1. 2. 3. 4. 5. 6.ittf.kiev.ua/wp-content/uploads/2019/08/zhurnal.pdf · xІ МІЖНАРОДНА...

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ТЕХНІЧНОЇ ТЕПЛОФІЗИКИ НАН УКРАЇНИ

ТЕПЛОФІЗИКА ТА ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКА

МІЖНАРОДНИЙ

НАУКОВО-ПРИКЛАДНИЙ ЖУРНАЛ

Виходить 4 рази на рік Заснований в 1979 р.

Том 41, № 5, 2019 Головний редактор – Снєжкін Ю.Ф.

Редакційна колегія: Долінський А.А. – почесний головний рекдактор Авраменко А.О. Бабак В.П. – заступник головного редактора Басок Б.І. Бондаренко Б.І. Василенко С.М. Горобець В.Г. Клименко В.Н. Круковський П.Г. Кудря С.О. Письменний Е.Н. Фіалко Н.М. Халатов А.А. Шморгун В.В. – відповідальний секретар Редакційна рада: Акулич О.В. (Білорусь) Балтренас П.Б. (Литва) Ліграні П. (США) Міховскі М. (Болгарія) Пошкас С. (Литва) Піоро І.Л. (Канада) Сайред Н. (Великобритания)

NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF

UKRAINE INSTITUTE OF ENGINEERING

THERMOPHYSICS

THERMOPHYSICS AND THERMAL POWER ENGINEERING

INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND

APPLIED JOURNAL

Published 4 times a year

Founded in 1979

Volume 41, No 5, 2019 Editor in Chief – Yu. Snezhkin

Editorial Board Members: A. Dolinsky – Honorable Editor A. Avramenko V. Babak – Associated Editor B. Basok B. Bondarenko S. Vasylenko V. Gorobec V. Klimenko P. Krukovsky S. Kudrya Ye. Pysmennyy N. Fialko A. Khalatov V. Shmorgun – Responsible Secretary Advisory Editorial Board: A. Akulich (Belarus) P. Baltrenas (Lithuania) P. Ligrani (USA) M. Mitko (Bulgary) P. Poskas (Lithuania) I. Pioro (Canada) N. Syred (United Kingdom)

1

XІ МІЖНАРОДНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ТЕПЛОФІЗИКИ ТА ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ» 21 – 22 травня 2019 року, м. Київ

КОНФЕРЕНЦІЯ ПРИСВЯЧЕНА:

100-РІЧЧЮ З ДНЯ НАРОДЖЕННЯ АКАДЕМІКА АН УРСР КРЕМНЬОВА ОЛЕГА ОЛЕКСАНДРОВИЧА

135-РІЧЧЮ НАЦІОНАЛЬНОМУ УНІВЕРСИТЕТУ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ОРГАНІЗАТОРИ КОНФЕРЕНЦІЇ • Інститут технічної теплофізики НАН України • Національний університет харчових технологій

ЗА ПІДТРИМКИ: • Національної академії наук України • Міністерства освіти і науки України • Державного агентства з енергоефективності та енергозбереження України • Міністерства регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального гос-

подарства України • Міністерства енергетики та вугільної промисловості України • Комітету Верховної Ради України з питань паливно-енергетичного комплексу,

ядерної політики та ядерної безпеки • Київської міської державної адміністрації • Рівненської обласної державної адміністрації • Національного технічного університету України «Київський політехнічний інсти-

тут ім. І. Сікорського» • Київського національного університету будівництва та архітектури • Національного авіаційного університету • Національного університету біоресурсів і природокористування України • Національного комітету з тепломасообміну

ПРОГРАМА На конференції передбачені пленарні засідання, секції з усними доповідями.

ПРОБЛЕМАТИКА КОНФЕРЕНЦІЇ 1. Фундаментальні дослідження в теплофізиці і теплоенергетиці 2. Відновлювані та альтернативні джерела енергії 3. Енергоефективні теплотехнології 4. Моніторинг і автоматизація в промисловості 5. Комунальна і промислова теплоенергетика 6. Екологоенергетичне обладнання для харчовоїпромисловості

2

ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ КОМІТЕТ Співголови:

Снєжкін Ю.Ф. академік НАН України, директор ІТТФ НАН України Долінський А.А. академік НАН України, почесний директор ІТТФ НАН України Українець А.І. професор, доктор технічних наук, ректор НУХТ

Заступники голови:

Авраменко А.О. чл.-кор. НАН України, заст. директора ІТТФ НАН України Бабак В.П. чл.-кор. НАН України, заст. директора ІТТФ НАН України Шевченко О.Ю. професор, доктор технічних наук, проректор з наукової роботи НУХТ, в. о. зав. каф. Бессараб О.С. професор, кандидат технічних наук, проректор з навчально-виробничої діяльності та розвитку НУХТ, в.о. зав. кафедрою

Науковий секретар конференції:

Сергієнко Р.В. канд. техн. наук

Виконавчий секретар конференції: Олійник Л.В.

3

РІШЕННЯ КОНФЕРЕНЦІЇ

РІШЕННЯ XІ МІЖНАРОДНОЇ КОНФЕРЕНЦІЇ

«ПРОБЛЕМИ ТЕПЛОФІЗИКИ ТА ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ» 21 - 22 травня 2019 р., Київ, Україна

Організатори конференції: Інститут технічної теплофізик и НАН України Національний університет харчових технологій МОН України В роботі ХІ Міжнародної конференції «Проблеми теплофізики та промислової

теплоенергетики» брали участь керівники, вчені, провідні фахівці, аспіранти з Інс-титуту технічної теплофізики НАН України, Національного університету харчових технологій МОН України, Національного технічного університету «Київський полі-технічний інститут» ім. Ігоря Сікорського МОН України, Інституту відновлюваної енергетики НАН України, Національного технічного університету «Харківський по-літехнічний інститут» МОН України, Харківського національного університету міського господарства ім. О.М. Бекетова, Харківського національного університету будівництва та архітектури, Одеського національного морського університету, Інс-титуту газу НАН України, Уманського національного університету садівництва, Одеської національної академії харчових технологій, Інституту хімії високомолеку-лярних сполук НАН України, Національного університету біоресурсів і природоко-ристування України МОН України, Київського національного університету будів-ництва та архітектури, Чернівецького торговельно-економічного інституту Київсь-кого національного торговельно-економічного університету, Інституту прикладної фізики (м.Кишинів, Республіка Молдова), ДП «УКРМЕТРТЕСТСТАНДАРТ», ВКП «Чернівецький завод теплоізоляційних матеріалів», ТОВ «Ротор-Суми», ТОВ Бар-кор (м.Київ), корпорації «Лотсленд» (КНР).

Працювало 6 тематичних секщй: 1. Фундаментальні дослідження в теплофізиці і теплоенергетиці. 2. Відновлювальні та альтернатвні джерела енергії. 3. Енергоефективні теплотехнології. 4. Моніторинг і автоматизація в промисловості. 5. Комунальна і промислова теплоенергетика. 6. Екологоенергетичне обладнання для харчової промисловості. Учасники конференції представили 142 наукові доповіді, з них 8 на пленарно-

му засіданні. На тлі посилення загроз і зростання нестабільності у світі постають нові вик-

лики міжнародній безпеці у сировинній, енергетичній, фінансовій, інформаційній, екологічній і продовольчій сферах.

Створений в Україні потужний науково-технічний і кадровий потенціал еко-логоенергетичного сектору промисловості є національним надбанням. Ефективне використання енергетичного потенціалу є необхідною умовою переходу на шлях сталого розвитк у країни і забезпечення достатнього рівня добробуту населення. Для цього необхідно закласти основи стабільного і надійного екологічного забезпечення суспільства з науково аргументованою та обгруртованою енергетичною політикою.

4


Науково-технічна політика держави у сфері енергетики повинна опиратись на прогресивні досягнення фундаментальних та прикладних наук в сфері енергетики. При цьому базовим підходом і найвищим пріоритетом повинна стати вимога до підвищення ефективності використання природних ресурсів і створення необхідних умов для переведення економіки країни на еколого- та енергозберігаючий шлях роз-витку.

Учасники конференції рекомендують вважати пріоритетними наступі завдан-ня з проблем теплофізики та теплоенергетики:

1. Фундаментальні дослідження в галузі теплофізики та теплоенергетики (ін-тенсифікація теплообміну в каналах, теплові процеси при кипінні та конденсації, теплообмін в наносистемах і мікроканалах, горіння палив, процеси теплопровідності при складних граничних умовах, нові схеми плівкового охолодження). Нові наукові результати охоплюють фізичну структуру потоків, уточнені методи розрахунку теп-лообміну та гідродинаміки і досконалі моделі теплопереносу.

2. Рекомендується продовження та розвиток фундаментальних досліджень за наступними науковими напрямками: інтенсифікація теплообміну в елементах енер-гетичного обладнання, нові технології охолодженя високотемпературних енергетич-них установок, екологічно чисті технології спалювання традиційних і альтернатив-них палив, теплообмін і гідродинаміка в нано- і мікроканалах.

3. Впровадження заходів з підвищення екологоенергетичної ефективності вже побудованих споруд та розроблення інноваційного дизайну нових із застосуванням енергозберігаючих технологій, зокрема, розвиток інформаційно-вимірювальних сис-тем моніторингу енергетичних показників об'єктів дослідження.

4. Розвиток методів та створення засобів діагностування стану обладнання ТЕС і ТЕЦ, в тому числі і таких, що використовують відновлювані джерела енергії, для попередження виникнення аварійних ситуацій та забезпечення штатних режимів його функціонування, та моніторингу екологічного стану довкілля поблизу ТЕС для реалізації концепції інтелектуальної екологічнобезпечної енергетичної системи, яка здатна працювати разом з об'єднанням енергосистеми країн ЄС.

5. Розроблення та впровадження методик та засобів вимірювання теплофізич-них характеристик нових матеріалів для космічної техніки та енергетичного маши-нобудування.

6. Розвиток і вдосконалення виробничо-технологічної бази децентралізованої (малої) енергетики шляхом заміни або модернізації фізично і морально застарілого теплоенергетичного устаткування більш ефективним, в т.ч. розробка і впровадження теплоенергетичного устаткування для спалювання місцевих енергетичних ресурсів (деревини, торфу, органічних відходів промислового і сільськогосподарського ви-робництва тощо).

7. Широке залучення до паливного циклу вторинних і відновлювальних енергоресурсів біомаси, геотермальної енергії і ін.

8. Розробка законодавчих норм та організаційних заходів зі створення ринку біопалив в Україні, державних стандартів України на тверде біопаливо, стимулю-вання в Україні виробництва і використання біометану, а також впровадження сис-теми сертифікації та контролю якості біопалива.

5


9. Розробка законодавчих змін щодо диференціації встановлення зеленого та-рифу для електроенергії виробленої з біогазу в залежності від потужності установок.

10. Впровадження комбінованого виробництва теплоти та електроенергїї в установках малої та середньої потужності (когенерація) в промисловості та кому-нальному господарств.

11. Заслухавши і обговоривши доповіді варто відмітити, що в умовах пос-тійного зростання цін на енергоносії, необхідно максимально підтримати роботи, які направлені на економію і заміну використання природного газу в комунальній енер-гетиці.

12. Підписані Україною угоди про асоціацію з ЄС і, відповідно, перспективи введення норм ЄС на викиди в навколишнє середовище від енергоустановок та в першу чергу Директив 2010/75 ЄС та Директив 2010/87 ЄС, роблять необхідними і актуальними роботи по скороченню викидів шкідливих речовин в атмосферне по-вітря. Цей напрямок також логічно доповнити комплексом робіт з розробки та впро-вадження вимірювальних приладів та комплексів моніторингу викидів у довкілля.

13. Розроблення державної програми інновацшного розвитку теплоенергетики України на базі концепції Smart Grid з провадженням нових технологій, які забезпе-чують маневреність і керованість енергосистеми та її об'єктів, а також інтелектуаль-них систем вимірювання, контролю, обліку, діагностування і управління, які охоп-люють розподілену генерацію, передавання, розподіл та споживання теплової енергії.

14. Розроблення та прийняття концепції «Інтелектуальних тепломереж Украї-ни» та забезпечення реформування мереж на її основі. Створення пілотних проектів «Інтелектуальних тепломереж України» з вибором комплексу взаємопов'язаних рішень щодо генеруючого обладнання, автоматизованих систем керування, прог-рамного забезпечення, засобів збору і передавання інформації та реалізація проектів у режимі дослідно-промислової експлуатації з метою отримання розрахункових па-раметрів системи, техніко-економічних показниюв, а також аналізу та узагальнення досвіду експлуатації з подальшою їх повномасштабною реалізацією.

15. Вперше започатковано секцію «Екологоенергетичне обладнання для хар-чової промисловості» дозволяє піднімати та вирішувати питання екології в харчовій промисловості, які, зазвичай, ускладнюються з причини високих енерговитрат існу-ючого обладнання.

16. Важливим першочерговим завданням в області екології оточуючого сере-довища є створення нових економічно привабливих енерго- та ресурсозберігаючих технологій та обладнання. Для залучення на наступні конференції більш широкого кола науково-технічних співробітників в області екологічно чистої енергетики про-понується наступна назва секції: "Екологоенергетичні проблеми в харчовій і пере-робній промисловості та АПК".

17. У ході навчального процесу профільних за тематикою конференції ВНЗ України знайомити студентів з результатами актуальних досліджень в галузі тепло-фізики і теплоенергетики.

18. Залучати провідних учених ІТТФ НАН України до навчального процесу НУХТ МОН України. Продовжити практику виконання студентами бакалаврських та магістерських робіт на лабораторній базі ІТТФ НАН України.

6


19. Підтримувати проведення спільних науково-дослідних робіт ІТТФ НАН України та НУХТ МОН України.

20. Використовувати науковий потенціал і матеріально-технічну базу ІТТФ НАН України з метою підвищення кваліфікації викладачів НУХТ МОН України.

21. Продовжити практику проведення спільних конференцій ІТТФ НАН України та НУХТ МОН України.

22. Наступну ХІІ Міжнародну конференцію «Проблеми теплофізики та тепло-енергетики» провести в м. Києві, Україна, у 2021 році. Для популяризації проблема-тики конференції посилити роботу керівників секцій по залученню фахівців в галузі теплофізики та теплоенергетики, зокрема з інститутів відділення ФТПЕ.

7

ЗМІСТ

ПЛЕНАРНІ ДОПОВІДІ……………………………………………………………………….. 16

Снєжкін Ю.Ф. Кремньов О.О. - засновник напрямку тепломасообмінні технології та обладнання в процесах сушіння…………………………………………………………….. 16

Басок Б.І., Базєєв Є.Т. Глобальне потепління: реалії та прогнози………............................. 17

Круковський П.Г., Скляренко Д.І. Тепло- і повітрообмін нового безпечного конфайнменту ЧАЕС з оточуючим середовищем…………………………………….………. 18

Секція 1. Фундаментальні дослідження в теплофізиці і теплоенергетиці…………….. 20

Халатов А.А., Коваленко Г.В., Мулярчук М.А., Степанюк О.Ю. Особливості обтікання та тепловіддачі циліндрів з поверхнею, формованою спіральними канавками, в поперечному потоці повітря……………………………………... 20

Доник Т.В., Халатов А.А., Панченко Н.А. Влияние вращения на эффективность пленочного охлаждения двухрядной схемой полусферических углублений………………. 21

Ковецька М.М., Домашев В.Є., Гомжина Л.Д. Нестійкість двохфазного потоку в парогенеруючому каналі…………………………………………………………….................. 21

Тирінов А.І., Коваленко В.М, Щоголєв Б.О. Чисельні дослідження температурних режимів тонких плівок термокапілярних систем……………………………………………... 22 Скіцько О.І., Скіцько І.Ф. Теплообмін і гідродинаміка потоків у вертикальних каналах з фазовим переходом………………………………………………………………….. 23 Ковецька Ю.Ю., Коваленко А.В., Філіппова О.В. Теплообмін в пористих мікроканалах з граничними умовами проковзування другого порядку…………………….. 23 Сорокина Т.В. Анализ турбулентного горения ренормализационно-групповым методом 24

Дмитренко Н.П., Кондратьєва О.О. Використання методу лінійних збурень до аналізу нестійкості потоку з наночастинками між циліндрами, що обертаються…………………... 25

Фіалко Н.М., Дінжос Р.В., Меранова Н.О., Шеренковський Ю.В., Навродська Р.О., Кутняк О.М. Теплота кристалізації полімерних мікро- і нанокомпозитів для теплоенергетичного устаткування……………………………………………………………... 26 Петренко В.П., Прядко М.О. Теплообмін в густих висококонцентрованих плівках розчинів в режимах погіршення тепловіддачі………………………………………………… 27 Жовтянський В.А., Якимович М.В. Термодинаміка процесу переробки вуглецевмісних відходів з використанням плазмових технологій……………………………………………... 28 Василенко С.М., Бондар В.І., Солодка К.М. Моделювання теплообміну в перехідному режимі течії на основі принципу рухомої термодинамічної рівноваги……… 29 Черника И.М., Болога М.К., Мардарский О.И., Кожевников И.В. Теплообмен при кипении в поле электрических сил……………………………………………………….. 29

Фіалко Н.М., Носовський А.В., Власенко Т.С., Прокопов В.Г., Меранова Н.О., Альошко С.О., Хміль Д.П., Шараєвський І.Г., Піоро І.Л., Зімін Л.Б. Закономірності просторового розподілу теплофізичних властивостей надкритичної води при течії в нагріваних гладких трубах………………………………………………………… 30

Фіалко Н.М., Шеренковський Ю.В., Альошко С.О., Рокитько К.В., Малецька О.Є., Полозенко Н.П., Тимощенко О.Б., Кліщ А.В., Ольховська Н.М. CFD моделювання робочих процесів мікрофакельних пальникових пристроїв з асиметричним паливорозподіленням……………………………………………………………………….…... 31

8

Фіалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренковський Ю.В., Альошко С.О., Ганжа М.В., Юрчук В.Л., Мілко Є.І., Реграгі А., Озеров А.А. Особливості теплового стану мікрофакельних пальників з термобар’єрними покриттями………………………………… 32

Кобаско М.І., Москаленко А.А., Логвіненко П.Н., Добрівечер В.В. Нові напрямки в розробці рідких гартівних середовищ……………………………………………………….. 33

Москаленко А.А., Логвиненко П.Н., Разумцева О.А., Проценко Л.Н. Оптимізація методів відновлення охолоджуючої здатності мінеральних масел в промислових технологіях термообробки……………………………………………………………………... 34 Иваницкий Г.К., Коник А.В., Недбайло А.Е., Целень Б.Я., Гоженко Л.П. Основы создания унифицированных математических моделей для разработки инновационных кавитационных технологий…………………………………………………. 35

Прокопов В.Г., Шеренковський Ю.В., Фіалко Н.М., Юрчук В.Л. Особливості побудови різних модифікацій класу методів поліаргументних систем для розв’язування багатовимірних задач теплофізики……………………………………….. 36

Басок Б.І., Давиденко Б.В., Недбайло О.М., Божко І.К., Ткаченко М.В., Новіцька М.П., Мороз М.В. Тривимірна модель гідродинаміки та теплообміну в системі ґрунт - горизонтальний ґрунтовий теплообмінник – теплоносій……………………………. 37

Сорокова Н.М., Кольчик Ю.М., Сороковий Р.Я. Чисельний метод визначення ізотерми сорбції капілярно-пористих матеріалів……………………………………………... 38

Проценко Л.М., Разумцева О.В. Особливості застосування програми IQLab при вирішенні оберненої задачі теплопровідності для хромонікелевих циліндричних термозондів різних розмірів……………………………………………………………………. 39 Гронь С.С. Інтенсифікація теплообміну у внутрішніх каналах круглого перерізу………... 39

Секція 2. Відновлювані та альтернативні джерела енергії ……………………………… 41

Желєзна Т.А. Проблеми та перспективи використання агробіомаси для виробництва енергії в Україні………………………………………………………………………………… 41 Драгнєв С.В. Аналіз технологій заготівлі деревини під час проведення лісогосподарських заходів у полезахисних лісосмугах……………………………………… 42 Трибой О.В. Оцінка сталості біоенергетичних проектів на малопродуктивних землях в Україні………………………………………………………………………………… 42 Антоненко В.О. Споживання біомаси в житловому секторі України у 2007-2016 рр…….. 43

Борисов І.І., Пащенко Д.В., Фалько В.Ю., Халатов А.А. Мікрокогенераційна установка на біомасі з двигуном Стірлінга…………………………………………………… 44

Чмель В.М., Новікова І.П. Спалювання твердого альтернативного палива в режимі самозаймання……………………………………………………………………………………. 45

Ляшенко А.В., Михалевич В.В., Кривуша В.С., Колесник В.М. Влияние сезонных факторов на кучевое хранение щепы топливной и мелких древесных отходов……………. 46

Корінчевська Т.В., Михайлик В.А., Корінчук Д.М. Вплив газової атмосфери на термічне розкладання біопалива……………………………………………………………….. 47

Михайлик В.А., Корінчевська Т.В., Корінчук Д.М., Дахненко В.Л. Термічний аналіз торефікованого гранульованого композиційного палива……………………………………. 48

Снєжкін Ю.Ф. Інноваційні теплотехнології для виробництва теплоти з відновлюваних джерел енергії…………………………………………………………………………………… 49

9

Уланов М.М., Уланов М.М. Енергоефективне використання скидної теплоти на діючих електричних станціях………………………………………………………………. 50

Селихов Ю.А., Коцаренко В.А., Костенко О.В. Интеграция процесса теплообмена теплового насоса для горячего водоснабжения и отопления………………………………... 51

Сильнягіна Н.Б., Добровольський М.П., Чалаєв Д.М., Величко В.В., Морозов Ю.П. Геотермальні термосифонні зонди на основі гнучких гофрованих нержавіючих труб……. 52

Ступак О.С., Халатов А.А., Шіхабутінова О.В. Результати експериментального дослідження суперефективного теплового насоса для потреб опалення приміщень……… 53

Кшевецький О.С. Про деякі можливості використання теплових насосів у процесах, які передбачають рух речовини……………………………………......................... 54

Дубовський С.В., Бабін М.Є. Сезонна ефективність теплових насосів з газомоторним приводом……………………………………………………………………… 55

Дубовський С.В., Басок Б. І., Бабін М.Є. Укрупнена оцінка теплової потужності та обсягів виробництва поновлювальної енергії тепловими насосами в Україні……………... 56

Басок Б.І., Недбайло О.М., Ткаченко М.В., Божко І.К., Тутова О.В., Новіцька М.П. Дослідження експлуатаційних параметрів ґрунтових теплообмінників геотермальної вентиляції енергоефективних будинків………………………………………. 57 Жовтянський В.А., Якимович М.В., Назаренко В.Г., Самойленко А.Я. Технологічна лінія для переробки небезпечних донних мулів як відновлюваних джерел енергії………... 58 Павлюк Н.Ю., Сігал О.І. Перспективи використання RDG палива в Україні……………. 59

Фіалко Н.М., Євтушенко А.О. Вторинні енергоресурси в енергетиці України………….. 60 Коханенко М.С., Шпільберг Л.Ю., Михалевич В.В. Переробка мулу міських органічних стоків……………………………………………………………………………….. 60 Кремньов В.О., Бєляєв Г.В., Бєляєва І.П., Корбут Н.С. Проблема утилізації осадів комунальних стічних вод і нові альтернативні комплексні біо- і теплотехнології………… 61 Стецюк В.Г., Шпільберг Л.Ю., Корбут Н.С., Коханенко М.С. Проблема механічного зневоднення застарілих осадів комунальних стічних вод і перспективи застосування флокулянтів перед їх сепарацією………………………………………………………………. 62

Новіков В.Г., Басок Б.І., Давиденко Б.В., Бєляєва Т.Г., Хибина М.А. Вплив сонячної радіації на температурний режим світлопрозорих конструкцій…………………………….. 63

Радченко С.В. Огляд тенденцій розвитку відновлюваних джерел енергії в Україні та світі…………………………………………………………….…………………….. 64

Сорокова Н.М., Корінчук Д.М. Математичне моделювання високотемпературного сушіння біомаси в технологіях виробництва біопалива…………........................................... 65

Басок Б.І., Давиденко Б.В., Новіков В.Г., Гончарук С.М., Кужель Л.М., Бєляєва Т.Г. Моделювання процесу спалювання гранул біопалива в висхідному повітряному потоці… 66

Басок Б.І., Новіцька М.П., Недбайло О.М., Божко І.К., Ткаченко М.В., Горячев О.А. Теплофізичне моделювання повітряно – ґрунтового теплообмінника з круглим поперечним перерізом………………………………………………………………………….. 67

Желих В.М., Фурдас Ю.В., Ребман М.Р., Фіалко Н.М., Меранова Н.О., Горбанич Б.А. Формування теплового режиму біореакторів побутових біогазових систем…………………………………………………………………………………………….

