CC BY
60
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.
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
С древних времен пресную воду, в очень ограниченных количествах, получали путем сбора сконденсированных капель из воздуха в результате естественного суточного радиационного охлаждения земной поверхности (охлаждение в ночное время пористых камней с образованием росы). Например, в Нуакшоте (Мавритания) средняя месячная температура в мае-октябре составляет 27-30 °С, относительная влажность 60-80 %. Это означает, что в каждом кубическом метре воздуха содержится 20-24 г воды. При понижении температуры на 10-15 °С из каждого кубического метра можно выделить 10-14 г воды. В Израиле, например, 190-200 ночей характеризуются выгодными условиями для получения пресной воды из атмосферного воздуха (в Ашдоте, Тель-Авиве очень часто летом бывает 100 %-ная влажность воздуха) [2].
Для повышения эффективности процессов конденсации паров воды используют интенсифицирующие элементы - холодоаккумуляторы (щебень), тепловые трубы, обеспечивающие передачу тепла на значительные расстояния и систему сорбентов, работающих в циклическом режиме «зарядки-разрядки» [2].
Наибольшие перспективы имеют методы, связанные с работой автономных генераторов искусственного холода - холодильных машин, которые гарантировано обеспечивают температуру ниже точки росы. Известно, что для получения 1 литра воды требуется затратить около 1 кВт-ч электроэнергии. При холодильном коэффициенте компрессионной холодильной машины, равном 3, на производство 1 литра воды будет затрачивается энергия ~ 0,33 кВт-ч. В тоже время применение компрессионных установок перспективно только для производительности до 3-4 литров воды в час. При более высокой производительности происходит существенное возрастание габаритов установки. В среднем с потока 1 кг/с воздуха получают ~ 10 г/с воды.
Необходимым условием работы компрессионной холодильной машины является наличие электрической энергии. В тоже время подавляющее число
стран, испытывающих дефицит воды, ограничены и в энергоресурсах. Едва ли не единственным доступным источником энергии у них является солнце.
Очевидным решением в этой ситуации становится применение теплоиспользующих холодильных машин (ТХМ), работающих от солнечных коллекторов. Известные ТХМ не вредят окружающей среде, поскольку используют природные рабочие тела и имеют минимальные потребности в электрической энергии (для работы циркуляционного насоса). Анализ режимных характеристик ТХМ показал, что основные проблемы, которые надо решить при использовании их в системах получения воды - во-первых, разработать конструкции ТХМ с воздушным охлаждением теплорас-сеивающих элементов, а во-вторых, предложить цикл, который можно было бы реализовать в условиях тропических температур наружного воздуха и уровне температур традиционных водяных солнечных коллекторов (80-100 °С).
В таких условиях наибольшие перспективы имеют абсорбционные водоаммиачных холодильных машин (АВХМ), которые позволяют провести необходимую модификацию цикла. На первом этапе разработок систем получения воды из воздуха на базе АВХМ были проведены расчеты циклов и определен диапазоны рабочих концентраций заправки рабочего тела.
Вывод: Проблема получения воды из атмосферного воздуха является актуальной, а для ее решения перспективным направлением является использование модернизированной АВХМ с солнечными коллекторами.
Библиографические ссылки
1. Алексеев В. В., Чекарев К. В. Получение пресной воды из влажного воздуха // Аридные экосистемы. 1996. Т. 2. № 2-3.
2. Перельштейн Б. Х. Новые энергетические системы. Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2008.
© Ищенко И. Н., Титлов А. С., 2011
УДК 621.325.5
Е. В. Кулаков Научный руководитель - Н. Г. Измайлова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СХЕМЫ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА С ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ.
Предложена методика определения минимального значения углового коэффициента луча процесса в помещении для оценки возможности использования данной схемы.
Особенность данной схемы обработки воздуха заключена в том, что нет необходимости включать в процесс работы калорифер второго подогрева. Функцию калорифера в данной схеме обработки воздуха выполняет рециркуляционный воздух, подмешиваемый к воздуху, прошедшему дождевое пространство (оросительную камеру). В отличие от рециркуляци-
онного воздуха, подмешиваемого к наружному воздуху до дождевого пространства, этот воздух приято называть воздухом второй рециркуляции.
Поскольку в данной схеме нет калорифера второго подогрева то, представленная схема обработки воздуха имеет некоторые экономические и эксплуатационные преимущества. Однако следует учитывать, что
