CC BY
57
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
гидроизолированная. Компенсирующая штанга размещена в корпусе, следовательно, обе штанги находятся в одинаковых температурных условиях, что обеспечивает термокомпенсированность измерительного узла. Таким образом, момент трения, воспринимаемый измерительным диском от жидкости, закрученной рабочим колесом, воспринимается штангой и чувствительными элементами моста Уитстона, Чувствительные и компенсирующие элементы моста Уит-стона размещены в корпусе, в свою очередь, прикреплённого через уплотнение к корпусу измерителя крутящего момента. Такое размещение позволяет герметизировать конструкцию измерителя, что дает возможность проводить испытания с различными рабочими жидкостями и позволяет избавиться от узлов уплотнений, что существенно повышает точность
измерения крутящего момента. Для работы в различных диапазонах измерения крутящего момента, предусмотрено два типоразмера штанг, имеющих различную жесткость (Б = 1,5 мм и £ = 3 мм). Входы и выходы проводов моста Уитстона продеты через специальные отверстия в стакане и пробках и залиты эпоксидной смолой для герметизации узла.
Обе штанги оттарированы в рабочем диапазоне изменения крутящего момента (до 4,8 Н-м). Построены тарировочные графики и получены уравнения зависимости выходного напряжения от воспринимаемого измерительным диском крутящего момента.
© Горошко В. С., Черненко Е. В., Кишкин А. А., 2011
УДК 621.56
А. В. Делков, А. А. Ходенков Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Рассматриваются проблемы и цели создания математической модели холодильной машины как инструмента проектирования и оптимизации. Приводится процесс построения модели. Анализируются возможные решаемые при помощи модели задачи.
Пятьдесят лет назад в распоряжении проектировщика холодильных машин было два инструмента -логарифмическая линейка и опыт. На основе этого возможно было создать работающую машину под конкретные условия, но задача ее оптимизации усложнялась. Для решения оптимизационных задач, когда необходимо проанализировать несколько вариантов компоновки машины и выбрать наиболее эффективный, необходим другой инструмент - математическая модель.
В основе математической модели холодильной установки лежит описание происходящих в ее элементах процессов. Модель опирается на две расчетные части - геометрические и термодинамические параметры машины, связанные уравнениями сохранения энергии и массы.
С помощью модели можно спрогнозировать изменение параметров работы установки при изменении внешних факторов, оценить взаимовлияние геометрии и энергетических характеристик.
Модель позволяет решить две задачи проектирования - прямую и обратную. Прямая задача - по заданным параметрам температур и тепловых потоков подобрать конфигурацию оборудования.
Исходные данные для решения прямой задачи: температура в камере, температура окружающей среды, тепловой поток на испаритель, диаграмма хладагента.
Решение прямой задачи ведется по следующему алгоритму - по заданным температуре в камере и температуре окружающей среды с учетом назначен-
ных температурных напоров строится цикл работы и вычисляются его удельные параметры. По построенному циклу находится геометрия теплообменников, дроссельной трубки, подбирается компрессор. В целях автоматизации расчетов алгоритм построения цикла реализован с использованием полуэмпирических корреляций для нахождения давлений, энтальпий и температур. Корреляции получены на основе таблиц параметров фреона Я22. Алгоритм реализован в программу расчета, написанную на языке С#.
Прямая задача - стандартная задача проектирования, - результатом расчета имеет параметры и геометрию установки лишь для конкретных условий. Как изменится цикл при изменении температуры окружающей среды или замене теплообменника, - эти вопросы решаются при рассмотрении обратной задачи проектирования.
Обратная задача - по заданным геометрическим параметрам машины и условиям окружающей среды построить цикл работы и определить энергетические параметры.
Исходные данные для решения обратной задачи: геометрия теплообменников, параметры дроссельной трубки, объемный расход компрессора, температура окружающей среды, тепловой поток на испаритель.