68

10

Корінчук Д.М., Корінчук К.О. Математичне моделювання та аналіз впливу вихідних параметрів процесу сушіння біопалив на енергоефективність та продуктивність аеродинамічної сушарки………………………………………………………………………... 69

Секція 3. Енергоефективні теплотехнології……………………………………………….. 70

Кремньов В.О., Тимощенко А.В., Кемаєв В.Ф., Тимощенко Є.В., Гулієнко О.В. Результати промислової підконтрольної експлуатації інноваційної модульної дослідно-промислової установки виробництва базальтового дірект-ровінга………………. 70

Макаренко А.А., Долінський А.А., Авдєєва Л.Ю., Жукотський Е.К. Кавітаційні технології для виробництва нанопрепаратів………………………………………………….. 71

Сорока Б.С., Згурский В.А. Комплексный анализ процессов переноса в современных теплообменниках………………………………………………………………………………... 71

Петрова Ж.О., Вишнєвський В.М., Новікова Ю.П. Отримання із торфу добрив та палива……………………………………………………………………………………………. 72

Иваницкий Г.К., Целень Б.Я., Недбайло А.Е. Аналитическое исследование дегазации жидкости в кавитационных течениях…………………………………………………………. 73

Шматок О.І., Грабова Т.Л., Посунько Д.В., Степанова О.Є., Базєєв Р.Є. Експериментальні дослідження синергетичного ефекту у технологіях отримання високодисперсних рідинних систем…………………………………………………………… 74 Недбайло О.М., Ткаченко М.В., Божко І.К., Тимощенко А.В., Василенко С.В. Аналіз теплотехнічних характеристик системи водяного підлогового опалення сухого монтажу.. 75 Кремньов В.О., Корбут Н.С., Стецюк В.Г., Колесник В.М. Проблема забезпечення вітчизняного рослинництва органічними добривами та перспективи її вирішення з застосуванням енергоресурсозаощадної багатостадійної біо- і теплотехнології…………... 76

Недбайло А.Е., Гоженко Л.П., Иваницкий Г.К. Механизмы воздействия гидродинамической кавитации на клеточные структуры……………………………………. 77

Тимощенко А.В., Гулієнко О.В., Тимощенко Є.В., Стецюк В.Г. Конвективна сушка теплоізоляційних базальто-бентонітових виробів – науково-технічна основа енергоефективної модернізації теплотехнології……………………………………………… 78 Кужель Л.М., Басок Б.І., Давиденко Б.В., Новіков В.Г., Олійник Л.В. Фактори, що впливають на зменшення тепловитрат через віконні конструкції…………………………... 79 Шапар Р.О., Гусарова О.В. Закономірності вологообміну під час конвективного сушіння…………………………………………………………………………………………... 80 Турчина Т.Я., Малецька К.Д. Досвід модернізації розпилювальної сушарки для екстрактів термопластичних матеріалів………………………………………………………. 81 Тимощенко А.В., Лебохорський В.Р., Тимощенко Є.В., Гулієнко О.В. Дослідження впливу теплотехнологічних параметрів виробництва на якість базальтового дірект-ровінгу…………………………………………………………………………………… 82

Снєжкін Ю.Ф., Петрова Ж.О., Пазюк В.М. Застосування ступінчатих режимів сушіння насіннєвого зерна……………………………………………………………………………….. 82

Мороз М.В. Закордонний досвід управління енергозбереженням………………………….. 83 Ляшенко А.В., Михалевич В.В., Шпильберг Л.Ю. Интенсификация тепло- и массообмена в технологиях сушки органических материалов совмещенных с одновременным диспергированием в роторных аппаратах………………………………….. 84

11

Тимощенко А.В., Гулієнко О.В., Тимощенко Є.В., Корбут Н.С. Дослідження радіаційно-конвективної конвеєрної сушки базальто-бентонітових картонів, як першої черги інноваційної модернізації теплотехнології………………………………… 85

Гусарова О.В., Дмитренко Н.В., Шапар Р.О. Вплив бланшування яблук на теплоту випаровування води та кінетику процесу сушіння…………………………………………… 86

Дядюшко Є.В., Лебедь Н.Л. Моделювання теплообміну в плівці рідини, яка стікає по вертикальній поверхні………………………………………………………………………….. 87

Долінський А.А., Коник А.В., Гартвиг А.П., Іваницький Г.К., Целень Б.Я. Перспективність та напрямки розвитку апаратів принципи роботи яких ґрунтується на механізмах ДІВЕ………………………………………………………… 88 Костянець Л.О., Турчина Т.Я. Дослідження процесу сушіння одиничних крапель суспензії з гриба шиїтак………………………………………………………………………... 89 Коханенко М.С., Стецюк В.Г., Михалевич В.В. Механічне часткове зневоднення мулових відкладень……………………………………………………………………………... 90

Гончарук С.М., Басок Б.І., Дубовський С.В., Базєєв Є.Т., Приємченко В.П. Використання елементів Пельтьє для вимірювання тепловтрат з зовнішніх огороджувальних конструкцій…………………………………………………………………. 90

Малецкая К.Д., Авдеева Л.Ю. К проблеме создания отечественных распылительных сушильных установок…………………………………………………………………………... 91

Секція 4. Моніторинг і автоматизація в промисловості…………………........................ 93

Бабак В.П. Методи та засоби моніторингу та оптимізації теплофізичних процесів……… 93

Куц Ю.В., Щербак Л.М. Інформаційний ресурс фазових характеристик циклічних сигналів………………………………………………………………………………………….. 94

Воробйов Л.Й., Декуша О.Л., Кобзар С.Г., Декуша Л.В. Стаціонарні та мобільні прилади для визначення коефіцієнту емісії…………………………………………………… 95

Зайцева О.О., Чередниченко С.В., Вишняков П.О., Ісхакова О.Б. Оцінка засобів вимірювання температури на відповідність Технічному регламенту засобів вимірювальної техніки………………………………………………………………………….. 96 Більчук Є.Ю. Релевантні матеріали для високотемпературних сенсорів………………….. 97

Назаренко О.О., Назаренко А.О., Зубенко В.І., Моніторинг та автоматизація теплових процесів в приладах LED освітлення………………………………………………. 98

Басок Б.І., Лисенко О.М., Приємченко В.П., Андрейчук Ю.А., Коваленко М.П., Олійник Л.В. Експериментальні дослідження оперативного енергоспоживання корпусу ІТТФ НАН України…………………………………………………………………… 99

Басок Б.І., Гончарук С.М., Ткаченко М.В., Приємченко В.П., Андрійчук С.В., Коваленко М.П., Олійник Л.В. Апаратурний комплекс для проведення енергомоніторингу будівель та систем їх енергозабезпечення……….................................... 101

Круковський П.Г., Олійник В.С., Скляренко Д.І. CFD моделювання вторинного підйому пилу в зоні НБК……………………………………………………………………….. 103

Берегун В.С., Красильніков О.І. Застосування відрізків рядів по ортогональних поліномах для статистичного оцінювання щільності імовірності…………………………... 104

Красильников А.И. Анализ кумулянтных коэффициентоваддитивной смеси шумовых сигналов……………………………………………………………………………… 105

12

Берегун В.С., Полобюк Т.А. Экспериментальное исследование характеристик макета системы шумовой диагностики объектов теплоэнергетики…………………………………. 106 Запорожець А.О. Дистанційне діагностування технічного стану тепломереж на базі квадрокоптерів…………………………………………………………………………………... 107 Ковтун С.І. Метрологічне забезпечення моніторингу довкілля об’єктів енергетики……... 107

Іванов С.О., Грищенко Т.Г., Бурова З.А. Пристрій для дослідження стану вологи в неоднорідних матеріалах……………………………………………………………………….. 108

Богачев І.В., Гамота Р.М. Аналіз структури акустичного поля малоапертурного ультразвукового перетворювача при контролі об’єктів теплотехнічного обладнання…….. 109

Скляренко Є.В., Воробйов Л.Й., Кіржнер Д.А., Плашихін С.В. Теплотехнічний аналіз продуктів термохімічної конверсії зношених шин…………………………………………… 110

Сергієнко Р.В. Калориметричний метод контролю якості палива сільськогосподарського походження……………………………………………………………………………………… 111

Супрун Т.Т. Моделювання турбулізованих течій типових для теплоенергетичного обладнання………………………………………………………………………………………. 112

Секція 5. Комунальна і промислова теплоенергетика…………………………………….. 113

Сігал О.І. Аналіз ситуації в комунальній теплоенергетиці України……………………….. 113

Басок Б.І., Лисенко О.М., Приємченко В.П., Веремійчук Ю.А., Денисюк С.П. Оцінка факторів впливу на електроспоживання будівлі……………………………………………… 114

Вассерман А.А., Слынько А.Г. Модификация термодинамического цикла открытых газотурбинных установок………………………………………………………………………. 114

Лисенко О.М., Басок Б.І., Андрейчук С.В., Хибина М.А. Досвід експлуатації індивідуальних теплових пунктів в будівлях…………………………………………………. 115

Сорока Б.С., Згурский В.А. Энергетическая эффективность процессов “влажного” го-рения и сопутствующее сокращение вредных выбросов…………………………………….. 116

Кобзар С.Г. Дослідження впливу завихрення потоку повітря в системі пальників котла на термогазодинаміку вогневого простору топки котла та процес утворення оксидів азоту в активній зоні горіння…………………………………………………………………... 117 Каныгин А.В. Теоретические и практические аспекты разработки топочно-горелочного устройства для газового жаротрубно-дымогарного котла…………………………………… 118 Горбань К.С., Абдулін М.З. Взаємозв՚язок робочого процесу пальників на основі струменево-нишовій технології та екологічних характеристик вогнетехнгічного обладнання при спалюванні природного газу………………………………………………… 119

Волошина І.В. Розгляд можливих режимів роботи установки з переробки сміття піролізом………………………………………………………………………………………… 120

Демченко В.Г. «Smart grid» підсистема накопичення теплової енергії…………………….. 120 Трубачев А.С., Демченко В.Г. Пінч-аналіз, як інструмент забезпечення енергоефективності теплової системи………………………………………………………… 121 Фиалко Н.М., Степанова А.И., Навродская Р.А. Основные принципы создания комплексных методик оценки эффективности и оптимизации теплоутилизационных систем………………………………………………………………….

122

13

Фиалко Н.М., Степанова А.И., Навродская Р.А., Пресич Г.А. Потери эксергетической мощности в воздухонагревателе теплоутилизационной системы котельной установки…... 123 Гнєдаш Г.О., Фіалко Н.М., Сбродова Г.О., Глушак О.Ю. Підвищення ефективності теплоутилізаційних технологій котельних установок при нагріванні води різного призначення……………………………………………………………………………………... 124

Новаківський М.О., Фіалко Н.М., Пресіч Г.О., Шевчук С.І. Ефективність комбінованих теплоутилізаційних систем при підвищеному вологовмісті відхідних газів котлів…………………………………………………………………………… 125 Шевчук С.І., Фіалко Н.М., Гнєдаш Г.О., Дашковська І.Л. Запобігання конденсатоутворенню в газовідвідних трактах котельних установок при застосуванні комбінованих теплоутилізаційних систем………………………………… 126

Дейнеко А.І. Зниження вологості в тунелях КП «Київський метрополітен» шляхом зміни режимів роботи вентиляційних установок……………………………………………………. 127

Олійник В.С., Скляренко Д.І., Дейнеко А.І. Моделювання тепловологого стану тунелів КП «Київський метрополітен» впродовж календарного року……………………… 128

Гронь С.С. Розробка нових методів комбінування теплообміну…………………………… 129 Фалько В.Ю., Демченко В.Г. Дослідження властивостей теплоакумулюючих речовин… 129

Редько І.О., Джиоєв Р.Л., Приймак О.В., Редько А.О. Оптимізація параметрів теплової мережі при зниженому температурному графіку…………………………………... 130

Редько А.О., Павловська А.О. Комбінована енергетична установка в системах утилізації теплоти відхідних газів……………………………………………………………... 131

Погорєлова Н.Д., Драганов Б.Х., Демченко В.Г. Аналіз адсорбції в фазових процесах... 132 Макаренко Л.А., Демченко В.Г. Новий метод якості прийняття рішень в науковому експерименті……………………………………………………………………… 133

Секція 6. Екологоенергетичне обладнання для харчової промисловості………………... 135

Шевченко О., Бут С., Васильківський К. Особливості кондиціонування повітря для аерації зернових масивів в процесах виробництва солоду…………………………………... 135

Долінський А.А., Ободович О.М., Сидоренко В.В., Лимар А.Ю. Багатоцільова промислова енергоефективна аераційно-окислювальна установка роторного типу………. 137

Самійленко С.М., Бессараб О.С., Шутюк В.В. Термодинамічна ефективність підігрівників та теплообмінників……………………………………………………………… 138

Петрова Ж.О., Слободянюк К.С. Моделювання тепломасопереносу в процесі сушіння колоїдних капілярно – пористих матеріалів…………………………………………………... 139

Шевченко О., Соколенко А., Бут С., Степанець О. Стабілізація термодинамічних параметрів в системах виробництва солодів……………………….......................................... 140

Верхивкер Я.Г., Мирошниченко Е.М. Теплофизические свойства консервной тары…... 142 Недбайло А.Е., Целень Б.Я., Иваницкий Г.К., Коник А.В. Использование гидродинамической кавитации для подготовки молочной сыворотки к распылительной сушки……………………………………………………………………….. 143

Дубовкіна І.О. Застосування гідродинамічної обробки для процесу активації вапняного молока…………………………………………………………………….

144

14

Декуша Г.В., Авдєєва Л.Ю., Жукотський Е.К. Технологія білкових гідролізатів для функціонального харчування……………………………………………………………… 145 Ободович О.М., Сидоренко В.В., Азаров С.П., Хоменко В.О. Вивчення процесу абсорбції кисню у водних розчинах із застосуванням інноваційного тепломасообмінного обладнання………………………………………………………………. 146

Сорокова Н.М., Дідур В.В., Математичне моделювання динаміки тепломасопереносу в багаточанній жаровні……………………………………………............................................. 146

Булій Ю.В., Ободович О.М. Визначення гідродинамічних режимів роботи провальних тарілок в масообмінних колонних апаратах циклічної дії…………………………………… 147

Всі назви та зміст тез представлені в оригінальному викладі їх авторів без пра-вок і коректур редакції.

Все названия и содержание тезисов представлены в оригинальном изложении их авторов без правок и корректур редакции.

15

ПЛЕНАРНІ ДОПОВІДІ


КРЕМНЬОВ О.О. – ЗАСНОВНИК НАПРЯМКУ ТЕПЛОМАСООБМІННІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ В ПРОЦЕСАХ СУШІННЯ

Снєжкін Юрій Федорович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна

В процесах сушіння визначальними є процеси тепло-та масообміну. Від їхньої інтенсивності залежать ефективність сушіння та економічність використання мате-ріальних і енергетичних ресурсів. Так вплив температури на константи швидкості хімічної реакції, коефіцієнта дифузії та температуропровідності показує, що підви-щення температури у два рази збільшує константу хімічної реакції на 3-4 порядки. А таке ж підвищення температури збільшує коефіцієнт дифузії у 5 разів, а коефіцієнт температуропровідності всього в 2 рази. Тому у більшості сушарок коефіцієнт ко-рисної дії приблизно 40%.

Розроблені способи підвищення енергетичної ефективності сушарок, які ма-ють 2 основних напрямки – це підготовка матеріалу до сушіння і сам процес зневод-нення, матеріалу, які включають 12 способів інтенсифікації всього процесу сушіння матеріалу.

Створені математична модель і чисельний метод розрахунку динаміки тепло-масопереносу, фазових перетворень та усадки при безперервному сушінні колоїдних капілярно-пористих матеріалів (ККПМ). На основі аналізу числа Ребіндера розроб-лені багатостадійні методи сушіння, які інтенсифікують процес на 15-25%. Для реа-лізації цього методу створені зонні тунельні сушарки, витрати теплоти на 1 кг випа-реної вологи в яких в 1,5-2,0 рази нижчі порівняно з існуючими аналогами.

Розроблена гігротермічна обробка ККПМ перед сушінням, яка інактивує фер-менти, а також підвищує швидкість зневоднення на 15-20%. Розроблено спосіб су-шіння, який поєднує на 1 етапі зневоднення гігротермічну обробку і високотемпера-турне високовологе сушіння матеріалу, що дозволило підвищити швидкість сушіння ККПМ в 2 рази.Для реалізації цього способу створена багатозонна стрічкова сушар-ка, витрати теплоти на 1 кг випареної вологи в якій у 1,4-2,7 рази нижчі порівняно з існуючими аналогами.

Розроблений конденсаційний спосіб зневоднення, який використовує тепло-вий насос. Джерелом низькотемпературної теплоти в цьому способі є відпрацьова-ний теплоносій. Питомі витрати енергії при цьому способі в 2 рази нижчі ніж при аналогічних конвективних способах сушіння.

Створена камерна сушильна установка з тепловим насосом витрати енергії на 1 кг випареної вологи в якій 0,3-0,7 кВт.год. Розроблено сушильно-енергетичний комплекс для виробництва електричної і теплової енергії на базі двигуна-генератора і теплового насоса. Запропонований комплекс забезпечує цілорічну потребу сіль-госппідприємства в електричній і тепловій енергії, а також сезонну потребу в енер-гоносіях для тепловологісної обробки рослинної сировини, в першу чергу, зерна. Комплекс забезпечує коефіцієнт використання палива 0,94-0,96 та зниження енерго-витрат на видалення 1 кг вологи в 1,6 рази.

На основі розроблених способів зневоднення та нових ефективних сушарок

16


створені технологічні лінії переробки ККПМ на сушену продукцію і порошки. Такі технологічні лінії з різними сушарками були успішно здані декільком Міжвідомчим приймальним комісіям.

В світі на процеси сушіння витрачається 8-10% всієї енергії. В Україні витрати енергії на процеси сушіння, по нашим розрахункам, складають 25% у промисловос-ті та 15% у сільському господарстві від загальних витрат енергії. Основні галузі промисловості, в яких широко використовуються процеси сушіння це будівельні матеріали, агропромисловий комплекс, паливно та деревопереробні підприємства. Технічно досяжний потенціал енергозбереження від наших розробок складає 4,0% у промисловості при можливих 10%, та 3,0% у сільському господарстві при можливих 6,0%.

ГЛОБАЛЬНЕ ПОТЕПЛІННЯ: РЕАЛІЇ ТА ПРОГНОЗИ

Басок Борис Іванович (доповідач), Базєєв Є.Т. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-47, e-mail: [email protected]

Мета – наведено огляд антропогенних і сонячно-земних чинників впливу на глобальне потепління, надано інформацію щодо властивостей кліматичної системи Землі, яка не збігається з загальновизнаною. Результати недавніх досліджень пока-зують більш складну тимчасову динаміку глобальної температури, що дозволяє го-ворити про присутність в кліматичній системі терморегулюючого механізму, при ідентифікації якого можна буде оцінити ймовірність переходу в бік підвищення або зниження глобальної температури.

Результати роботи. З середини ХХ століття посилився тренд підвищення глобальної приземної температури – одного з показників кліматичної системи нашої планети. Це явище (глобальне потепління) було пояснено наявністю парникового ефекту – наслідком підвищення концентрації в атмосфері Землі парникових газів (СО2, СН4, N2O, O3 і ін.), що викликають такий ефект.

Численні публікації в ЗМІ та наукових виданнях з драматичними для Землі і окремих регіонів наслідками, програми адаптації та боротьби з глобальним по-теплінням, з обговоренням систем торгівлі квотами на викиди парникових газів по-роджують в суспільстві соціально-значущі тривоги, протести «зелених» і впливають на політику та економіку країн і регіонів.

Сучасний погляд на глобальне потепління зводиться до положень: 1. Основна причина глобального потепління - монотонне зростання концент-

рації парникових газів (в основному СО2) в атмосфері Землі. 2. Тренд підвищення концентрації парникових газів визначається збільшенням

їх антропогенної емісії при спалюванні вуглеводнів. 3. Глобальне потепління загрожує негативними наслідками для навколишньо-

го середовища і економіки. 4. Необхідно вдосконалювати політику скорочення антропогенної емісії пар-

никових газів. Поряд з антропогенної концепцією глобального потепління (підхід МГЕЗК)

розглядається і природна концепція потепління клімату. Не заперечуючи впливу

17

mailto:[email protected]


антропогенних викидів на збільшення глобальної температури, прихильники при-родної концепції потепління клімату вважають, що все ж таки визначальними фак-торами підвищення приземної температури є природні, пов'язані з космогенно-циклічними процесами, з сонячно-земною взаємодією (обертання Землі навколо Сонця, прецесія осі обертання Землі, цикли сонячної активності і ін.). Є й підходи, що змінюють місцями причини та наслідки глобального потепління, а саме: зміни атмосферної концентрації діоксиду вуглецю – це наслідок глобальних змін темпера-тури планети, а не їх причина. Прогрів світового океану призводить до зменшення розчинності СО2 в воді і викиду надлишку в атмосферу.

Висновок. Якщо говорити про прогнози розвитку енергетики, то згідно «дос-віду генетичних прогнозів світової енергетики» в найближчі десятиліття будуть проявляти себе тенденції:

1) стабілізація національної питомого енергоспоживання на душу населенняна рівні, який в основному визначається клімато-географічними факторами;

2) неухильне і практично лінійне зменшення з часом вуглецевої інтенсивностісвітової енергетики в результаті змін структури паливно-енергетичного балансу, що спостерігаються вже більше ста років (перехід від вугілля до нафти та газу, і остан-нім часом – до збільшених обсягів поновлюваних енергоресурсів).

ТЕПЛО- І ПОВІТРООБМІН НОВОГО БЕЗПЕЧНОГО КОНФАЙНМЕНТУ ЧАЕС З ОТОЧУЮЧИМ СЕРЕДОВИЩЕМ

Круковський Павло Григорович (доповідач),Скляренко Д.І., Олійник В.С. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-92-81, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Мета роботи є проведення попереднього аналізу і прогнозуван-ня поширення радіоактивних аерозолів в Новому Безпечному Конфайнменті (НБК) в період експлуатації при типових роботах в Об’єкті Укриття (ОУ) і впливу кліматич-них умов на вихід радіоактивних аерозолів (РА) за межі НБК за допомогою розроб-леної тривимірної комп'ютерної CFD (Сomputational Fluid Dynamic) моделі термога-зодинамічних процесів в ОУ, НБК та навколишньому середовищу.

Результати. НБК є не повністю герметичними об’єктом, тому мають місце протікання повітря назовні і всередину НБК. Величини цих протічок (в умовних м2) на сьогодні оцінені такими: для зовнішньої оболонки 1,7 м2, внутрішньої оболонки - 5 м2, для зазору Західної стіни - 3,1 і Східної стіни - 3,9 м2. Як видно, величини протічок істотні і це означає, що повітрообмін між основним об'ємом НБК з кільце-вих простором і особливо з навколишнім середовищем також істотні. Слід відзначи-ти той факт, що величина такого повітрообміну з навколишнім середовищем в свою чергу суттєво залежить від напрямку та величини швидкості вітру, що обтікає НБК. У роботі показані результати поширення викидів РА при частковому розбиранні да-ху турбінного залу під НБК, розбиранні даху ОУ та інших роботах, що призводить до суттєвого підвищення концентрації РА в НБК, пов'язаного з замкнутістю об’єму НБК і виходу в навколишнє середовище.

Для оцінки радіаційного стану внутрішнього простору НБК при істотних ви-кидах РА був також проведений нестаціонарний розрахунок на моделі ОУ і НБК

18



при проведенні робіт із вилученням та завантаженням паливовмістних матеріалів в ОУ. Проведено аналіз і прогнозування поширення радіоактивних аерозолів в основ-ному об’ємі НБК при інших типових роботах в ОУ і впливу кліматичних умов, зо-крема обтікання НБК вітром, що призводить до складного розподілу тисків на по-верхні НБК (рис.1, а) і виходу РА за межі НБК (рис.1, б).

а б Рис.1. Розподіл тисків на поверхні НБК при обтіканні Західним вітром (а) і типові ізоповерхні

концентрацій РА всередині і за межами НБК (б).

19

Секція 1. Фундаментальні дослідження в теплофізиці і теплоенергетиці


ОСОБЛИВОСТІ ОБТІКАННЯ ТА ТЕПЛОВІДДАЧІ ЦИЛІНДРІВ З ПОВЕРХНЕЮ, ФОРМОВАНОЮ СПІРАЛЬНИМИ КАНАВКАМИ,

В ПОПЕРЕЧНОМУ ПОТОЦІ ПОВІТРЯ Халатов А.А., Коваленко Гліб Васильович (доповідач), Мулярчук М.А., Степанюк О.Ю. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-60-91, e-mail: [email protected] Національний технічний університет України «КПІ», Київ, Україна

Мета. Дослідити гідравлічний опір та середню тепловіддачу при поперечному обтіканні повітрям кругових циліндрів зі спіральними канавками різного кроку на зовнішній поверхні циліндрів.

Результати роботи. Дослідження підтвердили раніше зроблений висновок про те, що заглиблення на теплообмінній поверхні дозволяють інтенсифікувати теп-лообмін при порівняно невеликих втратах тиску. Експерименти виконувались в діапазоні чисел Рейнольдса 2000<Re<17000. Коли на зовнішній поверхні циліндру (з діаметром 22 мм) утворена спіральна канавка (з шириною 3 мм і глибиною 1,8 мм), умови обтікання правої і лівої її половин суттєво відрізняються. Внаслідок цієї аси-метрії виникає додаткова складова швидкості, яка прискорює ламінарно-турбулент-ний перехід, впливає на сепарацію примежового шару і в результаті відбувається не тільки інтенсифікація тепловіддачі, але й зменшення гідравлічного опору теплооб-мінної поверхні.

Висновки. 1. Спіральні канавки провокують асиметрію обтікання циліндрів. В сліді за

циліндром з канавками спостерігаються регулярні вихори, які були відсутні в сліді за гладким циліндром. Вони можуть бути причиною додаткової турбулізації кормо-вої вихрової зони, яка забезпечує інтенсифікацію теплообміну.

2. В залежності від величини кроку канавок 10 мм, 20 мм, 40 мм, числа Ей-лера для різних типів циліндрів зменшувались на 5,9%, 9,9%, 18,3% в порівнянні з гладким циліндром.

