з рівняння

(29)

Чисельник та знаменник в лівій частині рівності (29) в критичній точці приймають нульові значення. В той же час права частина цієї рівності, згідно з виразом (26), є ненульовою та скінченою величиною. Ця обставина дозволяє застосувати для розкриття невизначеності 0/0 в лівій частині відношення (29) розроблений для функцій двох змінних аналог правила Лопиталя.

Основні розкриті в роботі невизначеності мають наступний вигляд

;

,

,

Розкриті невизначені форми використані для доведення еквівалентності існуючих та знаходження нових наборів критичних умов.

В цьому розділі також наведений узагальнений алгоритм обчислення розрахункових значень критичних параметрів ЄРС чистих речовин. Він побудований на аналізі особливостей ліній перегину ізотерм у координатах тиск - об'єм.

ВИСНОВКИ

1. Аналітично встановлені взаємозв`язки між ексергетичним ККД системи та складаючих ії підсистем зменшують можливий діапазон зміни ККД системи, що веде до спрощення проектних досліджень і зіставлення альтернативних варіантів теплотехнічних установок.

2. Запропоновані класифікація вузлових точок, їх ознак, а також уніфікація імен елементів кріогенних систем і методів їх термодинамічних розрахунків сприяє розробці ефективних формалізованих алгоритмів розрахунку та аналізу схем низькотемпературних установок.

3. Отримані аналітичні співвідношення для обчислення верхньої температури інверсії речовин можуть бути використані для розробки узагальнених алгоритмів розрахунку параметрів кривої інверсії та аналізу якості рівнянь стану.

4. Запропонована методика аналізу підгоного параметру кубічного рівняння стану (КРС) з даних по парорідинній рівновазі дає можливість оцінити мінімальний об`єм експериментальної інформації, необхідний для моделювання термодинамічних властивостей малодосліджених речовин. Виконаний аналіз для трьохпараметричного КРС показав, що для отримання надійного значення цього параметру достатньо використати чотири - п'ять точок кривої пружності в районі нормальної температури кипіння.

5. Для будь - якого єдиного рівняння стану його критична точка є точкою дотику n - го порядку (n = 1, 2, …) кривої пружності з ізохорою, ізоентропою, ізоентальпою, а також лініями постійних значень внутрішньої та вільної енергії. Це наукове положення може розглядатися як розвиток і узагальнення відомого правила Планка - Гібса.

6. Різні набори критичних умов для чистих речовин можуть розглядатися як наслідок невизначених форм, які мають місце в критичній точці. Це положення дало змогу виявити нові набори критичних умов.

7. Отримані для двохпараметричних КРС безрозмірні значення об'ємів співіснуючих фаз і деяких інших термодинамічних функцій визначаються тільки формою рівняння стану і не залежать ні від його модифікації, ні від роду речовини. Цей аналітичний результат дозволяє визнати, що будь - яка модифікація двохпараметричного КРС не приводить до покращення опису парорідинної рівноваги. Крім того, він дозволив створити універсальні алгоритми розрахунку парорідинної рівноваги для різних видів КРС.

8. Запропонований спосіб умовної розбивки двопотокового теплообмінника по температурі зворотного потоку зменшив діапазон аналізованих температур і суттєво спростив алгоритм визначення працездатності апарату.

9. Аналіз працездатності теплообмінника може бути проведений перевіркою знаків похідної ексергетичних втрат по змінній, що однозначно визначає термодинамічні функції робочих речовин в перетині апарату. Якщо ця похідна в кожному перетині позитивна, то теплообмінний апарат є працездатним. У випадку від'ємного значення похідної в будь - якому перетині теплообмінник визнається непрацездатним.

10. Із виконаних аналітичних і чисельних досліджень витікає, що холодильний коефіцієнт простого детандерного циклу є полімодальною функцією тиску прямого потоку, глобальний максимум якої спостерігається при наближенні тиску прямого потоку до тиску зворотного потоку. Величина глобального максимуму для випадків ідеального детандеру та ідеальногазового робочого тіла дорівнює холодильному коефіцієнту зворотного циклу Карно.

11. Використання методу термодинамічної подібності речовин дало змогу встановити, що найбільше значення приведеної питомої холодопродуктивності ступені охолодження простого дросельного циклу на будь - якому робочому тілі, включаючи суміші, не може перевищувати значення приблизно рівного 3,86.

12. Результати прогнозування й моделювання азеотропних перетворень в бінарних сумішах, виконані на основі запропонованого методу максвеловських кривих, дозволяють проводити планування експерименту для пошуку ефективних робочих тіл дросельних мікрокріогенних систем.