Формально решение обратной задачи должно вестись с учетом начального положения системы - при отключенном компрессоре, через процедуру выхода на режим. Для этого была построена конечно-разностная модель холодильной машины. Машина представлена компрессором 1, теплообменниками 2, 4,
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
дроссельной трубкой 3 и промежуточным сосудом 5 (см. рисунок). Решение модели в конечных разностях ведется из начальной точки. При старте машины учитываются параметры изменения давления в теплообменниках, расхода через систему и тепловых потоков.
01
Модель холодильной установки
Алгоритм решения обратной задачи следующий. В начальном положении во всей системе установлены давление и температура равновесия. Температуры в камере и окружающей среды выровнены. Шаг времени в модели - 1 секунда. Из точки равновесия системы газ сжимается в компрессоре и подается в конденсатор, где устанавливаются новые параметры (давление и температура повышаются). Вследствие появившегося температурного напора на конденсаторе начинается процесс теплообмена, часть газообразного
фреона переходит в жидкое состояние. Далее рабочее тело подается на дроссельный вентиль, на выходе из которого давление и температура снижаются. После смешения в конденсаторе устанавливаются новые параметры хладагента, появляется температурный напор, вследствие чего возможен теплосъем из камеры. При замкнутом объеме камеры это приведет к снижению в ней температуры. Из испарителя хладагент подается в промежуточный сосуд, соответственно давление и температура в нем снижаются. Новый шаг в модели будет происходить уже с измененными начальными параметрами.
Таким образом, давление и температура в конденсаторе будут повышаться, в испарителе - снижаться до тех пор, пока система не выйдет на режим. В режимном цикле давления на выходе из компрессора и в испарителе равны.
Из рассмотрения процедуры старта из разных начальных точек и с разной конфигурацией оборудования можно получить различные температуры кипения и конденсации хладагента, а значит и различные режимы работы. Из анализа энергоэффективности серии таких циклов можно найти оптимальный.
В настоящее время работы по построению моделей и алгоритмов анализа рабочих процессов и их зависимостей от геометрии и параметров окружающей среды продолжается. Планируется получить эффективный инструмент оптимизации холодильной машины.
© Делков А. В., Ходенков А. А., Кишкин А. А., 2011
УДК 621.56
И. Н. Ищенко Научный руководитель - А. С. Титлов Одесская национальная академия пищевых технологий, Одесса, Украина
РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА БАЗЕ ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩИХ АБСОРБЦИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
Оцениваются проблемы и перспективы получения воды из атмосферного воздуха. Предлагается использование модернизированной абсорбционной водоаммиачной холодильной машины с солнечными коллекторами.
Большая часть земли покрыта водой, но только 3 % - пресная. Но и из этой части 99,3 % находится в виде льда, а половина того, что осталось, - под землей. Проблема дефицита и качества питьевой воды становится все актуальней для многих регионов мира. По заключению экспертов ООН хуже всего обеспечены пресной водой страны Ближнего Востока, Африки, Средней Азии, Мексики и Северного Китая, а сложности с обеспечением населения чистой пресной водой существуют в Бельгии, Индии, Пакистане, Туркмении, Австралии, Казахстане, Узбекистане, также в некоторых районах США, Испании, России и Украины. Например, в Израиле на человека приходится двести кубометров пресной воды ежегодно, тогда как по нормам ООН должно быть пятьсот кубометров воды. Пресная вода стремительно превращается в дефицитный природный ресурс. По разным оценкам, в воздухе содержится от 12 до 16 тыс. км3
влаги (или 0,000 012 % всей воды на Земле). По данным работы [1] средняя абсолютная влажность близ земной поверхности составляет 11 г/м3, а в тропических регионах она доходит до 25 г/м3 и выше. Большое количество стран тропического пояса страдает от отсутствия пресной воды, хотя ее содержание в атмосфере весьма значительно. Например, в Джибути втечение всего года практически не бывает дождей, но абсолютная влажность составляет 18-24 г/м3. Количество воды, проносящейся над каждым квадратом в 10 км2 Аравийской пустыни или Сахары, равно по объему озеру площадью 1 км2 и глубиной 50 м [2].
Таким образом проблема получения воды из атмосферного воздуха - актуальная научная и практическая задача, которая до настоящего времени не нашла своего решения, а большинство технических предложений остаются на уровне патентов.