3. В залежності від величини кроку канавок 10 мм, 20 мм, 40 мм, числа Ну-сельта для відповідних типів циліндрів збільшувались на 65,05%, 24,06%, 27,9% в порівнянні з гладким циліндром.

4. Фактор аналогії Рейнольдса при утворенні на поверхні циліндрів спіраль-них канавок зростав не тільки за рахунок інтенсифікації тепловіддачі, але й через зменшення втрат тиску.

20

mailto:gkliashkova5@gmail.


ВПЛИВ ОБЕРТАННЯ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ ПЛІВКОВОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ДВОРЯДНОЇ СХЕМИ НАПІВСФЕРИЧНИХ ЗАГЛИБЛЕНЬ

Доник Тетяна Василівна (доповідач), Халатов А.А., Панченко Н.А. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-53, e-mail: [email protected]

Важким напрямком сучасного газотурбінного процесу є пошук альтернатив-них схем охолодження лопаток, які характеризуються високими значеннями ефек-тивності плівкового охолодження, зменшенням розміру охолоджувачів і прийомів технологій виготовлення. Як показали дослідження, подача охолоджувача в напів-сферичне заглиблення здатна закручувати струмінні охолоджувачі в ньому. За раху-нок «підкрутки» охолоджуюча струмінь більш щільно приєднується до поверхонь охолодження і забезпечує більш високу ефективність плівкогого охолодження. З практичної точки зору найкращий інтерес представляють багаточисельні схеми охо-лодження в умовах, що характерні для робочих лопаток газової турбіни. Метою цієї роботи є вивчення закономірностей плівкового охолодження навколо плоскої плас-тини при подачі охолоджувача через дворядну схему напівсферичних заглиблень в умовах обертання поверхні охолодження.

Виконано комп'ютерне моделювання ефективності плівкового охолодження багаторядної схеми плівкового охолодження при подачі охолоджувача через отвори в напівсферичних заглибленнях в умовах обертання, з використанням комерційного пакету ANSYS CFX 14. Максимальне значення середньої по поверхні ефективності плівкового охолодження знаходиться в діапазоні параметра вдуву 1,3...1,5. В умовах обертання відбувається зниження ефективності охолодження в «кореневому» ряду пластини та її зростання в «кінцевому» за рахунок відхилення струменів охолод-жувача від поздовжнього напрямку під дією відцентрових сил при практично незмінних значеннях ефективності плівкового охолодження в середніх рядах по-верхні. Аналіз фізичної картини показав, що деформація поля адіабатною ефектив-ності плівкового охолодження в напрямку від осі обертання відбувається за рахунок переважного впливу відцентрових сил при зниженні інерційних сил за рахунок гальмування струменів близько охолоджувальної поверхні.

НЕСТІЙКІСТЬ ДВОХФАЗНОГО ПОТОКУ

В ПАРОГЕНЕРУЮЧОМУ КАНАЛІ Ковецька Маргарита Марківна (доповідач), Домашев В.Є., Гомжина Л.Д. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна

Прогнозування умов виникнення нестійкості двохфазного потоку актуально для забезпечення надійної роботи теплообмінного обладнання в режимах кипіння. Виникнення нестійкості течії теплоносія може привести до погіршення режимів експлуатації теплообмінного обладнання і його руйнування. Дослідженню нестаціо-нарних процесів і стійкості двофазних потоків поділяється особлива увага при обґ-рунтуванні безпеки енергоблоків АЕС. При повному знеструмленні АЕС охолод-ження активної зони реактору повинно надійно забезпечуватися природньою цирку-ляцією теплоносія.

21



Найбільш поширеним видом нестійкості в двофазних системах є коливання хвиль густини. Ця нестійкість обумовлена багатьма зворотними зв’язками між вит-ратою теплоносія, швидкістю генерації пари і перепадом тиску в парогенеруючому каналі.

В роботі розглянуто вплив температури теплоносія на стійкість течії в замкне-ному контурі в режимі природньої циркуляції. Контур включає підємну частину з обігріваємою и необігріваємою зонами, конденсатор и опускну частину, де тече од-нофазний теплоносій. Розглядається режим, коли щільність теплового потоку на стінці парогенеруючого каналу остається постійною, температура теплоносія на входе збільшується.

Досліджено вплив недогріву теплоносія на вході в обігріваємий канал на стій-кість природньої циркуляції теплоносія. Представлена одномірна нестаціонарна ма-тематична модель течії двохфазного теплоносія, визначено межи області нестійкості природньої конвекції в залежності від недогріву теплоносія на вході в парогенерую-чий канал. Коливання витрати теплоносія характеризуються регулярною формою і протифазною зміною витрати на виході відносно витрати на вході в обігріваємий канал. Показано неоднозначний вплив недогріву теплоносія на вході в парогенеру-ючий канал на межу стійкості двохфазного потоку: при малих значеннях недогріву його збільшення дестабілізує потік, при великих недогрівах його збільшення стабі-лізує потік.

ЧИСЕЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНИХ РЕЖИМІВ

ТОНКИХ ПЛІВОК ТЕРМОКАПІЛЯРНИХ СИСТЕМ Тирінов Андрій Іванович (доповідач), Коваленко В.М, Щоголєв Б.О. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-73, e-mail: [email protected]

Мета роботи полягає у визначенні впливу температури нагрівання на форму-вання тонкої плівки в термокапілярній системі шляхом чисельного моделювання.

Результати роботи. Розглянуто теплофізичну систему, в якій рідина витікає з мікрокапіляру на пласку поверхню, що нагрівається. На пласкій поверхні формуєть-ся тонка плівка, що випаровується. Необхідно було визначити температуру нагрі-вання, при якій плівка випаровується без збурень та розривів.

Моделювання було виконано в двовимірній постановці. Розрахункова область мала прямокутну форму з розмірами 1·10-5×5·10-4 м. Для моделювання застосовува-лася двофазна VOF-модель. В якості основної фази була обрана вода, а друга фаза – водяна пара. Були враховані сила тяжіння та сила поверхневого натягу.

Початкова конфігурація води обрана таким чином, щоб форма поверхні сфор-мувалась природним чином. Моделювання провадилось в два етапи – формування плівки з малим підігрівом, а потім власне вибір температури нагрівання вже сфор-мованої плівки.

Щоб проаналізувати вплив сітки на дослідження, були перевірені три розміри сіток: груба сітка з інтервалом дискретизації 1,0×10-6, середня сітка з інтервалом дискретизації 2,5×10-7 м, і дрібна сітка з інтервалом дискретизації 1,0×10-7. Кількість елементів було 4400, 70400 і 440000 відповідно. Розподіл швидкості і температури

22



для середньої та дрібної сіток відрізнялися один від одного не більше ніж на 0,5%. Таким чином, для наступних розрахунків була обрана середня сітка.

Висновок. Результати чисельних розрахунків показали, що при малих значен-нях різниці температур поперек плівки (менше за 1°), плівка рідини стало розвива-ється без видимих порушень. При більших значеннях (більше за 2,4°), у плівці ви-никають помітні збурення. Ці збурення з часом посилюються і призводять до пору-шення структури плівки.

ТЕПЛООБМІН І ГІДРОДИНАМІКА ПОТОКІВ

У ВЕРТИКАЛЬНИХ КАНАЛАХ З ФАЗОВИМ ПЕРЕХОДОМ Скіцько Олексій Іванович1 (доповідач), Скіцько І.Ф.2 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, е-mail: [email protected] 2Національний технічний університет України «КПІ імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна

Ціллю роботи було – за допомогою розрахункового аналізу вивчити неста-ціонарні процеси гідродинаміки й теплообміну в каналах, що імітують елементи ак-тивної зони ядерного реактора.

Результатом роботи стало розроблення багатовимірної математичної моделі двофазного потоку, що враховує ефекти фазового переходу. Як замикаюча модель турбулентності використовувалася модифікована RNG κ-ε модель, що перемо-дифікована на основі ренормгрупового аналізу з врахуванням нестаціонарності теп-лофізичних процесів.

Отримано результати розрахунку розподілу гідродинамічних (швидкість, кіне-тична енергія, швидкість дисипації енергії) і теплофізичних (температура, паро-вміст) характеристик теплоносія.

Аналіз змін теплогідравлічних параметрів потоку теплоносія в аварійних умо-вах дав можливість визначити час до виникнення кризи теплообміну першого і дру-гого роду у вертикальному парогенеруючому каналі, а також – час, за який темпера-тура оболонки тепловиділяючого елементу досягає проектно допустимого значення.

ТЕПЛООБМІН В ПОРИСТИХ МІКРОКАНАЛАХ

З ГРАНИЧНИМИ УМОВАМИ ПРОКОВЗУВАННЯ ДРУГОГО ПОРЯДКУ Ковецька Юліана Юріївна (доповідач), Коваленко А.В., Філіппова О.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-93, e-mail: [email protected]

В останні роки з'явився широкий спектр мікропристроїв, частково або пов-ністю заповнених пористим середовищем та результати дослідження фізичних про-цесів в них знаходять своє застосування в багатьох галузях. Метою даної роботи є дослідження гідродинаміки і теплообміну при вимушеній конвекції в пласких та круглих пористих мікроканалах з граничними умовами проковзування першого і другого порядку.

Досліджено вплив пористості і швидкості проковзування на профілі швидкості

23



і температури. Проаналізовано поведінку відносного числа Нуссельта як функції чи-сел Кнудсена і Прандтля, а також параметра М, що характеризує пористість середо-вища. Завдання вирішувалось аналітично і порівнювалось з чисельним рішенням на основі методу решіток Больцмана.

Розрахунки показали, що зменшення пористості (збільшення параметра М) призводить до зменшення стрибків швидкості і температури на стінці, що сприяє збільшенню числа Нуссельта. Врахування впливу граничних умов проковзування другого порядку призводить до того, що стрибок швидкості і температури на стінці зменшується при зміні коефіцієнта А2 (цей коефіцієнт враховує проковзування дру-гого порядку) з від'ємного значення до позитивного. Коефіцієнт тепловіддачі при великих числах Прандтля зростає зі збільшенням числа Кнудсена через поліпшення теплової взаємодії потоку зі стінкою каналу. Аналіз впливу граничних умов другого порядку показав, що при малих значеннях числа Прандтля (Pr≤1) впливу параметра A2 не спостерігалося. При A2<0 ефекти граничних умов другого порядку призводять до збільшення відносного числа Нуссельта, тоді як при A2>0 значення відносного числа Нуссельта зменшується в порівнянні з випадком A2=0 (граничні умови першо-го порядку). Порівняння результатів аналітичного рішення з результатами обчис-лень, отриманих на основі LBM показало, що при А2≥0 отримані результати добре узгоджуються. При А2<0 розбіжність більш помітно. При А2<0 результати чисель-ного моделювання перевищують аналітичне рішення, тоді як при А2≥0 аналітична модель вище чисельних результатів.

АНАЛИЗ ТУРБУЛЕНТНОГО ГОРЕНИЯ

РЕНОРМАЛИЗАЦИОННО-ГРУППОВЫМ МЕТОДОМ Сорокина Татьяна Викторовна Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, тел. +38(044) 453-29-93

В представленном исследовании предпринята попытка построить модель тур-булентного горения на основании ренормализационно–группового подхода позво-ляющего получить перенормированные коэффициент диффузии (D) и константу скорости реакции (K).

Исходное уравнение диффузии с нелинейным стоком горючего и окислителя в реакциях горения имеет следующий вид

( ) ( )

( ) ( )

20

20

1 ,

1 .

T ox

oxox ox T ox

y u y D y λK yy Zet xy u y D y λK y y Zet x

αα

αα

λ θ

λ θ

∂ ∂+ = ∇ − − ⋅

∂ ∂∂ ∂

+ = ∇ − − ⋅∂ ∂

(1)

где t – время, uα – компоненты скорости, соответствующие координатам xα , λ – па-раметр возмущения, y и oxy – концентрации горючего и окислителя соответственно,

0D – коэффициент диффузии, TK – температурная константа скорости реакции, ( )0

2Ze b

b

E T TRT−

= – число Зельдовича, 0

0b

T TT T

θ −=

− – безразмерная температура, bT – теоре-

24


тическая температура горения, соответствующая термодинамически равновесным продуктам сгорания.

Операция перенормировки проводится в пространстве волновых чисел и час-тоты. Для «перевода» уравнения (1) в это пространство необходимо воспользоваться комплексным преобразованием Фурье. Затем применим процедуру ренормализаци-онного анализа.

Полученный аналитическим путем эффективный ренормализационный коэф-фициент диффузии, характеризующий перенос (смешение) горючего и окислителя в пространстве, обусловленный турбулентным движением среды при хаотических флуктуациях скорости, температуры, давления и плотности. C увеличением темпе-ратуры процесса турбулентного горения уменьшается кинематическая вязкость газа и возрастает коэффициент турбулентной диффузии.

( )( )

*ε1*εexp

21

*ε00

020

2

0c

dd

DBS

ddDD

κτ

νν

νλ

p−

+−

+= ,

где ( )/22

Γ / 2

d

dSdp

= , ε - параметр, равный четырем, d – размерность пространства.

Выведены различные выражения константы скорости реакции в зависимости от преобразования экспоненциального множителя и выбора членов уравнения (1), которые были перенормированны. Константа скорости реакции зависит от темпера-туры и природы реагирующих веществ. С ростом температуры уменьшается число Прандтля и увеличивается скорость реакции.

В результате проведенного исследования при использовании ренормализаци-онного анализа получены ренормализационный коэффициент диффузии ΔD и ре-нормализационная константа скорости реакции ΔК. Выведена аналитическим путем математическая модель для турбулентного горения.

ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДУ ЛІНІЙНИХ ЗБУРЕНЬ ДО АНАЛІЗУ

НЕСТІЙКОСТІ ПОТОКУ З НАНОЧАСТИНКАМИ МІЖ ЦИЛІНДРАМИ, ЩО ОБЕРТАЮТЬСЯ

Дмитренко Наталія Павлівна (доповідач), Кондратьєва О.О. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-29-93, e-mail: [email protected]

Висока теплопровідність нанорідин їх стійкість до седиментації, ерозії і засмі-чення викликає постійну увагу вчених та інженерів. Такі властивості нанорідин да-ють змогу використовувати їх в різних галузях промисловості, електроніки та енер-гетики. В останні роки з’явилося чимало наукових робіт по застосуванню нанорідин в сфері атомної енергетики, системах охолодження електронних і оптичних прила-дів, мікротеплових трубок, наноструктурованих матеріалів та складних рідин.

Для створення нанорідин і збереження їх властивостей, тобто для їх стабіліза-ції, застосовуються різні методи, зокрема, відцентровий метод. При цьому нанорі-дини піддаються впливу відцентрової нестійкості різної природи. Один з таких видів нестійкості пов'язаний з вихорами Тейлора, початок яких залежить не тільки від від-

25


центрової сили, але і від температурних і концентраційних полів. В наведеному дослідженні розглядається нестійкість Тейлора потоку нанорі-

дини в криволінійному каналі, утвореному двома концентричними циліндричними поверхнями з внутрішньою поверхнею, що обертається.

Для проведення аналізу нестійкості потоку використано метод лінійних збу-рень. В проведеному дослідженні число Тейлора є критерієм стійкості потоку. Дос-ліджено вплив на критичні значення числа Тейлора таки параметрів: співвідношен-ня радіусів увігнутої і опуклої стінки, безрозмірних параметрів, що описують граді-єнт температури, відносної густини наночастинки, співвідношення броунівської ди-фузії та термофоретичної дифузії, а також числа Прандтля і числа Шмідта.

В результаті показано, що броунівська дифузія та термофоретична дифузія та числа Шмідта призводять до втрати стійкості потоку при позитивному і від’ємному градієнтах температури. У той же час збільшення числа Прандтля стабілізує потік при від’ємному температурному градієнті і дестабілізує його в умовах позитивного градієнта температури.

Отримані теоретичні результати допомагають зрозуміти механізми відцентро-вої нестійкості в нанорідинах і тим самим дозволяють оптимізувати функціональ-ність використовуваних відцентрових пристроїв для приготування нанорідин.

ТЕПЛОТА КРИСТАЛІЗАЦІЇ ПОЛІМЕРНИХ МІКРО- І

НАНОКОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНОГО УСТАТКУВАННЯ

Фіалко Наталія Михайлівна1 (доповідач), Дінжос Р.В.2, Меранова Н.О.1, Шеренковський Ю.В.1, Навродська Р.О.1, Кутняк О.М.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна тел. +38(044) 456-91-71, e-mail: [email protected] 2Миколаївський національний університет ім. В.А.Сухомлинського, вул. Нікольска, 24, Миколаїв, Україна, тел. +38(066) 655-66-60, e-mail: [email protected]

Напрями застосування полімерних мікро- і нанокомпозиційних матеріалів в теплоенергетиці великою мірою визначаються їх теплофізичними властивостями. Вибір вказаних матеріалів для виготовлення деталей та вузлів для теплоенергетич-ного устаткування ґрунтується на повній і детальній інформації щодо зазначених властивостей. Однією з важливих теплофізичних характеристик полімерних мікро- і нанокомпозитів є питома теплота їх кристалізації qкр, значення якої береться до ува-ги при визначенні умов застосування даних матеріалів.

Мета роботи. Встановлення на основі експериментальних досліджень залеж-ності питомої теплоти кристалізації ряду полімерних мікро- і нанокомпозиційних матеріалів від низки факторів (швидкості охолодження з розплаву, масової частки наповнювача, типу полімерної матриці тощо).

Результати. За результатами експериментальних досліджень визначено вели-чини питомої теплоти кристалізації для полімерних мікро- і нанокомпозиційних ма-теріалів на основі поліетилену, поліпропілену або полікарбонату, наповнених вугле-цевими нанотрубками (ВНТ), мікрочастинками алюмінію чи міді. Згідно з даними виконаних експериментів встановлено, що для досліджуваних композитів питома

26




теплота кристалізації суттєво залежить від типу полімерної матриці. Виявлено, що вона значно вище для композитів на основі поліетилену, ніж на основі полікарбона-ту. Встановлено також, що для композитів на основі всіх розглянутих полімерних матриць найбільші значення величини qкр мають місце при їх наповненні мікрочас-тинками міді, менші – мікрочастинками алюмінію і найменші – ВНТ. Результати досліджень показали, що питома теплота кристалізації зменшується з ростом масо-вої частки наповнювача та швидкості охолодження. При цьому композити на основі поліетилену більш чутливі до величини масової частки наповнювача у порівнянні з застосуванням полімерних матриць із поліпропілену та полікарбонату.

Висновки. За результатами експериментальних досліджень питомої теплоти кристалізації ряду полімерних мікро- і нанокомпозиційних матеріалів встановлено ефекти впливу на величину qкр типу полімерної матриці та наповнювача, швидкості охолодження композиту та ін.

ТЕПЛООБМІН В ГУСТИХ ВИСОКОКОНЦЕНТРОВАНИХ ПЛІВКАХ

РОЗЧИНІВ В РЕЖИМАХ ПОГІРШЕНОЇ ТЕПЛОВІДДАЧІ Петренко Валентин Петрович (доповідач), Прядко М.О. Національний університет харчових технологій, кафедра теплоенергетики та холодильної тех-ніки, вул. Володимирська, 68, Київ, 0160, Україна, е-mail: р[email protected]

Мета роботи. Дослідити механізм кризового погіршення тепловіддачі до гус-тих висококонцентрованих плівок цукрових розчинів.

Результати. Наведені результати моделювання режимів погіршеної тепловід-дачі в низхідних кільцевих паро-рідинних потоках густих розчинів під час випаро-вувального концентрування в довгих вертикальних трубах. На відміну від кризових явищ, що мають місце під час випаровування плівки води, де основною причиною кризи теплообміну є порушення цілісності плівки, в разі концентрування густих плівок по довжині каналу має місце стрімке зростання в'язкості та уповільнення течії плівки і, як наслідок, зростання її товщини без порушення цілісності. Моделю-вання концентраційного та температурного полів показало, що основною причиною падіння теплового потоку вздовж теплообмінного каналу є стрімке зростання фізи-ко-хімічної температурної депресії внаслідок наростання надлишкової концентрації на міжфазній границі плівки. Потовщення плівки та зменшення її теплопровідності внаслідок зростання концентрації відіграє другорядну роль в процесі падіння теп-лового потоку. Показано, що відповідність експериментальним даним результати моделювання режимів погіршення тепловіддачі до висококонцентрованих плівок мають місце лише за умови врахування хвильової структури плівки з циклічною дією великих хвиль (напливів), які періодично перемішують плівки. Падіння тепло-вого потоку по довжині випаровувального каналу відбувається у формі періодичних пилоподібних функцій з частотою проходження великих хвиль (напливів) з макси-мумом теплового потоку в момент проходження хвилі та його стрімким затуханням в міжхвильову паузу. Функція зміни теплового потоку в міжхвильову паузу повто-рює характер зміни функції корисного температурного напору, як основного факто-ру кризового режиму погіршення тепловіддачі до густих висококонцентрованих плівок.

27

mailto:%D1%[email protected]


Висновки. Модель тепловіддачі, як процес періодичного, відповідно до час-тоти проходження великих хвиль, накопичення надлишкової концентрації на між-фазній границі в міжхвильову паузу та її вирівнювання в момент проходження вели-кої хвилі з відповідною циклічною зміною корисного температурного напору, адек-ватно відображає режим кризового погіршення тепловіддачі до густих висококон-центрованих плівок розчинів.

ТЕРМОДИНАМІКА ПРОЦЕСУ ПЕРЕРОБКИ ВУГЛЕЦЕВМІСНИХ

ВІДХОДІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПЛАЗМОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ Жовтянський Віктор Андрійович (доповідач), Якимович М.В. Інститут газу НАН України, вул. Дегтярівська, 39, Київ, 03113, Україна, е-mail: [email protected]

Робота присвячена розробці технологій переробки вуглецевмісних відходів, у тому числі небезпечних, з використанням плазмових джерел енергії. Зокрема, плаз-мо-парова установка забезпечує повну екологічну безпеку та високу якість виробле-ного синтез-газу.

Сучасні технології поводження з відходами орієнтовані на їхню газифікацію згідно з принципом «відходи в енергію». Однією з його переваг є те, що діапазон температур, в якому ефективно здійснюються процеси газифікації, є досить високим і зазвичай перевищує 1000°С. Це автоматично відповідає вимогам Директиви 2000/76/EC, згідно з якою в разі спалювання відходів, що містять більше 1% (мас.) хлорвмісних органічних речовин, температура повинна підтримуватися на рівні 1100°C. Це необхідно для того, щоб діоксини і фурани, які утворилися на початко-вих стадіях процесу при відносно низьких температурах, були ефективно розкладені до HCl.

Особливою проблемою осаду стічних вод як небезпечних відходів є важкі ме-тали у їхньому складі. Тому низька температура переробки цих відходів, яка є ха-рактерною для спалювання, призводить до утворення високотоксичної золи. Якщо ж цей токсичний залишок у процесі переробки нагріти до дуже високої температури, то їх основні компоненти, включаючи мінерали і токсичні важкі метали, розплавля-ються і приймають склоподібний вигляд. Це вимагає температур понад 1700 К, які легко досягаються в процесах газифікації з використанням плазмових технологій.

Процес плазмо-парової газифікації може бути описаний брутто-рівнянням у досить загальному вигляді:

СHxOy + wH2O + mO2 = n1H2 + n2CO + n3CO2 + n4H2O + n5CH4 + n6C - QTR, де QТR=QR+QРL – загальна теплова енергія, яка виділяється в результаті як хімічних реакцій QR, так і за рахунок плазмового струменя QРL – таким чином, щоб реакційна суміш досягла необхідної температури ТР продуктів газифікації, w і m – кількість води і кисню на 1 кмоль відходів, n1, n2, n3, n4, n5 і n6 – коефіцієнти для відповідних продуктів реакції. До числа останніх відносяться гази, найчастіше отримувані в складі продуктів газифікації, та сажа. Енергетична складова у представленій формі дозволяє виділити роль додаткового джерела енергії QРL з точки зору досягнення оптимального рівня температури TP процесу газифікації.

28



МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛООБМІНУ В ПЕРЕХІДНОМУ РЕЖИМІ ТЕЧІЇ НА ОСНОВІ ПРИНЦИПУ РУХОМОЇ ТЕРМОДИНАМІЧНОЇ РІВНОВАГИ

Василенко Сергій Михайлович (доповідач), Бондар В.І., Солодка К.М. Національний університет харчових технологій, кафедра теплоенергетики та холодильної тех-ніки, вул. Володимирська, 68, Київ, 01601, Україна, е-mail: [email protected]

Мета роботи. Застосувати модель затухання турбулентності для аналізу теп-лообміну в перехідному режимі течії.

Результати. В граничних шарах турбулентність носить змінний характер, причому коефіцієнт чергованості (intermittency) змінюється по всій товщині гранич-ного шару. Тому коефіцієнт чергованості є зручною характеристикою для описання процесів перенесення в перехідному (буферному) шарі рідини між ламінарним про-шарком та турбулентним ядром. На поверхні поділу рідина-стінка ламінарний ре-жим існує у всіх точках поверхні, тому коефіцієнт чергування дорівнює 0. Із збіль-шенням відстані від міжфазової поверхні в глибину течії стабілізуючий вплив твер-дої поверхні слабшає, тому коефіцієнт чергуваності зростає до значення 1 в ядрі роз-виненого турбулентного руху. Стійкість турбулентної течії в буферному шарі зада-мо рівнянням «принципу рухомої термодинамічної рівноваги» (різновидом якого є рівняння затухання або ж релаксації). Достовірність припущень, що приймались під час формулюванні моделі затухання (пригнічення) турбулентності перевірили, порівнюючи отримані резільтати з моделлю розвиненої турбулентної течії за модел-лю Ван-Дріста (Van Driest). Порівняльний аналіз засвідчив, що запропонована мо-дель адекватно описує процеси перенесення в потоках рідини в каналах під час роз-виненого турбулентного режиму течії. Моделювання перенесення в рідині під час перехідного між ламінарним та турбулентним режимом руху рідини в каналах на основі запропонованого принципу затухання турбулентності – наступна задача. Якщо попередньо при аналізі процесів перенесення в розвиненому турбулентному потоці ми вводили поняття чергування турбулентності в перерізі каналу, то для пе-рехідного режиму застосовували поняття чергування турбулентності як функцію режимних характеристик течії.