13. Аналітично доведено, що відомі критичні умови можуть бути отримані на основі диференціальних рівнянь термодинаміки, умов термічної сталості та правила Планка - Гібса. Цей результат свідчить на користь припущення про значущість в критичній точці варіацій термодинамічного потенціалу включно до другого порядку.

14. Припущення про термічну сталість критичного стану чистих речовин та про те, що коефіцієнт Ріделя є скінчена величина більше за одиницю є необхідними та достатніми умовами для розкриття деяких невизначених форм, що мають місце в критичній точці.

15. Ізотерми всіх відомих форм єдиних рівнянь стану мають в навколокритичній області парорідинної рівноваги якісно аналогічний вигляд з ізотермами ван - дер - ваальсовського газу. Цей висновок, одержаний на основі чисельних експериментів, дає змогу спростити алгоритм знаходження розрахункових критичних параметрів єдиних рівнянь стану.

Головний зміст дисертації опубліковано в роботах

1. Лавренченко Г.К., Троценко А.В. Исследование оптимальных параметров рефрижераторного цикла Линде//Холодильная техника и технология.- 1976, вып. 23, с.54- 58.

2. Лавренченко Г. К., Троценко А. В. Определение максимума термодинамической эффективности цикла Линде // Известия вузов СССР - Энергетика. - 1976, № 11, с. 87 - 92.

3. Лавренченко Г. К., Троценко А. В. Анализ термодинамической эффективности цикла Линде на смесях веществ // Известия вузов СССР - Энергетика. - 1980, № 8, с. 71 - 76.

4. Лавренченко Г. К., Троценко А. В., Валякин В. Н., Анисимов В. Н., Сысоев А. М., Табачник Э. И. Энергетические характеристики рефрижераторного цикла Линде на бинарных смесях // Холодильная техника и технология. - 1981, вып. 32, с. 59 - 65.

5. Лавренченко Г. К., Троценко А. В. О формировании смесей веществ для дроссельных рефрижераторных систем // Холодильная техника и технология. 1981, вып. 32, с. 65 - 69.

6. Лавренченко Г. К., Троценко А. В. Термодинамическая эффективность дроссельного цикла на многокомпонентных рабочих телах // Холодильная техника и технология. - 1981, вып. 33, с. 47 - 50.

7. Рувинский Г. Я., Лавренченко Г. К., Троценко А. В. Метод термодинамического расчета элементов криогенных установок // Холодильная техника и технология. - 1981, вып. 33, с. 43 - 46.

8. Рувинский Г. Я., Лавренченко Г. К., Троценко А. В. Расчет фазового равновесия жидкость - пар по кубическим уравнениям состояния // Холодильная техника и технология. - 1982, вып. 35, с. 94 - 96.

9. Лавренченко Г. К., Троценко А. В., Табачник Э. И., Баклан О.В. Обобщенный алгоритм определения критических параметров чистых веществ на основе единых уравнений состояния // В кн. "Пути автоматизации электробытовых машин и приборов ". Киев.: Техника, 1982, с. 17 - 19.

10. Лавренченко Г. К., Троценко А. В., Табачник Э. И., Рувинский Г. Я., Валякин В. Н., Балабайченко В. И. Исследование фазовых равновесий в бинарных смесях с ограниченно смешивающимися компонентами // Холодильная техника и технология. - 1983, вып. 37, с. 38 - 44.

11. Лавренченко Г. К., Рувинский Г. Я., Табачник Э. И., Троценко А. В. Определение параметра разнородного взаимодействия уравнения Редлиха - Квонга - Вильсона для смесей холодильных агентов // Холодильная техника и технология.-1983, вып. 37, с.44- 47.

12. Лавренченко Г. К., Табачник Э. И., Троценко А. В. Метод расчета фазового равновесия жидкость - пар чистых веществ // Теплофизические свойства веществ и материалов / ГСССД, 1983, вып. 18, с. 41 - 46.

13. Додельцева Н.И., Лавренченко Г.К., Рувинский Г.Я., Табачник Э. И., Троценко А. В. Расчет и анализ q, T -диаграммы двухпоточного теплообменника на многокомпонентных рабочих телах // Холодильная техника и технология. - 1984, вып. 39, с. 61 - 65.

14. Табачник Э. И., Троценко А. В. Обобщенный алгоритм расчета кривой инверсии холодильных агентов // Холодильная техника и технология. - 1985, вып. 40, с. 58 - 62.