Висновок. Розроблена модель затухання турбулентності дозволяє адекватно описати процеси перенесення в течіях в каналах та плівках рідини під час розвине-ного турбулентного руху рідини та під час перехідного між ламінарним та розви-неним турбулентним режимом руху рідини.

ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ В ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИЛ

Черника Иван Михайлович (докладчик), Болога М.К., Мардарский О.И., Кожевников И.В. Институт прикладной физики, г. Кишинев, Республика Молдова, тел. +(373) 22-73-81-21, e-mail: [email protected]

Цель работы. В последние годы проявляется растущий интерес к исследова-ниям процессов тепло- и массообмена при кипении в электрогидродинамических (ЭГД) потоках. Однако, из-за отсутствия ясных представлений о механизме воз-действия ЭГД течений, закономерности процесса кипения и теплообмена в электри-

29



ческом поле остаются недостаточно изученными. Результаты. Доклад содержит результаты экспериментальных исследований

теплообмена при кипении под воздействием электрического поля и электрогидро-динамического потока, создаваемого высоковольтным перфорированным электро-дом. Изучено влияние напряженности внешнего электрического поля и межэлект-родного расстояния на основные характеристики теплообмена при кипении и разви-тия процесса. Рабочей жидкостью служил гексан с температурой кипения 68,7°С, относительной диэлектрической проницаемостью ε/εo=1,88 и удельной электричес-кой проводимостью σ=10 пС/м, а теплоотдающим элементом – горизонтальная трубка из нержавеющей стали наружным диаметром 4 мм и длиной 80 мм, нагрев которой осуществлялся прямым постоянным током. Высоковольтный электрод в виде медной изолированной проволоки диаметром 1,5 мм с поперечными насечка-ми, обращенными к поверхности нагрева, расположен параллельно ей сверху. Меж-электродное расстояние составляло 1,5; 1,85; 2,0; 3,0 и 4,2 мм. Электрическое напряжение изменялось скачкообразно до 20 кВ.

Экспериментальные зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплового потока q при различных напряженностях поля показывают, что чем больше q, тем интенсивнее образование пузырьков пара и кипение жидкости, выше интенсивность теплоотдачи, которая увеличивается с ростом напряженности поля. Большим значениям напряженности соответствуют более высокие коэффициенты теплоотдачи при тех же плотностях теплового потока. Более выраженное влияние поля на интенсивность теплоотдачи наблюдается при умеренных плотностях тепло-вого потока, с ростом q влияние поля ослабевает. Определено расстояние между по-верхностью нагрева и высоковольтным электродом, при котором интенсивность теплоотдачи максимально.

Выводы. На основе проведенных исследований можно заключить, что ЭГД метод эффективен для интенсификации теплообмена при кипении и может быть ис-пользован при разработке замкнутых электрогидродинамических систем активного регулирования, систем охлаждения и термостатирования теплообменных аппаратов.

ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРОСТОРОВОГО РОЗПОДІЛУ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ

ВЛАСТИВОСТЕЙ НАДКРИТИЧНОЇ ВОДИ ПРИ ТЕЧІЇ В НАГРІВАНИХ ГЛАДКИХ ТРУБАХ

Фіалко Н.М.1, Носовський А.В.2, Власенко Т.С.2, Прокопов В.Г.1, Меранова Н.О.1, Альошко С.О.1, Хміль Дмитро Петрович1 (доповідач), Шараєвський І.Г.2, Піоро І.Л.3, Зімін Л.Б.2 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, м. Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-91-71, e-mail: [email protected] 2Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, вул. Лисогірська 12, Київ, Україна 3Faculty of Energy Systems and Nuclear Science University of Ontario Institute of Technology 2000 Simcoe Str. N., Oshawa ON L1K 7K4 Canada

Мета роботи. Аналіз на основі CFD моделювання просторової поведінки фі-зичних властивостей надкритичної води при її висхідній течії у вертикальних глад-ких трубах.

30



Результати. Виконано комплекс розрахункових досліджень просторової кар-тини зміни фізичних властивостей надкритичної води (густини, коефіцієнту тепло-провідності, в’язкості, питомої теплоємності тощо) в нагріваному каналі довжиною 4 м для інтервалу значень густини теплового потоку q , що підводиться до стінки каналу, 189…287 кВт/м2. Показано, що просторовий розподіл фізичних властивос-тей надкритичної води суттєво залежить від закономірностей руху фронту псевдо-фазового переходу. Встановлено, що положення вказаного фронту значно змінюєть-ся при зростанні величини теплового потоку q. А саме, при відносно великих зна-ченнях q (q=287 кВт/м2) положення фронту на осі труби відповідає поздовжній ко-ординаті 3,2 м. Тобто на значній ділянці труби, що прилягає до її вихідного перерізу, температура надкритичної води перевищує температуру псевдофазового переходу. При порівняно невисоких величинах q (q=189 кВт/м2) температура теплоносія є нижчою, ніж температура псевдофазового переходу в усій області, що розглядаєть-ся, окрім вузьких зон поблизу стінки труби. За результатами аналізу особливостей розподілу фізичних властивостей надкритичної води вздовж каналу показано, що їх поведінка поблизу стінки труби суттєво відрізняється від характеру її зміни вздовж осі труби. А саме, екстремальна зміна значень теплофізичних властивостей поблизу стінки труби має місце в перерізах, ближчих до входу в трубу, ніж на її осі. Встанов-лено закономірності зміни епюр фізичних властивостей надкритичної води по радіу-су труби в різних поперечних перерізах каналу та проаналізовано вплив величини q на вказані закономірності.

Висновки. Встановлено закономірності розподілу вздовж довжини та радіусу труби, що обігрівається, теплофізичних властивостей надкритичної води та виявле-но ефекти впливу на вказані розподіли густини теплового потоку, який підводиться до стінки труби.

CFD-МОДЕЛЮВАННЯ РОБОЧИХ ПРОЦЕСІВ В МІКРОФАКЕЛЬНИХ

ПАЛЬНИКАХ З АСИМЕТРИЧНИМ ПАЛИВОРОЗПОДІЛЕННЯМ Фіалко Н.М., Шеренковський Ю.В., Меранова Н.О., Альошко С.О., Рокитько Костянтин Володимирович (доповідач), Малецька О.Є., Полозенко Н.П., Ольховська Н.М. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел./факс +38(044) 456-91-71, e-mail: [email protected]

Робота присвячена дослідженню робочих процесів в стабілізаторних пальни-ках зі струминним зануренням палива в потік окисника, що зносить, за умови його подачі лише з однієї з бічних поверхонь стабілізаторів полум’я. Вказані пальникові пристрої орієнтовані на експлуатацію при відносно високих значеннях коефіцієнта надлишку повітря, що характерно для їх експлуатації в промислових печах, сушар-ках тощо.

Мета роботи. Встановлення закономірностей впливу конструктивних пара-метрів на робочі процеси в мікрофакельних пальниках стабілізаторного типу з аси-метричним паливорозподіленням.

Результати. На основі комп’ютерного моделювання отримано дані про харак-теристики течії та сумішоутворення в пальникових пристроях з однобічною пода-

31



чею палива. Досліджено ефекти впливу на робочі процеси пальників, що розгля-даються, таких конструктивних параметрів, як довжина закрилка L3 на торцевій по-верхні стабілізатора полум’я, відносний крок розташування газоподавальних отворів S/d та відстань між газоподавальними отворами та зривною кромкою стабілізаторів.

За результатами виконаних досліджень, зокрема, показано, що зі збільшенням довжини закрилків L3 суттєво зростає протяжність зони зворотних токів за стабіліза-тором полум’я та збільшується середня концентрація метану в зоні циркуляційної течії за стабілізатором, що відповідає за стійкість процесу горіння.

Встановлено екстремальний характер залежності рівня середньої концентрації метану в зоні зворотних токів від величини S/d. При цьому показано, що необхідні для стійкого горіння рівні середньої концентрації метану в даній зоні спостері-гаються при певних значеннях величини вказаного відносного кроку.

Висновки. Встановлено ефекти впливу на закономірності течії та сумішо-утворення в пальникових пристроях стабілізаторного типу з асиметричною подачею палива ряду конструктивних параметрів. Показано, що необхідні характеристики робочих процесів даних пальників можуть бути забезпечені шляхом вибору відпо-відних значень цих параметрів.

ОСОБЛИВОСТІ ТЕПЛОВОГО СТАНУ МІКРОФАКЕЛЬНИХ ПАЛЬНИКІВ З

ТЕРМОБАР’ЄРНИМИ ПОКРИТТЯМИ Фіалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренковський Ю.В., Альошко С.О., Ганжа Марк Володимирович (доповідач), Юрчук В.Л., Мілко Є.І., Реграгі А., Озеров А.А. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел./факс +38(044) 456-91-71, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Встановлення на основі CFD моделювання залежності теплово-го стану стінок стабілізаторів полум’я від просторової локалізації термобар’єрного покриття на їх зовнішній поверхні.

Результати. Дослідженню підлягали температурні режими мікрофакельних пальникових пристроїв з плоскими стабілізаторами полум’я при нанесенні термо-бар’єрних покриттів на різні ділянки їх зовнішньої поверхні. Комп’ютерне моделю-вання проводилося для таких варіантів просторової локалізації покриттів: варіант а), що відповідає нанесенню покриття на ділянку поверхні стабілізатора, яка включає нішову порожнину (зона I), бічну поверхню між нішею та торцем (зона ІІ) і торцеву поверхню стабілізатора (зона ІІІ); варіант b), в котрому покриття наносилося на зони поверхонь ІІ і ІІІ; і варіант с), в якому покриття локалізувалося лише в зоні ІІІ. Крім того розглядався варіант d), що відповідає відсутності захисного покриття. Для всіх вказаних варіантів дослідження теплового стану стабілізаторів полум’я виконано в широкому діапазоні зміни навантаження котлоагрегату.

Отримані результати числових досліджень показали, що при номінальних зна-ченнях навантаження котлоагрегату температура зовнішньої поверхні стабілізатора полум'я не перевищує допустиму величину 550°С для всіх варіантів просторової ло-калізації покриття. Проте при малих навантаженнях котлоагрегату (20% від номі-нального) для варіанту c) має місце перевищення вказаної допустимої температури

32



стінки. Це пояснюється тим, що в даному випадку умови охолодження є не сприятли-вими через малі витрати охолоджуючого агенту (природного газу) та незначні площі поверхні, зайняті термобар’єрними покриттями.

Наводяться результати комп'ютерного моделювання течії і теплообміну в сис-темі охолодження пальникових пристроїв, що розглядаються. Встановлено, зокрема, що наявність та просторова локалізація захисних покриттів на зовнішній поверхні стабілізаторів має незначний вплив на інтенсивність тепловіддачі від внутрішньої поверхні стінки стабілізатора до холодоагенту.

Висновки. На основі CFD моделювання виконано порівняльний аналіз тепло-вого стану стабілізаторів полум'я мікрофакельних пальників при різній просторовій локалізації термобар’єрних покриттів на їх зовнішній поверхні. Встановлено зако-номірності впливу навантаження котлоагрегату на температурний режим стабіліза-торів з захисними покриттями. Наводяться рекомендації щодо застосування пропо-нованих пальникових пристроїв підвищеної надійності.

НОВІ НАПРЯМКИ В РОЗРОБЦІ РІДКИХ ГАРТІВНИХ СЕРЕДОВИЩ

Кобаско Микола Іванович1 (доповідач), Москаленко А.А.2, Логвіненко П.Н.3,4, Добрівечер В.В.1 1ІТЛ, Київ, Україна 2Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-93, е-mail: [email protected] 3ІХВС НАНУ, Київ, Україна 4ТОВ Баркор, Київ, Україна

Мета дослідження – аналіз відомих розробок ефективних гартівних середо-вищ і проведення нових експериментально-розрахункових досліджень по створенню якісно-нових за складом і фізичному механізму інтенсифікації охолодження і струк-турних перетворень зміцнюваного металу, а також відповідних сучасних методів ді-агностики і управління режимами термообробки.

Результати. Суть нового напряму полягає в тому, щоб замість відомих гартів-них середовищ з добавками поверхнево - активних речовин (ПАР), що змінюють динаміку термозміцнення за рахунок збільшення критичних густин теплових по-токів, домогтися ефекту прискорення охолодження металу шляхом використання малих добавок водорозчинних полімерів. В таких середовищах на поверхні розпече-ного металу утворюється тонкий теплоізоляційний шар, що знижує температуру на кордоні з рідиною. В результаті, в діапазоні температур, при яких відбуваються аустенитно-мартенситні перебудови структури і зміцнення металу, усувається ре-жим плівкового кипіння. Плівкове кипіння при загартуванні уповільнює мартен-ситні перетворення в металі. Знижує його міцність, а також створює загрозу подвійного викривлення деталей машин складної форми. У досліджених водопо-лімерних середовищах хороший додатковий ефект отриманий при використанні ак-тивних гідродинамічних випромінювачів, що генерують в рідині коливання на час-тотах, що збігаються з резонансними частотами парових плівок. Такі коливання підсилюють нестабільність парової плівки аж до її руйнування, в результаті чого до-сягається висока якість термозміцнення продукції.

33



Висновки. Новизна ідей щодо підвищення ефективності технологій термо-обробки захищена двома патентами України, цієї тематики присвячена і вийшла в світ нова монографія у видавництві Lambert Academic Publishing, є зацікавленість однієї з профільних американських фірм в випробуванні пакету розробок від ТОВ «Інтенсивні Технології», ІТТФ, ІХВС НАНУ і ТОВ «Баркор» з можливим подаль-шим впровадженням в США. Позитивні перспективи використання результатів підтверджують доцільність продовження і розвитку досліджень в цій галузі прик-ладних розробок.

ОПТИМІЗАЦІЯ МЕТОДІВ ВІДНОВЛЕННЯ ОХОЛОДЖУЮЧОЇ ЗДАТНОСТІ

МІНЕРАЛЬНИХ МАСЕЛ В ПРОМИСЛОВИХ ТЕХНОЛОГІЯХ ТЕРМООБРОБКИ

Москаленко Анатолій Андріович1 (доповідач), Логвиненко П.Н.2, Разумцева О.В.1, Проценко Л.Н.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-93, е-mail: [email protected] 2Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України, Київ, Україна

Метою даної роботи була розробка методу відновлення охолоджуючих влас-тивостей мінеральних масел для фінішної термообробки сталевих виробів.

Результати. Запропоновано і детально досліджений швидкий і ефективний метод регенерації гартівних масел без зупинки технологічного процесу. Регенерація проводиться в два етапи: 1) фільтрація масла для видалення різних видів механічних забруднень; 2) в гартівну ванну з відпрацьованим і очищеним мінеральним маслом, частково втратившим первісну охолоджуючу здатність, додається певна кількість вихідного гартувального масла. Додавання вихідного гартувального продукту до відпрацюваного необхідно проводити дозовано, при паралельному періодичному тестуванні охолоджуючої здатності масла різної концентрації вихідного масла у відпрацьованому за методикою міжнародного стандарту ISO 9950 з допомогою спе-ціального апаратно-програмного комплексу.

Висновки. 1. Експеріменти, проведені на зразках гартувального середовища на базі мінерального масла І-20А., Після його 6-місячної експлуатації в цеху на лінії термообробки сталевих виробів, показали, що заміна до 50% відпрацьованого масла вихідним продуктом практично повністю відновлює його первісну охолоджуючу здатність.

2. Позітівний результат лабораторних досліджень запропонованого методу регенерації гартівних масел дає підстави для проведення дослідно-промислових випробувань у виробничих умовах і можливого впровадження в технологічну прак-тику.

34


ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ УНИФИЦИРОВАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАРАБОТКИ ИННОВАЦИОННЫХ КАВИТАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ Иваницкий Георгий Константинович (докладчик), Коник А.В., Недбайло А.Е., Целень Б.Я., Гоженко Л.П. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. ак.Булаховского, 2, Киев, 03164, Украина, тел. +38(044) 424-14-96, e-mail: [email protected]

В последние годы наблюдается тенденция широкого использования гидроди-намической кавитации в различных промышленных технологиях, таких как очистка и стерилизация сточных вод, создание наноэмульсий, синтез биодизельного топли-ва, водоподготовка и другие.

Изучение явлений кавитации применительно к интенсификации технологи-ческих операций в жидких гетерогенных средах, прежде всего, в нано- и биотехно-логиях, а также для направленного воздействия на супрамолекулярные структуры и бактериальные клетки, требует четкого понимания особенности кавитационных процессов, протекающих и возможности прогнозирования степени влияние опреде-ляющих факторов.

Пока еще отсутствует строгое научное обоснование возможностей кавитаци-онных устройств, используемых при решении конкретных задач. Очевидно, что изу-чение явлений кавитации с целью эффективного их использования в промышленных технологиях требует единого подхода к анализу механизмов кавитации и прогнози-рованию их воздействия на исследуемый объект, независимо от типа кавитационно-го реактора.

В докладе обсуждаются различные аспекты гидродинамической кавитации с рекомендациями по оптимальным рабочим параметрам и рациональной конструк-ции реактора. Рассматриваются пути построения общей математической модели кавитационных реакторов, в основе которой лежат как результаты собственных исс-ледований по изучению кавитации, так и анализ известных публикаций по данной теме.

Предложены универсальные математические модели, которые с единых тер-модинамических позиций описывают динамику одиночных пузырьков и пузырько-вых кластеров в широком диапазоне изменения режимных параметров без исполь-зования ограничивающих допущений. В рамках этих моделей рассматривается определяющие режимные параметры и анализируются основные физические меха-низмы, которые влияют на эффективность кавитационного воздействия. Обсужда-ются возможности и предлагаются пути дальнейшей модификации этих моделей.

Предлагаемую методологию можно рассматривать как начальный этап при разработке эффективных кавитационных устройств, применительно к созданию ин-новационных технологий на основе выбора рациональной конструкции кавитацион-ных реакторов и оптимальных режимов работы.

35



ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ РІЗНИХ МОДИФІКАЦІЙ КЛАСУ МЕТОДІВ ПОЛІАРГУМЕНТНИХ СИСТЕМ ДЛЯ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ

БАГАТОВИМІРНИХ ЗАДАЧ ТЕПЛОФІЗИКИ Прокопов В.Г., Шеренковський Ю.В., Фіалко Н.М., Юрчук Володимир Леонідович (доповідач) Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-91-71, e-mail: [email protected]

Підвищення ефективності моделювання багатовимірних процесів теплопере-носу пов’язано з необхідністю розроблення спеціальних методів, що мають високі адапційні властивості щодо фактору багатовимірності.

Мета роботи полягає у обґрунтуванні можливості побудови різних модифіка-цій класу методів поліаргументних систем (МПС), орієнтованих на розв’язування багатовимірних задач теплофізики.

Результати. Наводиться методика побудови МПС, що базується на трьох ви-хідних положеннях:

1. Виключення необхідності використання в шуканому розв’язку будь-яких апріорних елементів та визначення максимально можливою мірою всієї необхідної для побудови розв’язку інформації, виходячи лише із заданої математичної поста-новки задачі.

2. Реалізація повноти функціонального відображення вихідної інформації в зредукованій задачі.

3. Редукція багатовимірної задачі до особливих одновимірних задач. Відмічається, що джерелом різноманітності МПС є відмінності, які мають міс-

це при реалізації вказаних вихідних положень. По-перше, це відмінності, пов’язані з різним ступенем фактичного виконання вказаних положень, і, по-друге, відмінності, обумовленні можливістю використання різних засобів при їх реалізації. Показано, що відмінності першого виду породжують два основних підкласи МПС – методи повних і неповних поліаргументних систем. Щодо відмінностей другого з вказаних видів, то тут можливість побудови множини подальших модифікацій МПС базуєть-ся, насамперед, на різноманітті форм представлення розв’язку багатовимірної задачі та процедури її редукції. Вказана багатоманітність форм представлення лежить в основі відповідних підкласів методів – прямих і рекурентних МПС. Різноманіття процедур редукції приводить до інтегральних МПС, методів координатних решіток та комбінованих (інтегро-колокаційних) МПС.

Висновки. Представлено основні положення побудови класу методів полі-аргументних систем та розглянуто джерела різноманітності їх модифікацій.

36



ТРИВИМІРНА МОДЕЛЬ ГІДРОДИНАМІКИ ТА ТЕПЛООБМІНУ В СИСТЕМІ ҐРУНТ - ГОРИЗОНТАЛЬНИЙ ҐРУНТОВИЙ

ТЕПЛООБМІННИК – ТЕПЛОНОСІЙ Басок Б.І., Давиденко Б.В., Недбайло О.М., Божко Ігор Костянтинович (допові-дач), Ткаченко М.В., Новіцька М.П., Мороз М.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел.+38(044) 424-25-27

При застосуванні теплонасосних установок у складі систем теплопостачання перевага надається низькотемпературним системам водяного підлогового опалення. Крім того, підлогове опалення забезпечує найбільш комфортні санітарно-гігієнічні умови щодо перебування людини в приміщенні.

Метою дослідження є вдосконалення існуючих та створення нової методики розрахунку основних параметрів горизонтальних ґрунтових теплообмінників (аку-муляторів) неглибокого залягання, яка дає можливість розрахувати оптимальну конструкцію та гідравлічний режим роботи теплообмінника в залежності від типу ґрунту, потужності теплового насоса, доступної глибини залягання та кліматичної зони.

Розроблено тривимірну чисельну модель температурного стану ґрунтового масиву при роботі ґрунтового колектора, в якій розглядається розрахункова область, що має форму прямокутного паралелепіпеда зі сторонами xmax=17 м, ymax=34 м; zmax=7 м. Загальна довжина труби колектора 269 м. Внутрішній діаметр поліетиле-нової труби dвн=0,028 м. Товщина стінки труби δ=0,002 м. Теплоносій – 30% водя-ний розчин пропіленгліколю. Значення xmax, ymax і zmax, вибирались так, щоб процеси теплопереносу до ґрунтового колектора мінімально впливали на температурні умови на границях розрахункової області.

Результати. Розраховані та побудовані температурні поля по висоті ґрунтово-го масиву і розподіл температури по ширині ґрунтового масиву при кроці між осями сусідніх трубопроводів 0,95м. Виявлено, що при такому міжтрубному кроці взаємо-вплив сусідніх труб невеликий. На поверхні ґрунту, над міжтрубним простором, температура знижується лише на 0,5оС.

Для оцінки ефективності роботи горизонтального колектора запропоновано в якості критерію використовувати величину лінійного коефіцієнта теплопередачі да-ного колектора. Лінійний коефіцієнт теплопередачі розраховується як відношення кількості теплоти, підведеної до теплоносія в ґрунті за одиницю часу, до довжини трубопроводу і різниці температур ґрунту на границі розрахункової області і тепло-носія на вході в колектор.

Висновки. Розроблена тривимірна модель теплового стану ґрунтового масиву при використанні горизонтального колектора, яка може бути застосована при проек-туванні низькотемпературного контуру теплонасосних систем теплопостачання.

37


ЧИСЕЛЬНИЙ МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ІЗОТЕРМИ СОРБЦІЇ КАПІЛЯРНО-ПОРИСТИХ МАТЕРІАЛІВ

Сорокова Н.М.1, Кольчик Ю.М.2, Сороковий Родіон Ярославович1 (доповідач) 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-28, е-mail: [email protected] 2Київский національний університет будівництва та архітектури, Київ, Україна

Мета. При розрахунках тепломасопереносу в процесах сушіння або зволожен-ня пористих тіл, тепловологістного стану огороджувальних конструкцій будівель-них споруд виникає необхідність мати в наявності ізотерми сорбції. Для широкого кола матеріалів ізотерми емпірично отримані і представлені у вигляді таблиць або графічних залежностей Wp(φ, Т). Однак температурний інтервал даних по рівноваж-ному вологовмісту Wp істотно обмежений. Методи експериментального визначення Wp є досить тривалими і складними з точки зору забезпечення підтримання сталого стану оточуючого середовища та точності вимірювання зміни маси матеріалу.

Результати роботи. Значення Wp зазвичай розраховують за допомогою спів-відношень, що апроксимують експериментально знайдені ізотерми. Вигляд залеж-ностей Wp (φ, Т) визначається природою, структурою та енергетичним станом стінок пор матеріалу. Найбільш повними характеристиками структури пористих тіл є ди-ференціальна і інтегральна функції розподілу пор по розмірах. Остання визначає частку Пr пористості, що припадає на пори з радіусами від мінімального rmin до по-точного r. Якщо r=rmax, Пr дорівнює пористості П тіла.

В роботі представляється алгоритм чисельного визначення ізотерм сорбції та десорбції, що базується на основі даних про інтегральну функцію розподілу пор по розмірах для даного матеріалу та запропонованої [1] професором М.І. Нікітенко формули для товщини шару конденсату в залежності від вологості φ контактуючого середовища. Проведено чисельні експерименти з різними пористими матеріалами [2] та порівняння отриманих ізотерм з експериментально знайденими, які свідчать про ефективність запропонованого методу.

Висновки. Метод дозволяє визначати рівноважний вологовміст будь-яких по-ристих матеріалів, для яких відома функція розподілу пор за розмірами, в усьому ді-апазоні φ при заданій температурі.

Література 1. Никитенко Н.И. Исследование динамики испарения конденсированных тел на основе закона ин-

тенсивности спектрального излучения частиц. ИФЖ. 2002. Т.75, № 3. С. 128–134. 2. Сорокова Н., Кольчик Ю., Сороковий Р. Метод визначення рівноважного вологовмісту будівель-

них матеріалів огороджувальних конструкцій. Energy Efficiency in Civil Engineering and Architecture. 2018. Iss. № 10. С. 62 – 67.

38



ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ПРОГРАМИ IQLAB ПРИ ВИРІШЕННІ ОБЕРНЕНОЇ ЗАДАЧІ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ДЛЯ ХРОМОНІКЕЛЕВИХ

ЦИЛІНДРИЧНИХ ТЕРМОЗОНДІВ РІЗНИХ РОЗМІРІВ Проценко Л.М., Разумцева Ольга Василівна (доповідач) Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-93, е-mail: [email protected]

Метою даної роботи була перевірка коректності роботи програми IQLab при відновленні температури на поверхні циліндричних термозондів з жароміцних хро-монікелевих сплавів різних геометричних розмірів з 1 - 3 термопарами.

Результати: - для ТЗ розміром D/Н=10/50 мм, 12/60 мм і 25/100 мм, віднов-лення температури поверхні можливо з прийнятною точністю за показаннями однієї термопари, розташованої в геометричному центрі ТЗ, що істотно спрощує виготов-лення термозонда, підготовку і проведення експериментів;

- для ТЗ розміром D/Н=50/200 мм з трьома термопарами, розташованими в центрі зразка, безпосередньо на поверхні і на відстані 5,0 мм від поверхні, програма дає можливість відновлювати температуру поверхні по Тц.е. і по Т5мме. з близькими і прийнятними для практичного застосування значеннями ΔТ;

- виявлена тенденція збільшення помилки при відновленні температури по-верхні при видаленні точки збору даних від поверхні підтверджує доцільність мож-ливо близького розміщення контрольної термопари до поверхні, перш за все для га-баритних термозондів і середовищ з високою швидкістю охолодження;

- рішення ОЗТ і відновлення температури поверхні дозволяє розрахувати інші важливі характеристики процесу охолодження зразка: щільність теплового потоку і коефіцієнт тепловіддачі.

Висновки. Програма може бути використана для інженерних, лабораторних розрахунків по визначенню температури поверхні для циліндричних зразків діамет-ром 10...50 мм з одною термопарою, а для більш габаритних зразків D≥50 мм необ-хідно встановлювати контрольні проміжні термопари і проводити дослідно-про-мислові випробування у виробничих умовах.

ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ТЕПЛООБМІНУ У ВНУТРІШНІХ КАНАЛАХ

КРУГЛОГО ПЕРЕРІЗУ Гронь Сергій Сергійович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-68, факс. +38(044) 453-28-89, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Розробка нових методів інтенсифікації теплообміну у внутріш-ніх каналах круглого перерізу, зменшення затрат енергоресурсів, збільшення ККД теплового пункту.

Результати роботи. Інтенсифікація теплообмінних процесів в елементах енер-гетичного обладнання при рівних площах теплообміну і при рівних швидкостях од-ного і того ж теплоносія визначається структурою його течії на теплообмінних по-верхнях. Під структурою течії розуміють й товщину динамічного прикордонного шару, й режим течії в прикордонному шарі (ламінарний, турбулентний), а також

39




просторові та тимчасові масштаби вихрових збурень в прикордонному шарі та їх ін-тенсивність. Реалізуючи аналогію Рейнольдса, підвищуючи напруги на обтічній по-верхні та тим самим підвищуючи інтенсивність вихрових структур в прикордонному шарі – інтенсифікують теплообмін. Однак процес цей дуже енерговитратний. Міні-мізувати енерговитрати на одиницю зміни інтенсивності теплообміну дозволяють структуровані поверхні теплообмінників, що реалізують генерацію пристінкових вихрових структур заданого виду і масштабу.

Структурування обтічних поверхонь – один з найбільш поширених на сьогод-ні методів інтенсифікації теплообміну, утворення перешкод з мінімальним опором є окремим випадком даного методу і дозволяє істотно збільшити ефективність роботи теплообмінного обладнання шляхом інтенсифікації вихрових збурень в потоці. Ін-тенсивність тепловідведення і супутнє зростання гідравлічного опору досить склад-ним чином залежать від геометричних параметрів поверхні при зміні чисел Рей-нольдса і Прандтля.

Питання впливу турбулентності внутрішнього потоку на теплоперенос в роз-винутому турбулентному пограничному шарі довгий час залишалось малодослідже-ним. Це обумовлено тим що при такому режиму течії не було підстав очікувати від-чутної інтенсифікації теплообміну.

Висновки. 1) Інтенсифікації теплообміну в круглому перерізі можна досягти шляхом

створення перешкод з мінімальним опором течії теплоносія. 2) Здобутком роботи є запропоноване рішення для зменшення гідравлічно-

го опору у внутрішніх каналах і підвищення інтенсифікації теплообміну.

40

Секція 2. Відновлювальні та альтернативні джерела енергії

Секція 2 Відновлювані та альтернативні джерела енергії

ПРОБЛЕМИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ АГРОБІОМАСИ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ЕНЕРГІЇ В УКРАЇНІ

Желєзна Тетяна Анатоліївна Інститут технічної теплофізики НАН України, Біоенергетична асоціація України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 223-55-86, e-mail: [email protected]

Мета роботи полягає у визначенні основних перешкод на шляху енергетично-го використання біомаси аграрного походження в Україні та розробці рекомендацій для подолання цих перешкод.

Енергетичною стратегією України на період до 2035 року поставлено наступні цілі по внеску біомаси та відходів до загального постачання первинної енергії: 6 млн. т н.е. у 2025 р., 8 млн. т н.е. у 2030 р., 11 млн. т н.е. у 2035 р. Аналіз ресурсної бази біомаси, доступної для виробництва енергії в Україні, показує, що досягнення зазначених цілей можливе тільки за умови залучення агробіомаси до паливно-енер-гетичного балансу країни.

За даними 2018 р., енергетичний потенціал первинних відходів та побічної продукції рослинництва складає більше 9 млн. т н.е., що становить понад 41% за-гального потенціалу біомаси (близько 22 млн. т н.е.). Повне використання потен-ціалу агробіомаси може задовольнити близько 18% кінцевого споживання енергії в Україні, яке у 2017 р. склало 50,1 млн. т н.е.

Наразі практична реалізація енергетичного потенціалу біомаси аграрного по-ходження розвивається недостатньо швидко. Серед основних бар’єрів можна виді-лити такі як відсутність у агровиробників техніки для заготівлі побічної продукції рослинництва (зокрема, стебел кукурудзи), складність організації загального лан-цюжка «заготівля-поставка», специфічність паливних характеристик агробіомаси та ін. Крім того, деякі фахівці-ґрунтознавці наголошують на потенційних ризиках для ґрунту від вилучення з поля пожнивних решток для потреб енергетики. Щодо остан-нього, треба зазначити, що це питання ретельно враховано в представленій оцінці енергетичного потенціалу агробіомаси в Україні.

Подоланню існуючих бар’єрів та практичній реалізації потенціалу біомаси сільськогосподарського походження для виробництва енергії в Україні суттєво до-поможе виконання міжнародного проекту «Сприяння впровадженню систем опа-лення на агробіомасі в сільських регіонах Європи – AgroBioHeat» (2019-2021). Про-ект фінансується програмою досліджень та інновацій ЄС Горизонт 2020. Від України членом консорціуму проекту є Біоенергетична асоціація України.

Висновок. Біомаса аграрного походження є важливою складовою біоенерге-тичних ресурсів України, які можуть суттєво підвищити енергетичну безпеку країни. Необхідно систематично працювати над подоланням існуючих перешкод та створенням сприятливих умов для розвитку даного напрямку біоенергетики.

41



АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ ЗАГОТІВЛІ ДЕРЕВИНИ ПІД ЧАС ПРОВЕДЕННЯ ЛІСОГОСПОДАРСЬКИХ ЗАХОДІВ У ПОЛЕЗАХИСНИХ ЛІСОСМУГАХ

Драгнєв Семен Васильович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 223-55-86, факс +38(044) 456-94-62, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Аналіз технологій заготівлі деревини у полезахисних лісосму-гах та її переробки у тріску. Визначення витрат на виробництво тріски від коефіці-єнту використання продуктивності подрібнювача та відстані транспортування.

Результати. Полезахисні лісосмуги (ПЗЛС) в Україні займають площі близько 446,1 тис. га та нині знаходяться в занедбаному стані, що призводить до неможли-вості виконання ними своїх захисних функцій. Відповідно до статті 37 Земельного кодексу України (https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2768-14), що набрала чинності з 1.01.2019 р., земельні ділянки під ПЗЛС, які обмежують масив земель сільськогос-подарського призначення, передаються у постійне користування державним або ко-мунальним спеціалізованим підприємствам або в оренду фізичним та юридичним особам з обов’язковим включенням до договору оренди землі умов щодо утримання та збереження таких смуг і забезпечення виконання ними функцій агролісотехнічної меліорації. Згідно експертних оцінок, при виконанні робіт з реконструкції ПЗЛС можна отримувати 100-200 щільних м3 низькосортної деревини на гектар. При реа-лізацій програми по відновленню ПЗЛС на протязі 15-25 років, річний обсяг низько-сортної деревини, доступний для енергетичного використання, становитиме: 2,73 млн. т/рік (0,93 млн. т у.п./рік) (Желєзна Т.А., Баштовий А.І., Гелетуха Г.Г. Аналіз додаткових джерел деревного палива в Україні Аналітична записка Біоенергетичної асо-ціації України №15, 2016. http://www.uabio.org/img/files/docs/position-paper-uabio-15-ua) Для оцінки витрат на заготівлю паливної тріски під час проведення лісогосподарсь-ких заходів у ПЗЛС проаналізовано дві технології заготівлі деревини: базова (вико-ристання дискової рубальної машини агрегатованої із трактором із ручною подачею сировини, яка широко розповсюджена в Україні) та інтенсивна (використання ру-бальної машини на шасі вантажного автомобіля із маніпулятором).

Висновки. Прямі витрати на заготівлю тріски за базовою технологією скла-дають 1111 грн/т, а для інтенсивної – 346 грн/т. Закупівлю відповідних машин до-цільно розглядати при річних обсягах заготівлі деревини від 650 т для базової тех-нології (близько 9 га лісосмуг) та 15 тис. т для інтенсивної (близько 108 га лісосмуг).

ОЦІНКА СТАЛОСТІ БІОЕНЕРГЕТИЧНИХ ПРОЕКТІВ

НА МАЛОПРОДУКТИВНИХ ЗЕМЛЯХ В УКРАЇНІ Трибой Олександра Володимирівна Інститут технічної теплофізики НАН України, НТЦ «Біомаса», вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 223-55-86, e-mail: [email protected]

Мета роботи полягає у визначенні сталості біоенергетичних проектів, що ви-користовують у якості сировини біомасу енергетичних культур, вирощених на ма-лопродуктивних землях в Україні.

На шляху до здобуття енергетичної незалежності однією із основних цілей

42


https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2768-14

http://www.uabio.org/img/files/docs/position-paper-uabio-15-ua.pdf



України є зменшення споживання викопних палив та збільшення частки відновлю-ваних джерел в енергобалансі країни. Досягнення цих цілей можливе лише за раху-нок залучення біомаси енергетичних культур, потенціал вирощування яких в Україні складає близько 12-25 млн т н.е. за умови вирощування на 3-4 млн га мало-продуктивних земель.

Оцінка сталості проводилась для біоенергетичного ланцюга виробництва біо-етанолу 2-го покоління з верби Salix Viminalis L., вирощеної на малопродуктивних землях Іванківського району Київської області із використанням адаптованого набо-ру показників сталості Глобального Біоенергетичного Партнерства (Global Bioenergy Partnership, GBEP).

Результати проведеної оцінки показали, що в Іванківському районі, доступно 16720 га малопродуктивних сільськогосподарських земель під вирощування біоси-ровини (167200 сухих т/рік) для потенційного біоетанольного заводу потужністю 33400 т/рік. Собівартість тріски енергетичної верби з доставкою (50 км) на завод становить 28,7 євро/суху тонну (окупність 10 років), що складає 1/5 витрат на вироб-ництво 1 т біоетанолу (720 євро/т). В результаті реалізації проекту із виробництва лігноцелюлозного біоетанолу та його використання рівень викидів парникових газів на цільовій території знизиться на 57% порівняно із базовим сценарієм використан-ня бензину. Якість ґрунту при вирощуванні верби покращиться за рахунок збіль-шення на 314 кг органічної речовини ґрунту на гектар щорічно, порівняно до сце-нарію вирощування зернових культур на цих землях. Створення валової доданої вартості в регіоні виконується за рахунок продажу біоетанолу, надлишку виробленої електричної та теплової енергії. Міжнародні ціни на етанол суттєво впливають на економічну доцільність проекту з виробництва біоетанолу другого покоління (у червні 2017 р. валова додана вартість складає 16871952 євро/рік; у червні 2018 р. ва-лова додана вартість – 9457152 євро/рік).

Висновок: Оцінка сталості біоенергетичного проекту виробництва біоетанолу з біомаси, вирощеної на малопродуктивних землях показала, що витрати на вироб-ництво є низькими, а сприятливі схеми підтримки роблять виробництво біоетанолу другого покоління в Україні економічно сталим за умови довгострокового стимулю-вання.

СПОЖИВАННЯ БІОМАСИ В ЖИТЛОВОМУ СЕКТОРІ УКРАЇНИ

У 2007-2016 РР Антоненко Вячеслав Олегович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна

Житловий сектор відіграє вирішальну роль у зростанні споживання біомаси: кінцеве споживання біопалива домогосподарствами становило 1506 тис. т н.е. у 2016 році (проти 1097 тис. т н.е. у 2015 році).

Більша частина біомаси, що використовується домашніми господарствами, походить від самозаготівлі, що є проблематичним для статистичного моніторингу. Крім того, існують великі відмінності між регіонами. Таким чином, метою даної ро-боти є надання детальних даних про спалювання палив, домогосподарствами на

43


регіональному рівні протягом 2007–2016 рр. та визначення обсягу самозаготівлі біопалива.

У 2016 році споживання природного газу українськими домогосподарствами скоротилося приблизно на 31% з рівня 2013 року (-4288 тис. т н.е.), а споживання вугілля – на 62% (-456 тис. т н.е.).

Оскільки ціни на природний газ для населення зросли, велика частка спожи-вачів газу більше не може сплачувати рахунки новими цінами на природний газ. Та-ким чином, використання біомаси стало однією з економічно обґрунтованих альтер-натив для теплопостачання домогосподарств.

Хоча споживання інших видів палива в 2014-2016 роках зменшується, спожи-вання біомаси домогосподарствами збільшилося на 51% за вказаний період (+500 тис. т н.е.) незалежно від військової дій та відсутності статистичних даних з окупованих територій. Таким чином, частка біомаси у загальному обсязі кінцевого споживання палива зросла з 8,1% у 2014 році до 13,5% до кінця 2016 року (за винят-ком централізованого теплопостачання та електроенергії).

Починаючи з 2009 року, самозаготівля біомаси зростає з 550 тис. т н.е. до 1150 тис. т н.е., що відповідає 62% - 76% загального споживання біомаси у житло-вому секторі

Незважаючи на зростання частки біомаси, природний газ залишається найпо-ширенішим паливом для кожного регіону.

Проте, біомаса охоплює значну частку в деяких багатих на ліси регіонів: Чернівці (29%), Чернігів (37%), Черкаси (23%), Житомир (34%), Закарпаття (29%) та Київ (14%) тощо. Зазначені шість областей споживають більше 54% біопалива в житловому секторі країни.

Самозаготівля біопалива є основним джерелом біомаси для житлового сектора України та досягла загрозливого рівня, забезпечуючи 76% загального споживання біопалива домогосподарствами. І ця діяльність є часто нелегальною та проблема-тичною для контролю і моніторингу.

МІКРОКОГЕНЕРАЦІЙНА УСТАНОВКА НА БІОМАСІ

З ДВИГУНОМ СТІРЛІНГА Борисов Ігор Іванович1 (доповідач), Пащенко Д.В.2, Фалько В.Ю.1, Халатов А.А.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-53, e-mail: [email protected] 2ТОВ «Ротор– Суми», Суми, Україна, тел. +38(054) 277-38-03, e-mail: [email protected]

Проведено розробку та випробування експериментального зразка мікроко-генераційної установки на базі двигуна Стірлінга з вихровою двохстідійною каме-рою згоряння гранульованої біомаси, рекуперацією та утилізацією теплоти викид-них газів

Установка включає в себе двохстадійну камеру згоряння, двигун Стірлінга з теплообмінником, розташованим у вторинній камері згоряння, протитечійний теп-лообмінник-рекуператор та теплообмінник-утилізатор. Продукти згоряння подають-ся спочатку в теплообмінник двигуна Стірлінга, а потім поступають в теплообмін-

44


ник-рекуператор, в якому відбувається підігрів повітря, яке іде на спалювання біо-маси (пелет). Залишкова ентальпія потоку димових газів витрачається на підігрів води. Двостадійна камеру згоряння вихрового типу забезпечує високу повноту спа-лювання біомаси.

Було проведено випробування установки з вимірюванням її основних пара-метрів. В якості палива використовувались деревинні пелети з калорійністю 15,3 МДж/кг. Теплова потужність спалювання біомаси склала 12 кВт. Електрична потужність двигуна Стірлінга дорівнювала 500 Вт. Загальний ККД установки стано-вив 90%.

Випробування показали, що камера згоряння забезпечує стале горіння. За рахунок використання вихрової технології спалювання у вторинній камері, забезпе-чується інтенсивне перемішування, повністю випалюються смоли. Необхідний рівень температури в первинній камері забезпечується надійною теплоізоляцією та рекуперативним підігрівом повітря, що іде на спалювання. Димові гази були по-вністю прозорими, що вказує на достатній рівень повноти згоряння біомаси. Також у димових газах практично відсутній винос часток золи, що дозволяє сподіватися на довгий ресурс установки, без необхідності частої профілактики та очищення.

СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДОГО АЛЬТЕРНАТИВНОГО ПАЛИВА

В РЕЖИМІ САМОЗАЙМАННЯ Чмель Валерій Миколайович (доповідач), Новікова І.П. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-65, e-mail: [email protected]; [email protected]

Мета роботи. Метою роботи є розробка технології спалювання твердого аль-тернативного палива в режимі самозаймання.

Результати. При використанні біомаси в якості альтернативного палива, не-обхідні технології спалювання які не залежать від її паливних характеристик. Як по-казали попередні досліди, проведені в ІТТФ НАН України, однією з таких техноло-гій є організація процесу спалювання в режимі самозаймання.

При проведені дослідження процесу горіння альтернативного палива, були визначені його кінетичні характеристики: температури самозаймання та період ін-дукції для деяких видів біомаси.

Спалювання біомаси провадилось в затопленій системи супутніх струменів окислювача та дрібнодисперсної твердої біомаси в режимі самозаймання, який дося-гався шляхом термохімічною обробки палива за методом створеним авторами [1].

При спалювання палива в режимі самозаймання швидкість горіння найбільша (сягає безкінечності) і при цьому переважаючими складовими реакції горіння є не кінетичні, а дифузійні процеси. Тому, як показали експерименти, тверде паливо в цьому випадку горить за подвоєним горящим пограничним шаром і загальний про-цес горіння наближається до процесу горіння газоподібного палива.

На підставі проведених дослідів була створена технологія спалювання твердо-го палива. Її перевірка на моделі показала,що за своїми якісними характеристиками процес вигоряння палива в факелі відповідає розробленій технології спалювання. Частка палива до 60% вигоряє в межах відстані, яка дорівнює 5-6 висот паливного

45



сопла. Залишок палива створює хвіст факелу, який і визначає розмір останнього. Висновки: 1. Експериментально визначена температура самозаймання для

антрациту, кам‘яного вугілля, лузги гречки, лузги проса та льняної костриці. 2. Побудована модель горіння в затопленій системі супутніх струменів окис-

лювача та твердого палива в режимі самозаймання. 3. Проведені досліди на моделі показали, що за своїми якісними характерис-

тиками процес вигоряння палива в факелі відповідає розробленій технології спалю-вання.

Література 1. Чмель В.Н., Новикова И.П. Сжигание топлива по методу термохимической подготовки.// Диспер-

сні системи. ХХ наукова конференція країн СНД, 23 – 27 вересня 2002р. Одеса, Україна. Тези доповідей. – Одеса: Астропринт, 2002. – С. 275 – 276.

ВЛИЯНИЕ СЕЗОННЫХ ФАКТОРОВ НА КУЧЕВОЕ ХРАНЕНИЕ ЩЕПЫ

ТОПЛИВНОЙ И МЕЛКИХ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ Ляшенко Андрей Владимирович (докладчик), Михалевич В.В., Кривуша В.С., Колесник В.М. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, e-mail: [email protected]

Цель работы. Определить круглогодичное влияние температурно-влажност-ных факторов на биологическое состояние щепы топливной и других древесных от-ходов.

Результаты. Склады межсезонного хранения щепы и мелких древесных отхо-дов должны предусматривать объемы хранимого материала, исчисляющиеся тыся-чами, а в некоторых случаях десятками тысяч насыпных кубометров. Естественно, что при столь больших объемах хранения строительство закрытых складов потребу-ет огромных капитальных затрат. В связи с этим межсезонное хранение древесных отходов должно осуществляться в открытых складах при минимальных расходах на их строительство. Хранение древесной щепы на открытом воздухе в больших кучах, приводит к возникновению внутри их объема совершенно новых условий, в корне отличающихся от условий хранения различного рода круглых сортиментов древеси-ны и крупных кусковых отходов, что вызывает необходимость к изучению.

В представленном исследовании щепу топливную складировали в подготов-ленный отсек размерами 5x0,8 м, высотой 2,0 м с открытым верхом и с естествен-ным углом наклона боковых поверхностей. Замеры температуры на глубине 0,4 м в летний период показали, что в течение первых 2 недель температура повысилась до 60°С, в продолжение последующих 2 недель снизилась до 40–45°С, а затем медлен-но понизилась к концу 4-месячного срока хранения до 10–15°С.

В зимний период температура была выше на 10–15°С температуры окружаю-щего воздуха. Средняя влажность щепы в точках замеров в продолжение первого месяца уменьшилась с W=60% до W=40%.

Выводы. 1. Большие массы древесной щепы в кучах, обладают способностью к самопроизвольному повышению температуры и даже возгоранию, что является ре-зультатом жизнедеятельности бактерий и грибков. Поэтому необходимо предусмат-ривать технические и технологические приемы контроля параметров температуры и

46



ее снижения. 2. Исследования показали, что при существующих геометрических размерах

кучи со щепой топливной самовозгорание не происходит, температура куча не пре-вышала 60ºС в летний период.

3. При хранении щепы топливной в куче с указанными геометрическими раз-мерами в течение 4...6 мес. потери древесины в результате биологической деструк-ции составляют в среднем около 5%.

ВПЛИВ ГАЗОВОЇ АТМОСФЕРИ НА

ТЕРМІЧНЕ РОЗКЛАДАННЯ БІОПАЛИВА Корінчевська Тетяна Володимирівна (доповідач), Михайлик В.А., Корінчук Д.М. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-12-26, e-mail: [email protected]

Мета. Дослідити вплив складу газової атмосфери на термічне розкладання біопалива.

Результати роботи. Дослідження термічного розкладання палива проведено в дериватографі Q-1000 у відкритому конічному платиновому тиглі при нагріванні від 20 до 1000°С зі швидкістю 7,4 К/хв. Зразки в вигляді таблеток діаметром 8 мм та ви-сотою 2,5–3,0 мм виготовлені пресуванням тирси деревини сосни з розміром части-нок 0,2<l<3 мм.

В ході досліджень змінювали якість атмосфери в зоні термічного розкладання: 1 – газова атмосфера, яка утворюється в обмеженому об’ємі, заповненому нерухо-мим повітрям, в результаті видалення води та газів термічного розкладання органіч-них речовин палива; 2 – атмосфера збагачена киснем за рахунок примусової подачі повітря (10 – 12 л/год.) в зону розкладання; 3 – інертне середовище, утворене газо-подібним азотом, потік якого підтримували на рівні 20 – 25 л/год.

Незалежно від виду та якості газового середовища видалення води зі зразків відбувалось в інтервалі 20 – 180°С. Збільшення вмісту кисню в зоні реакцій приско-рює швидкість розкладання з 2,17% сухих речовин/хв. у статичному газовому сере-довищі до 3,19% сухих речовин/хв. в середовищі з примусовою подачею повітря, та звужує його температурний діапазон з 181–518°С до 173–411°С.

В інертному середовищі термічне розкладання проходить по схемі піролізу деревини в інтервалі 181–863°С при середній швидкості 1,04% сухих речовин/хв.

Розкладання набуває найвищої швидкості за ~300°С. В інтервалі до 325°С деструктивних змін набуває більша половина органічних речовин: 50,05% – у ста-тичному газовому середовищі, 58,62% – в потоці повітря та 53,65% – в інертній ат-мосфері.