15. Лавренченко Г.К., Анисимов В.Н., Додельцева Н.И., Рувинский Г.Я., Табачник Э. И., Троценко А. В. Обобщенные алгоритмы расчета термодинамических свойств чистых фреонов и их смесей // Теплофизические свойства веществ и материалов / ГСССД, 1984, вып. 20, с. 33 - 55.

16. Рувинский Г. Я., Табачник Э. И., Троценко А. В. Метод вычисления плотности веществ по единому уравнению состояния при независимых переменных температуре и давлении // Теплофизические свойства веществ и материалов / ГСССД, 1985, вып. 22, с.134 - 140.

17. Троценко А. В., Табачник Э. И. Расчет q, T -диаграммы двухпоточного теплообменника // Холодильная техника и технология. - 1985, вып. 41, с. 33 - 36.

18. Троценко А. В. Исследование влияния технических потерь на оптимальные параметры дроссельного рефрижераторного цикла // Холодильная техника и технология. - 1985, вып. 41, с. 89 - 92.

19. Троценко А. В., Табачник Э. И. Метод анализа q, T -диаграммы двухпоточного теплообменника // Инженерно - физический журнал, 1986, т.1, № 1, с. 138 - 139.

20. Троценко А. В., Табачник Э. И. Определение предельной термодинамической эффективности дроссельного рефрижераторного цикла // Холодильная техника и технология. - 1987, вып. 44, с. 65 - 69.

21. Троценко А. В. Исследование теоретической холодопроизводительности простого детандерного цикла // Холодильная техника и технология. - 1987, вып. 45, с. 18 - 21.

22. Троценко А. В. Анализ взаимного положения экстремумов критериев термодинамической эффективности циклов // Холодильная техника и технология. - 1988, вып. 46, с. 44 - 46.

23. Троценко А. В., Табачник Э. И. Определение вида агрегатного состояния многокомпонентных систем // Холодильная техника и технология. - 1988, вып. 47, с. 23 - 26.

24. Табачник Э. И., Таран В. Н., Троценко А. В. Определение точек азеотропа по единому уравнению состояния // Теплофизические свойства веществ и материалов / ГСССД, 1988, вып. 24, с. 96 - 100.

25. Троценко А. В. Термодинамическая эффективность простого детандерного цикла // Холодильная техника и технология. - 1989, вып. 48, с. 24 - 26.

26. Троценко А. В. Термодинамические аспекты использования азеотропных смесей в дроссельных микрокриогенных системах // Холодильная техника и технология. - 1990, вып. 50, с. 57 - 60.

27. Троценко А. В. Определение числа независимых переменных при термодинамическом расчете схем установок // Холодильная техника и технология. - 1991, вып. 52, с. 62 - 65.

28. Троценко А. В. Сравнение моделей единых уравнения состояния при расчете простого дроссельного цикла // Холодильная техника и технология. - 1992, вып. 54, с. 65 - 69.

29. Троценко А. В. Анализ критериев термодинамической эффективности простого дроссельного цикла // Холодильная техника и технология. - 1994, вып. 56, с. 53 - 57.

30. Trotsenko A. V. Prediction and calculation of azeotropic behaviour from an equation of state // Fluid Phase Equilibria, 1997, v. 127, p. 123 - 127.

31. Троценко А. В. Обобщение соотношений Планка - Гиббса для уравнения состояния вещества // Журнал физической химии, 1998, т. 72, № 8, с. 1507 - 1509.

32. Троценко А. В. Термодинамические соотношения для критической точки чистого вещества // Журнал физической химии, 2001, т. 75, № 4, с. 586 - 589.

33. Троценко А. В. Раскрытие и анализ неопределенных форм в критической точке чистого вещества // Журнал физической химии, 2002, т. 76, № 5, с. 800 - 804.

34. Троценко А. В. Описание термодинамических свойств веществ уравнениями ван - дер - ваальсовского типа // Технические газы, 2002, №1, с.52 - 57.

35. Троценко А. В. Уравнение состояния технических газов // Технические газы, 2002, № 2, с.57 - 62.

36. Троценко А. В. Моделирование термодинамических свойств малоисследованных веществ // Технические газы, 2002, № 3, с.33 - 39.

37. Вассерман А. А., Бодюл С. В., Троценко А. В., Лавренченко Г. К. Программное обеспечение проектирования воздухоразделительных установок // Технические газы, 2003, № 1, с.43 - 50.

38. Троценко А. В. Прогнозирование азеотропных превращений на основе кубических уравнений состояния // Технические газы, 2003, № 1, с.51 - 57.