Оцінка величини теплового ефекту реакцій термічного розкладання показала, що умовний питомий тепловий ефект практично не залежить від того в статичному чи динамічному стані знаходиться повітря в зоні реакцій, проте він менший на 28% в інертному середовищі.

Висновок. Газова атмосфера в зоні реакцій суттєво впливає на кінетику та хід термічного розкладання органічних речовин деревини.

47



ТЕРМІЧНИЙ АНАЛІЗ ТОРЕФІКОВАНОГО ГРАНУЛЬОВАНОГО КОМПОЗИЦІЙНОГО ПАЛИВА

Михайлик Вячеслав Аврамович (доповідач), Корінчевська Т.В., Корінчук Д.М., Дахненко В.Л. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-12-26, e-mail: [email protected]

Мета. Визначити ступінь термічного розкладання гранульованого компози-ційного палива на основі деревини та торфу, торефікованого за температур в інтер-валі 250 – 290°С.

Результати роботи. Гранули з суміші деревини сосни та торфу в співвідно-шенні 1:1 торефіковані при атмосферному тиску в умовах власного газового середо-вища за температур 250, 270 та 290°С протягом 60 хв. Термічний аналіз палив вико-наний в дериватографі Q-1000 в діапазоні 20…1000°С при швидкості нагрівання 7,4 К/хв. в відкритому конічному алундовому тиглі в атмосфері нерухомого повітря.

Багатостадійний характер деструкції композиційного палива обумовлений те-рмічними властивостями компонентів. Так, в деревині термічне розкладання геміце-люлоз відбувається в інтервалі 225–325°С, целюлози – 305–375°С, лігнін поступово розкладається від 250 до 500°С.

Аналіз дериватограм показав, що частка маси палива, яка термічно розклада-ється до 300°С, зменшується від 17,5% в неторефікованому паливі до 4,8% в торефі-кованому за 290°С.

В результаті торефікації температура початку термічного розкладання палива зростає з 178 до 207°С, а температурний діапазон розкладання розширюється з 459°С в неторефікованому паливі до 560°С в торефікованому за 290°С, відповідно. За рахунок торефікації збільшується питома теплота термічного розкладання компо-зиційного палива на 15,4% за 250°С, на 19,6% за 270°С та 31,2% за 290°С.

Вміст золи в торефікованому паливі зріс з 6,9 до 10,0%. Рівноважна вологість гранул після торефікації і зберігання була в межах 3,1–4,6% (залежить від темпера-тури обробки), тоді як вологість неторефікованих гранул склала 9,9%, що є наслід-ком зростання гідрофобності палива.

Висновок. Термічний аналіз гранульованого вихідного та торефікованого композиційного палива на основі деревини сосни та торфу показав, що ступінь його розкладання при торефікації залежить від температури та часу термічної обробки. Торефікація є дієвим способом покращення енергетичних характеристик біопалив та їх композицій з торфом.

48



ІННОВАЦІЙНІ ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ТЕПЛОТИ З ВІДНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ

Снєжкін Юрій Федорович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-94-02, e-mail: [email protected]

Мета: створення інноваційних теплотехнологій для виробництва теплоти з використанням відновлюваних джерел енергії.

Україна, як і значна кількість європейських країн, більш ніж на 60% імпортує енергоносії. Виправити такий дисбаланс в енергоспоживанні можливо використо-вуючи відновлювані джерела енергії (ВДЕ). Україна зобов’язалась до 2020 року ви-робляти 11% енергії з ВДЕ. У інших країн Європи цей показник значно більший, від 13% зобов’язання Бельгії до 49% у Швейцарії.

Які ж технології ВДЕ використовують в світі. Їх багато, я зупинюсь на тих те-плотехнологіях якими ми займаємось для виробництва теплоти. Для порівняння ефективності різних технологій використовують коефіцієнт використання палива (КВП). Розрахунки показують, що найбільший КВП мають теплонасосні теплотех-нології. Вони мають КВП від 90% у компресійних теплових насосів (ТН) з електро-приводом до 85% у ТН використовуючи привід від двигуна внутрішнього спалю-вання. За рахунок чого ТН мають такий високий КВП? За рахунок використання ни-зькопотенційних джерел енергії (НПДЕ). НПДЕ можуть бути різні – це і геотер-мальна енергія, теплота стічних вод, теплота відкритих водоймищ, теплота повітря та багато інших. Загалом потенціал НПДЕ перевищує енергію розвіданих традицій-них енергоресурсів у 80 разів. В Україні, наприклад, приблизний потенціал стічних вод з Т=12-20 °С у 180 містах, селищах міського типу і селах складає 5000 ГДж. Економічно доцільні об’єми виробництва товарної теплової енергії з використанням теплової енергії стічних вод за допомогою ТН складають 2138 тис.т у.п. на рік. Це дорівнює 10% зменшення теплової енергії в системах теплопостачання і еквівалент-но заміщенню 1,7 млрд.м3 газу. Тільки м. Київ маючи 2600 км каналізаційних мереж має технічно досяжний потенціал стічних вод 4,7 млн. Гкал на рік, що еквівалентно заміщенню 0,5 млрд.м3 газу.

Результати роботи. Нами розроблена та впроваджена теплонасосна система гарячого водопостачання потужністю 1,5 МВт у м.Краматорськ. Вона в якості НПДЕ використовує неочищені стічні води і економить для міста щорічно 1,47 млн.м3 газу.

Розрахунки показують, що потенціал енергозбереження в системах теплозабе-зпечення та гарячого водопостачання в Україні НПДЕ становить 26,55 млн. т у.п. на рік, що еквівалентно заощадженню 20 млрд.м3 газу.

Одним з ефективних ВДЕ в Україні є торф. Його запаси складають біля 2 млрд.т. В 1928 році частка торфу в паливному балансі України складала 35%, але з розвідуванням великих запасів газу доля торфу в енергетичному балансі значно впа-ла. Чому торф використовують в якості палива незважаючи на те, що він ще є дже-релом дуже ефективних органічно гумінових добрив? Тому що собівартість одиниці енергії з торфу в 3 рази менша за вартість одиниці енергії з газу. А в порівнянні з кам’яним вугіллям паливо з торфу містить значно менше сірки і золи. При спалю-

49


ванні це паливо майже не виділяє токсичні речовини, а зола використовується як добриво.

Нами розроблена теплотехнологія переробки торфу та біомаси на компози-ційне паливо з екстракцію гумінових речовин в якості органічного добрива, яка продана в СРВ. В результаті такої переробки ми отримуємо композиційні торфобри-кети вологістю 10-15%, вмістом наповнювача до 40% і теплотою згоряння до 18 МДж та розчин гумату натрію з вмістом сухих речовин до 10%. Теплотехнологія захищена патентами на винахід та на неї затверджені технічні умови.

Висновок: по нашим розрахункам технічно досяжний потенціал використання теплонасосних теплотехнологій в системах теплозабезпечення та гарячого водопо-стачання по нашим розрахункам становить 62,6 млрд. кВт.год на рік, що еквівалент-но заміщенню 8,4 млрд. м3 газу, а торф сьогодні є одним з найефективніших видів місцевого виду палива.

ЕНЕРГОЕФЕКТИВНЕ ВИКОРИСТАННЯ СКИДНОЇ ТЕПЛОТИ

НА ДІЮЧИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЯХ Уланов Михайло Миколайович (доповідач), Уланов М.М. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-42, e-mail: [email protected]

Мета Показати доцільність використання скидної теплоти на діючих елект-ричних станціях для підвищення їх енергоефективності.

Результати роботи На існуючих електричних станціях, зокрема теплофіка-ційних електростанціях (ТЕЦ) до 45–55% енергії палива скидається в оточуюче се-редовище через систему оборотного водопостачання. Здебільше, температура цир-куляційної води складає +18–38°С на протязі всього року, а її витрати сягають 15000–28000 м3/год і вона не може бути використана безпосередньо, тому її охо-лоджують за допомогою градирень або природніх водойм-охолоджувачів, що приз-водить до теплового забруднення оточуючого середовища та безповоротних втрат води.

Використання теплових насосів на ТЕЦ вигідно не тільки з технологічної точ-ки зору (покращується вакуум в конденсаторі парової турбіни і як наслідок підви-щується виробництво електричної енергії), а і з економічної (реальна економія доро-гого викопного палива, зокрема природнього газу або підвищення теплової потуж-ності ТЕЦ без додаткових витрат на паливо). Для оцінки ефективності використання теплових насосів на ТЕЦ, було проведено розрахунки теплового насоса у технологі-чній схемі ТЕЦ з використанням в якості джерела низькопотенційного тепла цирку-ляційної води з конденсатора парової турбіни з температурою +18,7°С для опалюва-льної пори року та +37,5 °С для неопалювальної пори року, що спрямовується за-мість градирні на випарник теплового насосу. При утилізації скидної теплоти цир-куляційної води в кількості 1000 м3/год за допомогою теплових насосів дозволить отримати додаткову теплову потужність на станції в розмірі 4426 – 7435 кВт (в за-лежності від температури циркуляційної води, зимовий та літній режим роботи) з коефіцієнтом трансформації енергії на рівні 3,14 - 5,52 (для тих же умов). При цьому

50



щорічне заміщення природнього газу буде складати 6,67 млн. м3, а зниження вики-дів парникових газів до атмосфери до 12,9 тис. т СО2-екв. на рік.

Висновки Впровадження теплових насосів на діючих ТЕЦ дозволить отрима-ти собівартість виробництва 1 м3 гарячої води у 5 разів менше, а ціну 1 Гкал у 2 рази менше за існуючі тарифи і не залежати від зростання ціни на природний газ та ско-ротити втрати циркуляційної води і поліпшити екологічну ситуацію навколо станції.

ИНТЕГРАЦИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА ТЕПЛОВОГО НАСОСА ДЛЯ

ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ Селихов Юрий Анатольевич (докладчик), Коцаренко В.А., Костенко О.В. Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина, тел. +38(057) 707-60-96, факс +38(057) 711-59-90, e-mail: [email protected]

Цель работы. Представлен разработанный и внедренный проект замены уни-версального котла с мазутной горелкой на тепловой насос грунт-вода.

Результаты. Был выбран прототип котла с мазутной горелкой и изучена его работа. Определены недостатки как в работе, так и в конструкции отдельных узлов. По результатам анализа литературных источников было подобрано новое эффек-тивное оборудование. Это двухконтурная солнечная установка плоскокапилярного безнапорного типа с коллектором специальной конструкции из полимерной пленки, в которой теплоноситель (антифриз) движется под действием силы тяжести по наклонной поверхности в виде пленки жидкости для горячего водоснабжения и теп-ловой насос грунт-вода для системы отопления частного дома. Замена старого обо-рудования на новое проводилась согласно методике теплотехнического расчета и расчета оптимизации по сумме удельных затрат эксергии. Нами была разработана и внедрена новая технологическая схема комбинированной системы горячего во-доснабжения и отопления частного дома. Разработана схема автоматизации системы с использованием автоматизированного рабочего места, и выбраны технические средства автоматизации. Выполнен экономический и эксергетический расчеты срока окупаемости новой комбинированной системы горячего водоснабжения и отопле-ния.

В результате расчет и дальнейшая эксплуатация двухконтурной солнечной установки и теплового насоса показали правильность замены оборудования и мате-риалов.

Выводы. 1. Двухконтурная солнечная установка подогревает теплоноситель до температуры 35°С, после чего он подается во второй контур двухконтурного теп-лообменного аппарата для промежуточного нагрева теплоносителя до 45°С.

2. Такой нагрев позволяет повысить температуру теплоносителя, который по-дается из теплового насоса до 85°С и экономить электроэнергию.

3. Система автоматизации позволяет управлять комбинированной установкой без вмешательства человека.

4. Срок окупаемости комбинированной установки составил 2,6 года.

51



ГЕОТЕРМАЛЬНІ ТЕРМОСИФОННІ ЗОНДИ НА ОСНОВІ ГНУЧКИХ ГОФРОВАНИХ НЕРЖАВІЮЧИХ ТРУБ

Сильнягіна Н.Б.1, Добровольський М.П.1, Чалаєв Джамалутдін Муршидович1

(доповідач), Величко В.В.2, Морозов Ю.П.2

1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-98-86, e-mail: [email protected] 2Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Київ, Україна

Мета роботи. Дослідження ефективності використання гнучких гофрованих нержавіючих труб в якості геотермальних термосифонних зондів для вилучення ни-зькопотенційної теплоти ґрунту.

Результати. Розширення масштабів використання геотермальних теплових насосів в житловому будівництві збільшує потенційний ризик забруднення підзем-них вод у разі витоку теплоносія. Альтернативою традиційним ґрунтовим теплооб-мінникам є технологія видобування низькопотенційної теплоти приповерхневих ша-рів Землі з використанням геотермальних зондів на основі термосифонних теплових труб. При застосуванні цієї технології немає потреби організовувати примусову цир-куляцію проміжного теплоносія, тому що перенос теплоти відбувається шляхом ви-паровування та конденсації робочого тіла в тепловій трубі.

В роботі досліджена ефективність використання в якості термосифонних зон-дів промислово виготовляємих гнучких гофрованих нержавіючих труб з гвинтовою накаткою гофр. Випробовування експериментального зразка термосифонної тепло-вої труби показали, що завдяки стіканню конденсату по гвинтовій канавці відбува-ється практично повне змочування внутрішньої стінки. Це забезпечує рівномірне розподілення робочого агента по довжині труби і ефективний перенос тепла, що підтверджується рівномірністю температурного поля за всією довжиною зони випа-ровування теплової труби.

В якості робочих тіл в термосифонах великої довжини необхідно використо-вувати холодоагенти з високим тиском насичення і великою густиною пари. За теп-лофізичними властивостями одним з найбільш придатних робочих тіл є двоокис вуг-лецю (R-744). У порівнянні з іншими холодоагентами R-744 має значно більші тиск насичення і величину об'ємної холодопродуктивності.

Висновки. Вилучення низькопотенційної теплоти приповерхневих шарів Зем-лі за допомогою термосифонних зондів на базі гнучких гофрованих нержавіючих труб дозволяє підвищити показник сезонної ефективності (Seasonal Performance Factor) геотермального теплового насоса на 15-20%.

Дослідження проводяться в рамках цільової програми наукових досліджень НАН України “Надійність і довговічність матеріалів, конструкцій, обладнання та споруд” (Ресурс-2) (проект Р 5.10.1).

52



РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ СУПЕРЕФЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА ДЛЯ ПОТРЕБ

ОПАЛЕННЯ ПРИМІЩЕНЬ Ступак Олег Станіславович (доповідач), Халатов А.А. Шіхабутінова О.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-53, e-mail: [email protected]

Мета – проведення експериментальних досліджень по визначенню ефектив-ності тепломасообміну у апараті з системою сухих каналів і каналів з водяною плів-кою на їх поверхні, при теплопередачі між потоками повітря при від’ємних темпера-турах.

Результати роботи. Експериментальні дослідження проведено на тепломасо-обмінному апараті для рекуперації повітря системи повітряного опалення примі-щень, що реалізує термодинамічний цикл Майсоценко.

Особливість даного методу рекуперації теплоти полягає у не адіабатному про-тіканню процесу випаровування водяної плівки з поверхні стінки вологого каналу, а також додаткової рекуперації теплоти завдяки конденсації водяних парів у потоці повітря з вищим потенціалом.

В результаті проведених експериментів ефективність роботи тепломасообмін-ного апарату даного типу для потреб рекуперації повітря на базі системи повітряно-го опалення приміщень спостерігалася на рівні 85% з можливістю подальшого вдос-коналення.

№ Навколишнє повітря

Повітря після те-плового насоса

Вентиля-ційні вики-ди з примі-

щення

Повітря, що видаляється

в атмос-феру

Ефекти-вність

утиліза-ції теп-лоти,

%

СОР уста-новки t,⁰С ϕ,% t,⁰С ϕ,% t,⁰С ϕ,% t,⁰С ϕ,%

1 -8 65,0 20,8 40,0 18,4 36,0 0,7 100 67 8,91 2 0,9 63,5 25,7 42,0 21,2 42,7 3,9 100 85,2 9,73 3 2,4 51,0 24 42,0 18,2 46,0 5,1 100 82,9 8,74 Рекуператор такого типу показав незрівнянно вищу ефективність роботи у по-

рівнянні з рекуператорами з системою сухих каналів, ефективність роботи яких не перевищує 70%.

У випадку рекуперації теплоти для потреб системи повітряного опалення дана установка виконує додатково функцію зволоження повітря, що нагрівається.

Висновки. Такий спосіб рекуперації теплоти дозволяє експлуатувати системи повітряного опалення без підмішування вторинного повітря, що позитивно впливає як на мікроклімат приміщення, так і на здоров’я людини.

53



ПРО ДЕЯКІ МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ У ПРОЦЕСАХ, ЯКІ ПЕРЕДБАЧАЮТЬ РУХ РЕЧОВИНИ

Кшевецький Олег Станіславович Чернівецький торговельно-економічний інститут Київського національного торговельно-економічного університету, Центральна площа, 7, Чернiвцi, 58002, Україна

Метою роботи є дослідження деяких можливих процесів, які передбачають використання рухомої речовини (РР) та теплових насосів (ТН) з їх теплообмінними частинами (ТЧ), в яких РР приводять у тепловий контакт (ТК) з теплопоглинальною і тепловиділяючою ТЧ принаймні двох ТН. Зокрема, метою роботи є оцінка ефек-тивності (в першу чергу енергоефективності) процесів, які, зокрема, передбачають конденсацію речовини з РР (наприклад, конденсацію водяної пари з вологого рухо-мого газу). Частинний випадок вказаних досліджуваних процесів [1] схематично проілюстрований на рис. 1.

1.0

2.0

TH 1 TH n

1.n

2.nPP

PP

PP

Конденсат Рис. 1. Спрощена схема прикладу можливого процесу конденсації речовини з РР (наприклад,

водяної пари з рухомого вологого газу) з використанням ТН: напрям руху РР – вказаний стрілками; ТН 1, ..., ТН n – ТН загальною кількістю n; 1.0, 1.n, 2.n, 2.0 – послідовні положення РР у процесі її руху (1.0 – безпосередньо перед ТК РР з 1-ю ТЧ ТН 1, 1.n – одразу ж після ТК РР з 1-ю ТЧ ТН n, 2.n – безпосередньо перед ТК РР з 2-ю ТЧ ТН n, 2.0 –

одразу ж після ТК РР з 2-ю ТЧ ТН 1).

Результати. Для вказаних досліджуваних процесів проведені оціночні: 1) теоретичні дослідження; 2) експериментальні дослідження з використанням термоелектричних теп-

лових насосів на основі модулів Пельтьє та рухомого вологого повітря. Висновок. На основі результатів цих теоретичних та експериментальних дос-

ліджень можна зробити висновок про принципову можливість підвищення енергое-фективності деяких вказаних процесів, зокрема, процесів конденсації водяної пари з рухомого вологого газу (РР) з використанням ТН відповідно до схеми рис. 1 при збільшенні (у разі збільшення) кількості ТН (які використовуються у схемі рис. 1) n.

Література 1. Kshevetsky O.S. (2017). Estimation of the efficiency of partial case of heat and mass transfer processes

between heat pumps and moving substance, part 1. J. Thermoelectricity, №6, 39–55.

54


СЕЗОННА ЕФЕКТИВНІСТЬ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ З ГАЗОМОТОРНИМ ПРИВОДОМ

Дубовський Сергій Васильович (доповідач), Бабін М.Є. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-70; е-mail: toet15@ukr/net

Мета роботи: визначення перспектив розвитку в Україні теплових насосів з моторним приводом та розроблення серії гармонізованих державних стандартів України, гармонізованих з міжнародними, що регламентують умови їх використан-ня та розрахунок показників сезонної енергетичної ефективності. сезонної ефектив-ності теплових насосів з газомоторним приводом згідно до вимог ДСТУ EN 16905-5:201_ Частина 5. Розрахунок сезонних показників у режимах нагрівання та охолод-ження.

Результати. Теплові насоси з приводом від двигунів внутрішнього згоряння споживають на 20-40% менше палив, ніж котельні, що надає можливість їх ефектив-ного використання у районах з ненадійною або недостатньо розвиненою інфраст-руктурою електропостачання, де використання теплових насосів на електричній енергії є неможливим. Завдяки рекуперації теплоти вихідних газів приводного двигуна, ефективність теплових насосів з моторним приводом може бути вищою, ніж у теплових насосів з електроживленням від мережі.

Теплові насоси такого типу можуть працювати на природному газі, вторинних горючих газах, продуктах газифікації біомаси, а у разі використання приводних двигунів Стірлінга на будь-якому види первинного ресурсу. Переважне застосуван-ня вони знаходять у системах цілорічного теплопостачання та кондиціонування житлових та промислових об’єктів і ефективність їх роботи визначається у цілому за рік за відповідними показниками режимів охолодження та нагрівання.

У роботі наведені основні науково- методичні положення інтервального мето-ду обчислення сезонної ефективності теплових насосів у режимах цілорічного енергозабезпечення потреб опалення, гарячого водопостачання та кондиціонування житлових будинків та особливості його використання в кліматичних умовах України, визначеного міжнародними стандартами.

Представлено цілісну систему показників, що характеризують сезонну ефек-тивність теплових насосів з газомоторним приводом, основні співвідношення, вихідні та допоміжні дані, необхідні для проведення практичних розрахунків, а та-кож мінімальні вимоги щодо ефективності таких пристроїв.

Наведених загальний опис серії розроблених державних стандартів України, присвячених тепловим насосам з газомоторним приводом, гармонізованих з між-народними за участю авторів та рекомендації щодо їх практичного використання.

Висновки. Встановлені основні переваги та недоліки використання теплових насосів з приводом від двигунів внутрішнього згоряння, наведені основні положен-ня міжнародних стандартів, що регламентують порядок визначення показників енергетичної ефективності таких установок та особливості їх застосування в умовах України.

55



УКРУПНЕНА ОЦІНКА ТЕПЛОВОЇ ПОТУЖНОСТІ ТА ОБСЯГІВ ВИРОБНИЦТВА ПОНОВЛЮВАЛЬНОЇ ЕНЕРГІЇ

ТЕПЛОВИМИ НАСОСАМИ В УКРАЇНІ Дубовський Сергій Васильович (доповідач), Басок Б. І., Бабін М.Є. Інститут технічної теплофізики НАН України, Україна, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-70; е-mail: toet15@ukr/net

Мета роботи: визначення обсягу та динаміки змін загальної встановленої по-тужності теплових насосів в Україні та виробництва ними теплоти з відновлюваних джерел.

Результати. Теплові насоси є ефективним засобом підвищення енергоефек-тивності та зниження парникових викидів у системах комунального та промислово-го теплопостачання шляхом заміщення енергії традиційних органічних палив відновлюваною енергією довкілля, акумульованою у вигляді теплоти оточуючого повітря (аеротермальна енергія), поверхневих вод (гідротермальна енергія), поверх-невих шарів земної поверхні (геотермальна енергія) за рахунок витрат електричної енергії. В Україні більше половини електричної енергії виробляється на АЕС, ГЕС, ВДЕ без використання органічних палив, що підвищує роль теплових насосів як екологічно чистого джерела енергії. Теплові насоси знайшли помітне поширення в Україні, вийшовши зі стану екзотичної техніки до звичного джерела теплової енергії, присутність якого помітно впливає на споживання електричної енергії в країні. Однак їх статистичний облік досі не здійснювався.

Закон України від 01.11.2016 №1711-VIII «Про внесення змін до Закону України «Про альтернативні джерела енергії» прийнятий у порядку імплементації Директиви ЄС/2009/28 (надалі - Директива), спрямованої на посилення підтримки розвитку відновлюваної енергетики в країнах ЄС відносить теплові насоси до обладнання, що використовує відновлювану енергію і визначає вимоги щодо роз-роблення методики розрахунку енергії, виробленої тепловими насосами з метою формування звіту для Енергетичного співтовариства про досягнутий прогрес в підтримці та використанні ВДЕ.

Нами були розроблені наукові основи укрупненої оцінки встановленої потуж-ності теплових насосів в Україні та проект Методики обчислення енергії, виробленої тепловими насосами з відновлюваних джерел. Наразі Методику затверджено нака-зом Міністерства регіонального розвитку України від 12.03.2018 №52, зареєстрова-ним в Міністерстві юстиції України 03.04. 2018 за № 395/3184.

У доповіді приведено основні положення та припущення, покладені в основу Методики. Наведені результати укрупнених оцінок розвитку встановленої потуж-ності теплових насосів в Україні у період 2001-2017 рр., обсяги вилучення ними відновлюваної енергії довкілля, витрати електричної енергії.

Висновки. Розроблені науково-методичні основи та одержані укрупнені оцінки встановленої потужності та продуктивності теплових насосів в Україні, які дозволяють провадити моніторинг їх розвитку як джерела відновлюваної енергії.

56



ДОСЛІДЖЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ ҐРУНТОВИХ ТЕПЛООБМІННИКІВ ГЕОТЕРМАЛЬНОЇ ВЕНТИЛЯЦІЇ

ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИХ БУДИНКІВ Басок Б.І., Недбайло О.М., Ткаченко Мирослав Володимирович (доповідач), Божко І.К., Тутова О.В., Новіцька М.П. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-25-27, e-mail: [email protected]

Для комфортного перебування людей у будівлях однією із найважливіших са-нітарно-гігієнічних умов є наявність свіжого повітря в приміщеннях, що забезпечу-ється завдяки експлуатації системи вентиляції.

Метою роботи є дослідження основних теплотехнічних параметрів повітря-но – ґрунтового теплообмінника (ПГТО) системи геотермальної вентиляції енерго-ефективного будинку.

В Інституті технічної теплофізики НАН України було створено повномасшта-бний експериментальний стенд для дослідження теплофізичних процесів при експ-луатації геотермальної системи вентиляції. Експериментальний стенд складається з основних частин:

1. Приймальний пристрій зовнішнього повітря (розташований в захищеному від прямого впливу сонячної радіації); 2. Теплообмінник повітря-ґрунт П-подібної конфігурації (горизонтальний трубопровід Ø110 мм із полівінілхлориду) довжиною 43 м погонних, що заглиблений на 2,5 м; 3. Осьовий вентилятор Вентс ТТ 200 для прокачування повітря по теплообміннику; 4. Вимірювальна система: термоанемо-метр Testo 405-V1, напівпровідникові датчики BME280, що реєструють температу-ру, відносну вологість і тиск атмосферного повітря із вторинним приладом на основі мікропроцесора.

В літній період існують значні добові перепади температури зовнішнього по-вітря (до 17°С) в діапазоні від 14ºС до 31ºС, при цьому слід відмітити стабільну тем-пературу повітря на виході з ПГТО - в межах 18°С±0,5°С. У холодний період року зовнішнє повітря прогрівається в тракті ПГТО та надалі має надходити до рекупера-тора припливно-витяжної установки для догріву до заданих параметрів.

На ефективність теплообміну в повітряно - ґрунтових теплообмінниках мо-жуть впливати такі параметри, як глибина розміщення теплообмінника, його геомет-ричні розміри і конструкція, значення температури ґрунту і повітря, теплофізичні властивості ґрунту і матеріалу, із якого виготовлено власне теплообмінник, витрата повітря через систему, а також кліматичні особливості місцевості тощо.

Експериментальні дослідження показали, що система геотермальної вентиля-ції є енергоощадною технологією. Таку систему доцільно рекомендувати при енер-гоефективному будівництві та реконструкції існуючого фонду як житлової так і громадської забудови.

57


ТЕХНОЛОГІЧНА ЛІНІЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ НЕБЕЗПЕЧНИХ ДОННИХ МУЛІВ ЯК ВІДНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ

Жовтянський Віктор Андрійович (доповідач), Якимович М.В., Назаренко В.Г., Самойленко А.Я. Інститут газу НАН України, вул. Дегтярівська 39, Київ, 03113, Україна, е-mail: [email protected]

Нині на території станції очищення стічних вод м.Києва (відомої як Бортниць-ка станція аерації) накопичено близько 9 млн. т донних мулів. Специфікою цих від-ходів є важкі метали у їхньому складі. Вони перешкоджають захороненню донних мулів та істотно обмежують їхнє використання у сільському та лісовому госпо-дарствах.

Робота присвячена розробці технологічної лінії для переробки небезпечних донних мулів згідно з принципом «відходи в енергію». Серцем технологічної лінії є реактор для переробки відходів на основі плазмо-паро-кисневої технології. Реактор сконструйований таким чином, щоб забезпечити його окупність на основі вироб-ництва електричної енергії за рахунок продуктів газифікації сполук вуглецю у від-ходах. На відміну від більшості відомих розробок, особливістю цього шахтного ре-актора є завантаження сировини через його бічну стінку. Це дозволить, з одного бо-ку, дотримуватися режиму роботи реактора, який відповідає вимогам Директиви 2000/76/EC для переробки хлорвмісних відходів. З іншого боку, робота плазмотрона сприяє досягненню температурного режиму, характерного для вітрифікації зольного залишку, вирішуючи таким чином проблему поводження з відходами, що містять важкі метали. Потужність реактора складає до 500 кг/год. в залежності від типу від-ходів. Відповідно, річна потужність становитиме до 4 тис. тонн, виходячи з 11-місячного циклу роботи.

Основними проблемами щодо ефективності переробки осадів стічних вод є відносно низька їхня теплотворна здатність (близько 20 МДж/кг на суху беззольну масу) та висока зольність, що може досягати 60%. Для підвищення теплотворності сировини для процесу газифікації доцільним є домішування до донних мулів висо-кокалорійної компоненти, наприклад, зношених автомобільних шин. Тим більше, що проблема переробки шин теж залишається невирішеною. Найбільш вагомими перевагами їхнього застосування можуть розглядатись, як мінімум, дуже низькі во-логість і зольність та висока теплотворна здатність на рівні 40 МДж/кг.

Був проведений спеціальний цикл експериментальних досліджень плазмопа-рової газифікації суміші донних мулів і гумового кришива зношених автомобільних шин. Результати свідчать про відсутність ризиків спікання сировини в реакторі та високу ефективність процесу. Це створює передумови для комерціалізації техно-логій переробки небезпечних відходів, якими є донні мули, та одночасно екологічно чистої утилізації зношених автомобільних шин.

58



ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ SRF/RDF ПАЛИВА В УКРАЇНІ Павлюк Нонна Юріївна (доповідач), Сігал О.І. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(050) 387-90-70, e-mail: [email protected]

В Україні активно реформуються підходи до поводження з відходами, зокрема з твердими побутовими відходами (ТПВ). 8.11.2017 р. прийнята Національна страте-гія управління відходами в Україні до 2030 року, 20.02.2019 р. постановою КМ України затверджено Національний план управління відходами до 2030 р. Згідно плану, в Україні повинен бути розроблений акт Мінрегіону «Про затвердження ре-комендацій щодо використання палива, отриманого з відходів (RDF)».

Вже прийнятий ДСТУ EN 15359:2018 Тверде відновлювальне паливо (SRF). Технічні характеристики та класи (EN 15359:2011, IDT), який надає характеристику SRF за трьома важливими якісними параметрами:

- Економічному параметру (нижча теплота згоряння), - Технологічному параметру (вміст хлору), - Екологічному параметру (вміст ртуті).

Відповідно до європейських нормативів, теплотворна здатність SRF>15 MДж/кг. Відповідність цим параметрам забезпечує можливість використан-ня SRF в установках для спалювання відходів або в установках побічного спалю-вання (на вугільних електростанціях або в цементних печах). Державне агентство з енергоефективності та енергозбереження України та Асоціація виробників цементу України «Укрцемент» започаткували співпрацю щодо виробництва SRF палива в Україні з подальшим використанням альтернативного палива SRF для цементних печей з дотриманням екологічних норм.

RDF - це паливо, отримане з ТПВ з теплотворною здатністю = 8-14 МДж/кг. RDF є загальним терміном, що використовується для змішаних відходів, склад яких, характеристики та властивості не є повністю відомими. RDF – це не «стабільний» матеріал. Він підлягає реакціям і деградації зі швидкістю, яка може бути непередба-чувана через його неоднорідний склад і не стандартизовану підготовку. Жодна зі стадій виробництва RDF-палива не передбачає видалення таких небезпечних відхо-дів, як батарейки, лампи і прилади, що містять ртуть, залишки ліків, лакофарбова продукція тощо. Використання його в установках для спалювання відходів або в установках побічного спалювання можливо тільки при встановлені за цими установ-ками газоочисного обладнання для очищення газових викидів до відповідності нор-мативам Директиви 2010/75/ЄС.

В роботі наведено порівняльні характеристики SRF і RDF палива і розглянуто можливість і доцільність їх використання в Україні.

59



ВТОРИННІ ЕНЕРГОРЕСУРСИ В ЕНЕРГЕТИЦІ УКРАЇНИ Фіалко Н.М., Євтушенко Артем Олександрович (доповідач) Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-91-71, e-mail: [email protected]

Широке використання вторинних енергоресурсів (ВЕР) є одним з важливих напрямів підвищення ефективності енергетичного господарства України. Поряд з цим їх використання пов’язано з можливістю суттєвого зменшення впливу енерге-тики на довкілля.

Мета роботи полягає у аналізі обсягів виходу і рівня використання ВЕР в Україні.

Результати. Розглядається динаміка виходу горючих вторинних енергоресур-сів (ГВЕР) та високопотенційних теплових ВЕР (ВТВЕР) в період з 2010 до 2015 рр. (Офіційна інформація за наступні роки відсутня, оскільки перестала передбачатися формами статистичних спостережень). Відмічається в цілому аналогічний характер динаміки зміни виходу ГВЕР та ВТВЕТ, а саме зростання з 2010 по 2011 рр. з по-дальшим падінням аж до 2015р. Згідно зі статистичними даними в 2015 р. порівняно з 2011 р вихід ГВЕР зменшився приблизно у 1,7 рази, а ВТВЕР в 2 рази.

Наводяться дані щодо виходу різних видів ГВЕР у вказаний період. Зокрема, відзначається досить різке скорочення виходу доменного газу (в 1,5 рази) та деяке падіння виходу конверторного і феросплавного газу при збільшенні обсягів виходів лісозаготівлі (майже вдвічі) та деревообробки на 13,5%.

Аналізуються статистичні дані щодо рівнів використання ВЕР в Україні. Вка-зується на досить високий ступінь їх використання в період, що розглядається. При цьому відмічається, що рівень використання як ГВЕР, так і ВТВЕР несуттєво зміню-вався в часі і становив для ГВЕР приблизно 86,4%, а для ВТВЕР – 95,7%. Розгляда-ються рівні використання різних видів ГВЕР та зазначається їх суттєва відмінність. Так, на 2015 р. даний рівень становив: для доменного газу – 92,8%, для феросплав-ного – 29,4%, для конверторного – 1,4%. Відмічаються високі рівні використання відходів деревообробки (99,1%).

Висновки. Обсяги річного виходу ВЕР в Україні за останній період суттєво скоротилися при збереженні відносно високого в цілому рівня їх використання. Тим не менш на ближню перспективу використання ВЕР залишається важливим факто-ром енергозбереження і потребує уваги як щодо технічного супроводу так і щодо державної підтримки.

ПЕРЕРОБКА МУЛУ МІСЬКИХ ОРГАНІЧНИХ СТОКІВ

Коханенко Марина Сергіївна (доповідач), Шпільберг Л.Ю., Михалевич В.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел.: +38(044) 424-32-85, 424-96-33, e-mail: [email protected], [email protected]

Мета роботи. Накопичення статистичних даних щодо процесу сушіння осадів та вивчення впливу кількості перемішувань продукту на питому продуктивність, щодо відведеної від матеріалу вологи (кг/м2 за добу).

Результати. Окрім широковідомих проблем галузі очищення комунальних

60





стічних вод – застарілості технологічного процесу та зношеності основних фондів, які як мінімум потребують ремонту, на всіх без виключення очисних спорудах прак-тикується системне порушення організації технологічного процесу – осади стічних вод не видаляються протягом декількох десятків років. Це призвело до накопичення на мулових майданчиках величезної кількості мулових осадів. Проблема переробки мулових відкладень міських стоків на теперішній час не розв’язана. Рішення, які експлуатуються на теперішній час, не вирішують в повній мірі проблему непоши-рення забруднень.

На прикладі одного з досліджень, проведеного за період з 30.05.18р. по 4.06.18р., ми хочемо показати як за допомогою тепла навколишнього середовища на спеціальних майданчиках можна зневоднювати мул чеків полів аерації, де він збері-гався до відповідної вологості, далі його формувати за потребою в крупку, гранули чи пелети.

Досліди проводили на експериментальному стенді сушіння і гранулювання мулових відкладень стічних вод.

Умови досліду: в двохсекційну сушильну камеру, де площа кожної секції ста-новила 0,172 м2 було завантажено по 6 кг продукту, що мав висоту шару 0,05м. Су-шильна камера весь час знаходилася назовні. Продукт, що зневоднювався, у секції №1 усереднювався один раз на добу, у секції №2 – два рази на добу.

Висновки. За термін сушки з 30.05.18р. по 4.06.18р. вологість продукту змі-нилася з 62,8% до 31,2% та 40,3% відповідно у Ι та ΙΙ секціях.

Насипна вага початкового продукту 800 кг/м3, насипна вага кінцевого продук-ту: не ущільнена - 579 кг/м3, ущільнена – 653 кг/м3.

Усереднюючи отримані дані з 1 м2 площі при висоті шару продукту 0,05м се-редня кількість випареної вологи за цикл сушки: Ι секція – 3,08 кг/м2, ΙΙ секція – 2,63 кг/м2 за добу.

Проведені дослідження дозволили розробити робочу конструкторську доку-ментацію модуля сушки осаду очисних споруд з використанням енергії сонця СМС. 00.000.000АБ. Загальна площа модуля 1100 м2, робоча 700 м2. Режим роботи – ціло-річний.

ПРОБЛЕМА УТИЛІЗАЦІЇ ОСАДІВ КОМУНАЛЬНИХ СТІЧНИХ ВОД І НОВІ

АЛЬТЕРНАТИВНІ КОМПЛЕКСНІ БІО- І ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ Кремньов В’ячеслав Олегович (доповідач), Бєляєв Г.В., Бєляєва І.П., Корбут Н.С. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-11-56, e-mail: [email protected]

Мета. Створення науково-технологічних засад утилізації щорічних утворень осадів надлишкового активного мулу та неперебродженого сирого осаду.

Результати роботи. На всіх без виключення очисних спорудах практикується системне порушення організації технологічного процесу – осади стічних вод не ви-даляються протягом декількох десятків років.

Мулові карти із технологічних споруд періодичної дії поступово перетворили-ся на своєрідні могильники – техногенні родовища.

61



Така багаторічна практика призвела до дуже напруженої ситуації. За проектом, після досягнення осадом вологості 75÷85%, його відвозили з му-

лової карти у якості добрива. Декілька десятиліть тому було з’ясовано, що активний мул накопичує у своє-

му складі важкі метали, які у дозволених концентраціях є корисними, а у надлишко-вих вчиняють негативний вплив. У розвинених країнах масово почали відмовлятись від мулових майданчиків і вдалися до практики механічного зневоднення, сушки і спалювання.

На всьому пострадянському просторі вдалися до найпростішого виходу – по-чали накопичувати осади на мулових майданчиках, поступово перетворюючи їх на могильники застарілих осадів.

В останні роки в світі почалося поступове повернення до використання осадів у якості складової органічних добрив.

Поступово з’ясувалося, що вміст важких металів є вельми варіабельним і мо-же у різних населених пунктах відрізнятися у декілька разів.

Висновок. Нами запропоновані наступні альтернативні технічні рішення. 1. Сценарій 1 – налаштований на мінімізацію первинних капітальних витрат, а

саме біологічна ферментація (компостування осадів у польових умовах сумісно з наповнювачами, які являють собою місцеві відновлювальні відходи – опале листя, деревна тріска, тощо) з застосуванням внесення рідких спеціалізованих бактерійних препаратів вітчизняного виробництва.

2. Сценарій 2 – налаштований на утилізацію осадів шляхом виробництва на їх основі гранульованого твердого біопалива.

ПРОБЛЕМА МЕХАНІЧНОГО ЗНЕВОДНЕННЯ ЗАСТАРІЛИХ ОСАДІВ КОМУНАЛЬНИХ СТІЧНИХ ВОД І ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ

ФЛОКУЛЯНТІВ ПЕРЕД ЇХ СЕПАРАЦІЄЮ Стецюк Валентина Григорівна (доповідач), Шпільберг Л.Ю., Корбут Н.С., Коханенко М.С. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-32-85, e-mail: [email protected]

Мета. Дослідити вплив флокулянтів на структуру осадів комунальних стічних вод для розроблення в подальшому технічних рішень і організації їх використання перед механічним зневодненням.

Результати роботи. Дослідження зневоднення на пресі на чистому мулі і з наповнювачами. В якості наповнювачів було взято: солому, тирсу, опале листя, де-ревну паливну тріску. Ефект сепарації майже відсутній, як на чистому мулі, так і з усіма випробуваними наповнювачами.

Матеріал желеподібний, без флокулянтів не розділяється на пресі даного типу. Зміна структури осадів призводить до перерозподілу форм зв’язку вологи, що доз-воляє досягти глибшого і швидшого зневоднення.

Широкий асортимент поліакриламідів дозволяє підібрати оптимальний полімер для процесів обробки мулових осадів.

Дослідження проводили з трьома видами флокулянтів:

62



- катіонні поліакриламіди: ECOFLOC CR-7, ECOFLOC CR-8; - полідадмах ECOFLOC D - 101B. Вологість мулового осаду стічних вод: Wм.ос.=70% і 80%. Концентрація робочого розчину кожного флокулянта 0,05%. Доза кожного добавленого флокулянта складає: 2,0 г на кг сух. реч.; 5,0 г на кг

сух. реч. і 8,0 г на кг сух. реч. (с - г/кг сух. реч.). Всі випробувані флокулянти аналогічно діють у осадах різної вологості.

Підвищення доз флокулянтів у випробуваному діапазоні позитивно впливало на процес розділення фаз, такий вплив є помітним, але не кардинальним.

Подальші випробування на пресі дозволять підібрати марку, яка забезпечить більш повну сепарацію.

Висновок. 1. Порошкоподібні флокулянти на основі поліакриламіду слід вва-жати перспективними.

2. Відчутної різниці між дією марок ECOFLOC CR-7 і ECOFLOC CR-8, які відносяться до одного класу не спостерігається. В обох випадках тверда фаза нако-пичується у пластівцеподібному вигляді.

3. Дія флокулянта ECOFLOC D-101B істотно відрізняється структурою шару твердої фази у порівнянні вище згаданих флокулянтів, шар твердої фази компакт-ний, з високою щільністю, без пластівців.

4. Для подальшого використання рекомендуємо марку ECOFLOC D-101B.

ВПЛИВ СОНЯЧНОЇ РАДІАЦІЇ НА ТЕМПЕРАТУРНИЙ РЕЖИМ СВІТЛОПРОЗОРИХ КОНСТРУКЦІЙ

Новіков Володимир Григорович (доповідач) Б.І. Басок, Б.В. Давиденко, Бєляєва Т.Г., Хибина М.А. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-44, e-mail: [email protected]

Мета. В роботі представлені результати чисельного моделювання енергетич-ного потоку через віконну конструкцію, вбудовану в віконний проріз будівлі. Розра-хункова область включає віконний проріз з косяками, віконний блок, монтажні шви, підвіконня, а також частина стіни корпусу, де розташований віконний отвір. Модель вікна складається з трикамерного профілю, рами і двокамерного склопакета. В якос-ті ущільнювача і теплоізоляції між вікном і віконним прорізом використовується монтажна піна. Метою цієї роботи є побудова тривимірної CFD моделі вікна і про-ведення чисельних експериментів по дослідженню аеродинаміки і передачі теплоти через віконні конструкції в реальних кліматичних умовах їх експлуатації з ураху-ванням впливу сонячного випромінювання.

Результати роботи. У створеній CFD моделі переносу енергії через світло-прозорі конструкції враховуються два основних механізми: теплопередача між по-вітряними середовищами всередині і зовні приміщення та сонячна радіація. Інфільт-раційний потік повітря в приміщення не враховується. Теплопередача між повітря-ними середовищами здійснюється теплопровідністю та конвекцією. Враховується також радіаційний теплоперенос між елементами віконної конструкції. Сонячне випромінювання залежить від географічного положення розглянутої будівлі, забру-

63


днення атмосфери і хмарності. У моделі сонячне випромінювання визначається за географічними координатами м. Києва та відповідає 12 години дня зимового сонце-стояння за умов помірної хмарності. У CFD моделі променистий потік енергії розді-лений на два інтервали по довжинах хвиль: 1,0×10-7÷3,0×10-6 м і 3.0×10-6÷1,0 м. Перший інтервал відповідає спектру сонячного випромінювання (короткохвильове випромінювання), другий інтервал - довгохвильове випромінювання. Таке розділен-ня необхідне тому, що скло за своїми властивостями практично повністю пропускає випромінювання з довжинами хвиль з першого інтервалу і практично поглинає вип-ромінювання з довжинами хвиль з другого інтервалу.

Висновок. В результаті численних експериментів встановлено значний вплив сонячної радіації на формування температурного режиму віконної системи і прилег-лих до вікна непрозорих елементів фасаду будівлі. Зокрема, в денний час доби під впливом сонячного випромінювання температура непрозорих елементів віконної конструкції і прилеглих стін фасаду з боку навколишнього середовища в умовах природної конвекції більш ніж на 30оС перевищує температуру повітря, що в свою чергу впливає на розподіл температури і термічний опір склопакета. Таким чином, врахування сонячної радіації є необхідною умовою при розрахунках температурних режимів віконних систем.

ОГЛЯД ТЕНДЕНЦІЙ РОЗВИТКУ ВІДНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ В

УКРАЇНІ ТА СВІТІ Радченко Світлана Віталіївна Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-56, e-mail: [email protected]

Метою роботи було виконання порівняльного аналізу даних щодо розвитку відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) в Україні та світі, а також визначення темпів зростання сектору і перспектив заміщення викопних видів палива альтернативними джерелами.

Результати: під час виконання завдання були розглянуті матеріали Міжнарод-ного енергетичного агентства, британської компанії British Petroleum (BP), Міжна-родного агентства з відновлюваних джерел енергії (IRENA), дані Держстату та Держенергоефективності України.

У 2016 р. загальний обсяг світового постачання первинної енергії складав 13761 млн т н.е., з яких 13,7%, або 1882 млн т н.е. було вироблено з ВДЕ (у 2015 р. було 1819 млн т н.е.). Також у 2016 році частка електроенергії з ВДЕ (без гідроенер-гетики) зросла на 14,1%, що нижче середнього показника за 10 років, однак в абсо-лютних одиницях приріст у 53 млн т н. е. був найбільшим за час спостережень. В 2017 році доля відновлюваної електроенергії (без гідроенергетики) зросла на 17% або на 69 млн т н. е, що вище середньорічного показника за 10 років (16.2%) та пе-ревищує зафіксований раніше приріст за час спостережень.

Частка ВДЕ в загальному світовому виробництві електричної енергії збільши-лась з 7,4% до 8,4% та з 16,5% до 18,3% в Європі, що є новим максимумом.

Прогресивний рух можна побачити в тому, що на 69,4 млн т н.е. (від 417,4 млн т н.е. у 2016 році до 486,8 млн т н.е. у 2017 р.) відбулось збільшення загального об-

64



сягу споживання первинної енергії, яке було забезпечене відновлюваною енергією. Відповідно до даних ВР у 2017 році ВДЕ складають 3,6% (486,8 млн т н.е. від 13511,2 млн т н.е.) загального споживання первинної енергії в світі. Для порівняння, в Європі річний темп приросту cпоживання первинної енергії, що забезпечувався ВДЕ, складає 17,6 млн т н.е. (з 144,2 млн т н.е. у 2016 р. до 161,8 млн т н.е. у 2017р.). У 2017 році близько 0,5% (0,4 млн т н.е. від 81,9 млн т н.е.) споживання первинної енергії в Україні було забезпечене відновлюваною енергією.

Починаючи з 1990 року ВДЕ зростали в середньому на 2%, що трохи переви-щує темпи зростання у світі загального обсягу світового постачання первинної енер-гії (на 1,7%). Особливо високий темп зростання був досягнутий для сонячних фото-електричних та вітроенергетичних установок, які зростали за середньорічними пока-зниками на 37,3% та 23,6% відповідно від дуже низьких баз у 1990 році. Далі йдуть сонячні теплові (11,5%) і рідкі біопалива (10%).

Висновки: Частка невикопних палив у 2017 році фактично трохи нижче, ніж 20 років тому, оскільки зростання ВДЕ не компенсує зниження частки ядерної енер-гії. Китай, Індія та інші країни Азії забезпечують майже половину зростання гло-бальної генерації відновлюваної електроенергії.

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО

СУШІННЯ БІОМАСИ В ТЕХНОЛОГІЯХ ВИРОБНИЦТВА БІОПАЛИВА Сорокова Наталія Миколаївна (доповідач), Корінчук Д.М. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-28, е-mail: [email protected]

Мета. Високотемпературне сушіння біомаси при температурах теплоносія 300 – 500ºС супроводжується процесом її термічного розкладання, початкова стадія яко-го характеризується розкладанням геміцелюлози з виділенням кисневмісних газів і пірогенетичної вологи, що сприяє підвищенню калорійності сухого залишку і відпо-відно біопалива в цілому. На наступних стадіях термодеструкції, при температурах вище 270°С починають розкладатися целюлоза і лігнін, причому ці процеси в при-сутності повітря є екзотермічними для всіх видів біомаси і їх проходження може привести до швидкого підвищення температури та істотної втрати горючої складо-вої. Тому при розробці технологій високотемпературного сушіння біомаси важли-вим є дотримання умови проходження першого етапу її термічного розкладання і завершення процесу по досягненні температури початку наступних стадій деструк-ції.

Результати роботи. Початок термічного розкладання геміцелюлози при су-шінні деревної і рослинної сировини характеризується [1] різкою зміною ефективної енергії активації мікрочастинок зв'язаної речовини. Таким чином, процес термічного розкладання, як і процеси дифузії і випаровування [2], є активаційним. Енергія акти-вації, необхідна для переходу частинок геміцелюлози у вільний стан істотно вища [1], ніж енергія активації частинок зв'язаної води. Це буде оказувати вплив на дина-міку високотемпературного сушіння біомаси.

Можливості експериментальних методів дослідження кінетики сушіння в час-тинках малого розміру істотно обмежені.

65



У роботі побудована математична модель динаміки тепломасопереносу, фазо-вих перетворень, усадки і термодеструкції при сушінні частинок біомаси у формі полого та суцільного циліндра. Математична модель включає рівняння переносу енергії та маси рідкої, парової і повітряної фаз в тілі. По досягненні матеріалом тем-ператури термодеструкції, в виразах для інтенсивності випаровування [3] та для ко-ефіцієнта дифузії рідкої фази [4] значення енергії активації води змінювалось на значення, що відповідає температурному інтервалу розкладання геміцелюлоз [1]. Розроблено метод і програму розрахунку.