39. Троценко А. В. Анализ работоспособности многопоточных теплообменных аппаратов // Технические газы, 2003, № 2, с. 9 - 15.

40. Троценко А. В., Валякина А. В. Определение критических параметров чистых веществ из единых уравнений состояния // Технические газы, 2005, № 4, с.50 - 55.

41. Троценко А. В., Валякина А. В. Формализация определения термодинамических свойств рабочих тел из единых уравнений состояния // Технические газы, 2006, № 4, с.55 - 58.

42. Рабочая смесь для дроссельной рефрижераторной системы: А. с. 666854 СССР, МКИ С 09 К 5/00 / Г.К. Лавренченко, В.С. Зиновьев, А.М. Сысоев, В.Н. Валякин, Н.И. Артеменко, А.В.Троценко (СССР). - № 2418657/23 - 26. Заявл. 09.11.76. Бюл. № 7. - 4 с.

43. Рабочая смесь для дроссельных рефрижераторных систем: А. с. 966107 СССР, МКИ С 09 К 5/00 / Г. К. Лавренченко, А. В.Троценко, В. Н. Анисимов А. В. Егоров, А. М. Сысоев, В. Н. Валякин, (СССР). - № 3273211/23 - 26. Заявл. 06.01.81. Опубл. 15.10.82. Бюл. № 38. - 2 с.

44. Лавренченко Г.К., Троценко А.В., Рувинский Г. Я., Табачник Э. И., Анисимов В. Н. Анализ и оптимизация энергетических характеристик дроссельных рефрижераторов на уровень охлаждения 150 К, работающих на расслаивающихся смесях // Деп. в УкрНИИНТИ 09.08.1983, №914 Ук - Д83.

45. Лавренченко Г. К., Троценко А. В. Анализ термодинамической эффективности цикла Линде на смесях веществ // Тезисы докладов совещания секции "Разработка методов сублимационного и криогенного консервирования пищевых продуктов и биологических материалов". Киев, 10 - 12 мая 1979 г.

46. Лавренченко Г. К., Троценко А. В., Табачник Э. И., Рувинский Г. Я. Метод расчета критических параметров и фазовых равновесий бинарных смесей криоагентов // Тезисы докладов III-ей Всесоюзной научно - технической конференции "Криогенная техника - 82".

47. Додельцева Н.И., Рувинский Г.Я., Табачник Э. И., Троценко А. В. Обобщенные алгоритмы расчета дроссельных циклов // Тезисы докладов Всесоюзной научно - технической конференции "Микрокриогенная техника - 84". М.: Цинтихимнефтемаш, 1984, с.33.

48. Троценко А. В. Определение числа независимых переменных при термодинамической оптимизации циклов криогенной техники // Тезисы докладов Всесоюзной научно - практической конференции "Интенсификация производства и применения искусственного холода". Л.: 1986, с. 94.

49. Троценко А. В. Анализ взаимосвязи между эксергетическими КПД системы и ее элементов // Материалы 60-й научно - технической конференции "Теория и практика вузовской науки", Одесса, ОГАХ, 1995, с. 50.

50. Троценко А. В. Термодинамический анализ работоспособности многопоточных теплообменных аппаратов // Сборник трудов 2-й международной научно - технической конференции "Современные проблемы холодильной техники и технологии", Одесса, 2002. - С. 157 - 158.

51. Троценко А. В. Анализ составляющих эксергетических потерь теплообменных аппаратов // Сборник научных трудов 4-ой международной научно - технической конференции "Современные проблемы холодильной техники и технологии", Одесса, 2005, с. 129.

52. Троценко А. В., Валякина А. В. Унификация программного обеспечения для расчета термодинамических свойств рабочих тел // Збірник наукових праць Міжнародної науково - технічної конференції "Промисловий холод і аміак", Одеса, 2006, с. 107.

Анотація

Троценко О.В. Дослідження термодинамічної ефективності низькотемпературних систем - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.14 - Холодильна та кріогенна техніка, системи кондиціонування. - Одеська державна академія холоду, - Одеса, 2006.

Дисертація присвячена розвитку термодинамічних основ дослідження та проектування кріогенних систем. Розглянуті питання, пов'язані з вибором критеріїв термодинамічної ефективності, які включають аналіз залежностей між оптимальними параметрами при різних цільових функціях, особливості застосування ексергетичних втрат в якості критерія, встановлення взаємозв'язку між ексергетичними ККД системи та ії елементів. Запропонована формалізація термодинамічної моделі теплотехнічної системи. Отримане співвідношення для розрахунку числа незалежних змінних при термодинамічному розрахунку та оптимізації схем. Наведені розроблені алгоритми вирішення типових термодинамічних задач кріогенної техніки, таких як розрахунки парорідинної рівноваги чистих речовин, визначення виду агрегатного стану робочих тіл, знаходження параметрів кривої інверсії, встановлення працездатності теплообмінників. Проведено аналітичне дослідження дросельного та детандерного циклів при різних критеріях термодинамічної ефективності. Представлено запропонований метод розрахунку та прогнозування з єдиних рівнянь стану азеотропних перетворень в робочих тілах, що значно спрощує вирішення цих задач за рахунок умовної заміни суміші на псевдочисту речовину. Виконане прогнозування бінарних азеотропних сумішей для дросельних мікрокріогенних систем на азотний рівень охолодження. Одержано узагальнення співвідношень Планка - Гібса для критичної точки чистої речовини. Розкриті та проаналізовані невизначені форми в критичній точці чистої речовини, що дало змогу встановити нові набори критичних умов.

Ключові слова: низькотемпературні системи, термодинамічний аналіз, оптимізація, алгоритм, робоче тіло, термодинамічні властивості.

АННОТАЦИЯ

троценко А.В. Исследование термодинамической эффективности низкотемпературных систем - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.14 - Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования. - Одесская государственная академия холода, - Одесса, 2006.

Диссертация посвящена развитию термодинамических основ исследования и проектирования криогенных систем. Рассмотрены вопросы, связанные с выбором критериев термодинамической эффективности, которые включают анализ зависимостей между оптимальными параметрами при различных целевых функциях, особенности применения эксергетических потерь в качестве критерия, установление взаимосвязи между эксергетическими КПД системы и ее элементов. Предложена формализация термодинамической модели теплотехнической системы. Получено выражение для расчета числа независимых переменных при термодинамических расчетах и оптимизации схем. Приведены созданные алгоритмы решения типовых термодинамических задач криогенной техники, таких как расчет парожидкостного равновесия чистых веществ, определение агрегатного состояния рабочих тел, нахождение параметров кривой инверсии, установление работоспособности теплообменников. Проведено аналитическое исследование дроссельного и детандерного циклов при различных критериях термодинамической эффективности. Представлен предложенный метод расчета и прогнозирования из единых уравнений состояния азеотропных превращений в смесях, который значительно упрощает решение этих задач за счет условной замены смеси на псевдочистое вещество. Выполнено прогнозирование бинарных азеотропных рабочих тел для дроссельных микрокриогенных систем на азотный уровень охлаждения. Получено обобщение соотношений Планка - Гиббса для критической точки чистых веществ. Раскрыты и проанализированы неопределенные формы в критической точке чистого вещества, что дало возможность установить новые наборы критических условий.

Ключевые слова: низкотемпературные системы, термодинамический анализ, оптимизация, алгоритм, рабочее тело, термодинамические свойства.

ABSTRACT

Trotsenko A.V. Investigation of thermodynamic efficiency of low temperature systems. - Manuscript.

Dissertation for the Doctor of Technical Science Degree by specialty 05.05.14 - Refrigeration and cryogenics engineering, conditioning systems. - Odessa State Academy of Refrigeration, - Odessa, 2006.

The dissertation is devoted to the development of thermodynamic fundamentals aimed for investigations and designing of cryogenic system. Some problems, connected with choice of thermodynamic efficiency criteria, are considered. They involve analysis of dependence between optimal parameters determined at various criteria, usage exergetic losses as criterion, evaluation of system's exergetic efficiency relations with the efficiencies of its elements. The formalization for thermodynamic model of cryogenic system is suggested. The common expression for determination of independent variable number in thermodynamic calculations and optimization was obtained. Created general algorithms for solutions of typical thermodynamic tasks such as vapour - liquid equilibrium of pure substance, estimation of aggregate state of working substance, calculation of inversion curve parameters, determination of availability of heat exchangers are presented. The analytical investigations of throttle and expander cycles at various criteria are carried out. The method of prediction and calculation of azeotropic behaviour without performing mixture vapour - liquid equilibrium calculations is presented. The prediction results for binary azeotropic working substance of microcryogenic systems for nitrogen temperature level are shown. The generalization of Planck - Gibbs relations for the critical point of pure substances is obtained. The evaluation of some indefinite forms at the critical point of pure substances is carried out. This gives the possibility to make known new sets of critical conditions. Key words: low temperature systems, thermodynamic analysis, optimization, algorithm, working substance, thermodynamic properties.

Размещено на Allbest.ur