Висновки. Урахування при математичному моделюванні впливу на теплома-соперенос фазових перетворень, усадки матеріалу і явища термодеструкції дозво-лить інтенсифікувати зневоднення біомаси та покращити якість біопалива.

Література 1. Коринчук Д.Н. Неизотермический анализ компонентов композиционных топлив на основе торфа

и биомассы. Енергетика і автоматика. 2018. №1. С. 56–71. 2. Никитенко Н.И., Снежкин Ю.Ф., Сороковая Н.Н., Кольчик Ю.Н. Молекулярно-радиационная

теория и методы расчета тепло- и массообмена. К.: Наукова думка, 2014. 744 с. 3. Никитенко Н.И. Исследование динамики испарения конденсированных тел на основе закона ин-

тенсивности спектрального излучения частиц. ИФЖ. 2002. Т.75, № 3. С. 128–134. 4. Никитенко Н.И. Проблемы радиационной теории тепло- и массопереноса в твердых и жидких

средах. ИФЖ.. 2000. Т. 73, № 4. С. 851–839.

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СПАЛЮВАННЯ ГРАНУЛ БІОПАЛИВА

В ВИСХІДНОМУ ПОВІТРЯНОМУ ПОТОЦІ Басок Б.І., Давиденко Борис Вікторович (доповідач), Новіков В.Г., Гончарук С.М., Кужель Л.М., Бєляєва Т.Г. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-44, e-mail: [email protected]

Мета роботи полягає у визначенні теплотехнічних характеристик процесу спалювання гранул біопалива у висхідному повітряному потоці. Гранули з соломи зернових культур вважаються перспективним паливом. Складність в реалізації про-цесу їх спалювання пов'язана з відносно низькою температурою плавлення золи. Одним з можливих варіантів вирішення цієї проблеми може бути організація проце-су горіння гранул у висхідному повітряному потоці. Для одержання відповідних да-них стосовно протікання цього процесу виконується чисельне моделювання аероди-наміки і тепломасопереносу у висхідному повітряному потоці з твердими частинка-ми біопалива в процесі їх спалювання.

Результати роботи. Чисельне моделювання виконується на основі розробле-ного алгоритму скінчено-різницевого розв'язання системи рівнянь для повітряного потоку з твердими частинками. До цієї системи входять рівняння динаміки турбу-лентної повітряної течії, а також рівняння теплопереносу і масопереносу для газової фази. Рух твердих частинок описується в координатах Лагранжа. Для кожної час-тинки складаються рівняння збереження імпульсу, маси та енергії. Висхідна двох-фазна течія розглядається в модельному призматичному каналі зі змінним попереч-ним перерізом. Дослідження проводилися для різних значень швидкості повітря у вхідному перерізі каналу. За їх результатами одержано поля швидкості в повітряно-

66


му потоці, а також траєкторії і швидкості частинок біопалива. Чисельна модель го-ріння частинок біопалива враховує процеси випаровування вологи, вихід газоподіб-них летючих речовин та їх горіння у висхідному повітряному потоці Вуглецевий за-лишок, що утворюється в результаті розкладання біомаси, також згоряє у висхідно-му газовому потоці. За результатами чисельних досліджень визначався температур-ний режим в модельній камері згоряння. Знайдено розподіли в камері згоряння тем-ператури та концентрації газоподібних речовин, що утворюються в результаті піро-лізу рослинної сировини та горіння летючих речовин і вуглецевого залишку.

Висновок. З результатів чисельних досліджень спалювання гранул біопалива з соломи випливає, що за певних значень швидкості повітряного потоку в камері згоряння можливе встановлення температури, що забезпечує стабільне горіння гра-нул біопалива і значення якої нижче, ніж температура розплавлення золи.

Дослідження проведені при грантовій підтримці Держаного фонду фундамен-тальних досліджень за проектом №Ф73\108-2016.

ТЕПЛОФІЗИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПОВІТРЯНО – ҐРУНТОВОГО

ТЕПЛООБМІННИКА З КРУГЛИМ ПОПЕРЕЧНИМ ПЕРЕРІЗОМ Басок Б.І., Новіцька Марина Павлівна (доповідач), Недбайло О.М., Божко І.К., Ткаченко М.В., Горячев О.А. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-98-80, e-mail: [email protected]

Мета. Останнім часом, велика кількість досліджень присвячена вивченню технологій із застосування теплового потенціалу землі для потреб опалення та охо-лодження будинків. Необхідність досліджень в цій області обумовлена зростаючими енергетичними витратами суспільства. Один із варіантів рішень в цій області – по-вітряно-ґрунтові теплообмінники. Метою роботи є теплофізичне моделювання по-вітряно-ґрунтового теплообмінника П-подібної форми із круглим поперечним пере-різом та валідація розрахунків за допомогою експериментальних даних.

Результати роботи. В даній роботі для дослідження течії повітря в трубі П-образної форми із круглим поперечним перерізом, що розташована в масиві ґрунту використовувався комерційний пакет Ansys Fluent. В основу теплофізичної моделі покладено припущення, що: властивості ґрунту, що використовувався в розрахун-ках, ізотропні та гомогенні; температура ґрунту залежить від глибини, у відповід-ності до кліматичних даних. Розрахунки виконувались на основі системи рівнянь збереження імпульсу, енергії, кінетичної енергії та швидкості дисипації, що характе-ризує процес теплообміну та аеродинаміки в повітряно-ґрунтовому теплообміннику.

Валідація розрахунків проводилась на повномасштабному експериментально-му стенді для дослідження теплофізичних процесів при експлуатації геотермальної системи вентиляції, що створений в Інституті технічної теплофізики НАН України.

Висновок. Теоретичні розрахунки та експериментальні дослідження показали, що:

1.Система геотермальної вентиляції не дає можливості досягнути температури теплового комфорту, але зменшує потребу в енергії на нагрів aбо охолодження по-вітря для вентиляції приміщення як в зимовий так і в літній період року;

67



2. Середньодобові коливання температури навколишнього повітря не сильно впливають на температуру повітря, що виходить із ГТО.

ФОРМУВАННЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ БІОРЕАКТОРІВ

ПОБУТОВИХ БІОГАЗОВИХ СИСТЕМ Желих В.М1., Фурдас Ю.В.1, Ребман М.Р.1, Фиалко Н.М.2, Меранова Н.О.2, Горбанич Богдан Анатолійович2 (доповідач) 1Інститут будівництва та інженерії довкілля Національного університету «Львівська політехні-ка», вул. Карпінського, 6, м. Львів, Україна, тел. +38(032) 258-27-05, e-mail: [email protected] 2Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-91-71, e-mail: [email protected]

Серед шляхів вирішення проблеми заощадження в Україні викопних енерге-тичних ресурсів і заміщення їх на альтернативні джерела важливе місце належить використанню біогазу як продукту анаеробного бродіння органічних відходів сільсь-кого господарства. Для виробництва біогазу в сільській місцевості доцільно засто-совувати побутові установки невеликої потужності. Їх ефективність, як відомо, знач-ною мірою залежить від температурного режиму біореактора. Забезпечення необ-хідного для метаноутворення теплового режиму є актуальним завданням, для здійс-нення якого застосовується ряд заходів, зокрема, додатковий підігрів біомаси для компенсації теплових втрат, її перемішування тощо.

Мета роботи полягає у дослідженні характеристик системи підігріву біомаси в біореакторі для переробки сільськогосподарських відходів.

В роботі аналізуються результати розрахункових досліджень потужності сис-теми підігрівання Q біореакторів побутових біогазових установок в холодний період року з використанням як сировини органічних відходів сільського господарства, зокрема, гною великої рогатої худоби, свинячого гною, курячого посліду тощо. Пропонується форма резервуару біореактора, яка забезпечує мінімізацію втрат тепла в оточуюче середовище. Представлено результати розрахунків щодо зміни потуж-ності системи підігріву Q при варіюванні зовнішньої температури в діапазоні від 0 до -25°С та товщини теплової ізоляції в межах 0,05…0,25 м. Розрахункові дослі-дження теплового стану біореактора виконувалися для різних значень об’єму резер-вуара від 1 до 3 м3. При цьому температура біомаси підтримувалася на рівні 40°С.

За результатами виконаних досліджень показано, зокрема, що збільшення тов-щини теплоізоляції δ біореактора суттєво впливає на величину потужності Q лише в певному діапазоні значень δ.

Висновки. Встановлено залежність потужності системи підігрівання біомаси в біореакторі від товщини його теплоізоляції при різних температурах навколиш-нього середовища та об’ємах резервуару.

68




МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТА АНАЛІЗ ВПЛИВУ ВИХІДНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ СУШІННЯ БІОПАЛИВ НА

ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ТА ПРОДУКТИВНІСТЬ АЕРОДИНАМІЧНОЇ СУШАРКИ

Корінчук Дмитро Миколайович1,2 (доповідач), Корінчук К.О.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна 2Національний технічний університет України «КПІ імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна, тел. +38(044) 424-96-35, e-mail: [email protected]

Найбільш енергоємною і складною стадією виробництва композиційних тор-фобрикетів є стадія сушіння сировини в аеродинамічних прямоточних сушарках. В роботі [1] запропоновано математичну модель високотемпературного сушіння поліфракційних сумішей торфу і рослинної біомаси в аеродинамічній сушарці, що включає рівняння кінетики сушіння окремих компонентів суміші та динаміку їх ру-ху. Проведено чисельний аналіз впливу на роботу сушарки вихідних параметрів: співвідношення сировина –сушильний агент (m, кг сух. реч./ кг сух. пов.), початко-вої вологості сировини (W0, кг вол./кг сух. реч.) та швидкості теплоносія (V, м/с) (рис.).

Рис. Залежність продуктивності, енерговитрат та кінцевого вологовмісту біопалива від вихідних параметрів сушіння.

У розрахунках були прийняті вихідні дані які відповідають виробничим умо-вам технології виробництва торф'яних брикетів: вологовміст сировини (торфу та де-ревини) 1,0 кг вологи/кг сух. реч., температура сушильного агента T0 =800°С, швид-кість сушильного агента V0=25 м/с, вологовміст D0=0,025 кг вологи/кг сух. газу, діаметр корпусу сушарки Dкорп=0,3 м, співвідношення матеріалу до сушильного агенту m=0,4 кг сух реч./кг сух. пов. Сировина перед сушінням формувалася з торфу та деревної соснової біомаси в співвідношенні 60% до 40%.

Висновки. Проведений чисельний аналіз показав, що забезпечити кінцевий середній вологовміст в межах кондиційного значення можливо шляхом зменшення співвідношення m, та використовуючи мінімальні швидкості теплоносія із умови стійкості гідродинамічного режиму сушарки.

Література. 1. Korinchuk D.N., Snezhkin Y.F. Simulation of the High-Temperature Drying of a Composite Mixture in

an Air Drier for Production of a Biocombustible. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. Vol. 91. – P. 1155-1164.

69


Секція 3. Енергоефективні теплотехнології


РЕЗУЛЬТАТИ ПРОМИСЛОВОЇ ПІДКОНТРОЛЬНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ІННОВАЦІЙНОЇ МОДУЛЬНОЇ ДОСЛІДНО-ПРОМИСЛОВОЇ УСТАНОВКИ

ВИРОБНИЦТВА БАЗАЛЬТОВОГО ДІРЕКТ-РОВІНГА Кремньов В.О.1, Тимощенко Андрій Володимирович1 (доповідач), Кемаєв В.Ф.2, Тимощенко Є.В.1, Гулієнко О.В.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-32-85, e-mail: [email protected] 2ВКП «Чернівецький завод теплоізоляційних матеріалів», Чернівці, Україна, тел. +38(0372) 52-91-26, e-mail: [email protected]

Мета роботи полягає в перевірці основних показників призначення інно-ваційного дослідно-промислового зразка модульної установки виробництва базаль-тового безперервного волокна (дірект-ровінга) в умовах тривалої підконтрольної експлуатації.

Результати роботи містять теплотехнічні, аеродинамічні, енергетичні та тех-нологічні показники роботи інноваційної модульної установки. Наводяться характе-ристики надійності роботи нестандартизованого обладнання, футеровки, інженер-них мереж та системи автоматизації. Вивчається динаміка показників призначання установки протягом проектного періоду експлуатації.

Зниження витрати природного газу та підвищення якості дірект-ровінга дося-гається за рахунок:

- використання повітря (як окислювача в реакції спалювання) з темпера-турою 800-1100оС;

- організації процесів плавлення, гомогенізації, дегазації, течії та тепло-обміну розплаву базальту при температурах до 1550оС;

- управління температурним полем в футеровці ванної плавильної печі (з можливістю утворення гарнісажного шару на поверхні розподілу «футеровка-розплав базальту»);

- гідродинамічної та термічної стабілізації параметрів розплаву базальту в місці формування безперервного базальтового волокна.

Розроблені методи системної інтенсифікації тепломасообмінних процесів ба-гатостадійної теплотехнології виробництва базальтового безперервного волокна, спрямовані на значне зниження витрат природного газу та підвищення якості дірект-ровінга, та інноваційні пристрої для їх апаратурного оформлення, склали фундамен-тальну науково-технічну основу нової модульної установки.

Висновки. Досягнуті результати дозволили знизити у 2 рази споживання при-родного газу на виробництво дірект-ровінга по відношенню до установок модульно-го типу. Крім того, середня міцність елементарного базальтового волокна одержано-го на дослідно-промисловому зразку модульної установки, у 1,2-1,4 рази вища за аналогічний показник для елементарних волокон одержаних на існуючих модульних установках.

70




КАВІТАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА НАНОПРЕПАРАТІВ Макаренко Андрій Анатолійович (доповідач), Долінський А.А., Авдєєва Л.Ю., Жукотський Е.К. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел.+38(044) 453-28-44, e-mail: [email protected]

Пріоритетним напрямком сучасних наукових розробок є пошук надійних ме-тодів виготовлення наноструктур для організації їх промислового виробництва. На-номатеріали за своїми фізичними властивостями значно перевершують матеріали мікрорівня. Використання нанотехнологій дозволяє знайти нові підходи до вирі-шення багатьох наукових проблем в енергетиці, матеріалознавстві, біоінженерії, ме-дицині, харчовій промисловості та інших галузях народного господарства. Нанотех-нології передбачають контрольовано створювати штучним шляхом наноструктури із заздалегідь заданими розмірами, структурою та іншими властивостями. Значна ува-га у світі приділяється пошуку ефективних способів доставки активних речовин до клітин та створенню нанокапсул.

Метою роботи є обґрунтування доцільності застосування кавітаційних техно-логій для виробництва нанопрепаратів для різних галузей промисловості і сільсько-го господарства.

Аналіз літератури і патентних джерел дозволяє стверджувати про доцільність використання явища гідродинамічної кавітації для інтенсифікації багатьох хіміко-технологічних процесів, в т.ч. для інтенсифікації процесу утворення ліпідних нанос-труктур і розробки промислових технологій виробництва наноформ препаратів для різних галузей промисловості і сільського господарства. Ефективність її викорис-тання для отримання ліпідних везикул із заданими властивостями підтверджується результатами наших теоретичних і експериментальних досліджень.

Висновки. Проведений комплекс досліджень дозволив обрати конструкції ка-вітаційного змішувача і встановити раціональні теплотехнологічні умови проведен-ня кавітаційної обробки дисперсної системи з фосфоліпідами для одержання сучас-них видів добрив для сільського господарства з ліпідними наноструктурами із ви-значеними властивостями. В результаті перевірки ефективності використання гідро-динамічного кавітаційного обладнання для виробництва косметичних бальзамів бу-ло доведено, що запропонована обробка дозволяє отримати якісні, стійкі у зберіган-ні препарати нанодіапазону.

КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА

В СОВРЕМЕННЫХ ТЕПЛООБМЕННИКАХ Сорока Борис Семенович (докладчик), Згурский В.А. Институт газа НАН Украины, ул. Дегтярёвская 39, Киев, 03113, Украина, тел. +38(044) 455-59-98, e-mail: [email protected]

Теоретически, с использованием CFD моделирования установлено и экспери-ментально в испытаниях на огневом стенде подтверждено лимитирующее воздей-ствие внутреннего (внутри труб) теплообмена на результирующую теплопередачу в трубчатых средне- и высокотемпературных теплообменниках. Ограничения, отно-

71


сящиеся к влиянию температуры греющего теплоносителя на интенсивность тепло-передачи, а также термическую стойкость аппарата, снимаются установкой внутри труб вторичных излучателей SE, роль которых усиливается по мере увеличения ра-бочей температуры теплообменника.

В результате установки внутренних SE в рекуперативном теплообменнике воздействие горячего теплоносителя (продуктов сгорания) с температурой ТСР =1000°C обеспечивается при снижении ТСР почти на 200°C при достижении одина-кового подогрева холодного (воздушного) теплоносителя. Средняя температура сте-нок труб может быть понижена на 260°C по сравнению с базовой конструкцией.

Сопоставляются 4 схемы вертикального трубчатого теплообменника с верх-ним (холодным) и нижним (горячим) коллекторами:

1 – базовая (BD) конструкция с полыми трубами; 2 – с установленными между рядами труб пластинами – внешними вторичными излучателями ESE (BD+ESE); 3 – базовый вариант с внутренними вторичными излучателями ISE крестообразного сечения (BD+ISE); 4 – комбинированная схема (BD+ISE+ESE).

В таблице представлены результаты расчетного анализа влияния вторичных излучателей: внутренних и внешних. Из таблицы следует вывод об определяющей роли внутренних SE (схемы 3 и 4).

Таблица. Интенсификация теплообмена по сравнению с BD, % ТСР , °C

2 BD+ ESE

3 BD+ISE

4 BD+ISE+ESE

600 4–5 10 15 1000 2–3 36 40

Предложенный подход позволяет оптимизировать конструкцию теплообмен-ника с точки зрения теплогидравлической характеристики и выбора материалов для изготовления высокотемпературных рекуперативных теплообменников как утилиза-торов теплоты уходящих газов.

ОТРИМАННЯ ІЗ ТОРФУ ДОБРИВ ТА ПАЛИВА

Петрова Жанна Олександрівна (доповідач), Вишнєвський В.М., Новікова Ю.П. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-38; e-mail: [email protected]

Торфяні поклади – це природні біологічні системи які знаходяться в стадії безперервного росту. Кожен рік в світі утворюється майже 3 млрд. тон торфу, що приблизно в 120 більше добутку.

Торф в нативному стані є досить складним об’єктом енергетичного викорис-тання і потребує розробки технології додаткової переробки. У зв’язку з тим, що у торфу висока зольність і нижча калорійність це знижує його енергетичну цінність. Створення композицій з різними видами біомаси дозволить знизити зольність та підвищити калорійність.

При комплексній переробці торфу на паливо з екстрагуванням гумінових ре-човин можливо отримати органічні добрива високої якості та з відходів паливо.

72



Важливим джерелом гумінових речовин є торф. В основному, торф викорис-товують на паливо і місцеві добрива. Якщо з нього вилучати гумінові речовини, а решта спалювати, то цей унікальний природний ресурс можливо використовувати більш раціонально. Основний спосіб отримання гумінових речовин - це лужна реак-ція розчинами аміаку або гідрооксидами калію або натрію. Така обробка перетворює їх в водорозчинні солі - гумати калію або натрію з високою біологічною активністю. Склад функціональних груп і структура молекулярних фрагментів гумінових кислот залежить від способу їх отримання.

Класична технологія добування гумінових речовин з використанням хімічних методів базується на високих температурах суміші, вимагає великих витрат електро-енергії. Нами запропоновано використання замість традиційних гідромеханічних пристроїв, пульсаційних апаратів дискретно імпульсний введення енергії (ДІВЕ).

Досліджували ефективність вилучення гумінової складової за розробленою технологією в пульсаційному апараті кавитаційного типу. Кількість гумінових речо-вин в 1,4 рази більше в порівнянні з контрольним зразком. Також, за розробленою технологією екстракція з сухого і фрезерного торфу відбувається з однаковою кіль-кістю вилучення гумінових речовин, тому недоцільно додатково висушувати торф перед екстрагуванням. Екстракція проходить в апараті кавитаційного типу з однако-вою інтенсивністю протягом 20 хв., 40 хв. і 60 хв. Виходячи з цих досліджень, за-пропоновано екстрагування в пульсаційних апаратах ДІВЕ протягом 20 хв.. Обробка здійснюється досить швидко. Після цього отриману суміш направляють для пода-льшої екстракції в апарат ємнісного типу, де суміш нагрівають і витримують, а по-тім відділяють рідкий розчин з гуміновими речовинами, а осад який залишився піс-ля екстракції, піде на виробництво екологічного палива. Надалі отримане рідке доб-риво (розчин гумінових речовин) подається на лінію розливу рідких добрив.

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОСТИ

В КАВИТАЦИОННЫХ ТЕЧЕНИЯХ Иваницкий Георгий Константинович (докладчик), Целень Б.Я., Недбайло А.Е. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. ак.Булаховского, 2, Киев, 03164, Украина, тел. +38(044) 424-14-96, e-mail: [email protected]

Кавитация - это явление образования пузырьков в жидкости в результате па-дения давления. Она играет важную роль в различных приложениях. Например, ка-витация является одной из ключевых проблем проектирования и изготовления насо-сов, гидравлических турбин, судовых гребных винтов и т. д. Еще одной проблемой, связанной с кавитацией, является дегазация жидкости за счет диффузии растворен-ного газа в микропузырьки и последующего удаления их вместе с захваченным га-зом из жидкости. Кавитация обеспечивает быструю дегазацию различных жидкос-тей, включая воду, масла, биожидкости, эмульсии и многие другие. В отличие от традиционной вакуумной дегазации в периодическом режиме, кавитационная дега-зация осуществляется в непрерывном режиме.

По имеющимся данным в отстоявшейся воде содержатся пузырьки, с радиу-сами в интервале 10-7÷10-3 см при концентрации 106÷107 см-3. Известно, что сво-бодная углекислота (молекулы СО2) находится в воде в составе микро- нанопузырь-

73



ков, т.е. в парогазовой среде. При этом ее содержание в пузырьках в десятки раз выше равновесной концентрации.

В докладе представлены результаты исследования по обоснованию рацио-нальной геометрии сопла Вентури и оптимальных условий дегазации жидкости применительно к решению конкретных технологических задач.

Обсуждается метод быстрого удаления растворенных газов из жидкости, ко-торая с заданной скоростью проходит через сопло Вентури, состоящее из конфузо-ра, узкой горловины и диффузора. При течении жидкости через сопло на входе диф-фузора образуется и интенсивно растет совокупность парогазовых пузырьков. Вы-ход из сопла Вентури через патрубок соединяется с вакуумной емкостью, в которой поддерживается давление, близкое к давлению насыщенного пара данной жидкости.

Вследствие коалесценции интенсивно растущих кавитационных пузырьков происходит инверсия фаз – газожидкостная среда пузырьковой структуры перехо-дит в жидко-газовую среду капельной структуры.

Математические модели дегазации жидкостей в кавитирующих потоках раз-работаны еще не в полной мере и представлены в литературе недостаточно. Созда-ние надежной модели кавитационной дегазации жидкости является важной фунда-ментальной и прикладной задачей.

Предлагаемый способ дегазации жидкости путем ее кавитационной обработки в сопле трубке Вентури с инверсией фаз и вакуумированием может найти примене-ние в различных областях промышленности.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СИНЕРГЕТИЧНОГО ЕФЕКТУ

У ТЕХНОЛОГІЯХ ОТРИМАННЯ ВИСОКОДИСПЕРСНИХ РІДИННИХ СИСТЕМ

Шматок О.І., Грабова Тетяна Леонідівна (доповідач), Посунько Д.В., Степанова О.Є., Базєєв Р.Є. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-98-86, e-mail: [email protected]

З метою розробки методів та створення ефективного технологічного облад-нання для отримання емергентних функціональних продуктів створено експеримен-тальний стенд для дослідження тепломасообміну, гідродинамічних і гідроакустис-тичних впливів на рідинні системи та вивчення синергетичного ефекту від їх реалі-зації.

Технології отримання високодисперсних рідинних середовищ охоплюють реа-лізацію комплексу тепломасообмінних та фізико-хімічних процесів у системі “твер-де тіло-рідина”, “рідина-рідина” або “тверде тіло-газ-рідина”. Це охоплює такі фун-кціональні продукти, як суспензії, пасти, гелі, емульсії у фармацевтичній, харчовій, хімічній, мікробіологічній, парфумерно-косметичній і інших галузях промисловості та техногенній діяльності людини.

В ІТТФ НАНУ розроблено дослідний стенд, в якому передбачені складові, які забезпечують варіювання режимами течії досліджуваної системи, реалізацію комп-лексу впливів і ефектів у системі та реєстрацію у режимі реального часу гідродина-мічних, гідроакустичних та температурних параметрів з дискретністю 0,1 с. Реаліза-

74



ція ефектів ДІВЕ здійснюється у 2-х проточних роторно-пульсаційних апаратах дис-ково-циліндричного типу в вертикальному і горизонтальному виконанні з різними конструктивними особливостями.

Високодисперсні системи є складними системами з точки зору самоорганізації і термодинамічно нерівноважними. Вивчення механізмів біфуркації і визначення то-чок біфуркації є визначальним для організації технологічних процесів отримання продуктів із заданими властивостями. Так наприклад, при отриманні сорбційних паст (вміст високодисперсної пористої фази у рідинному середовищі складає 70%) виявлено, що синергетичний ефект досягається коли система знаходиться у полі зсувних напружень обмежений час, а саме 1-2 цикли проходження крізь апарат з 2-ма роторно-статорними парами. Якщо порівняти зразки отриманні при 2 та 10 цик-лах обробки у апараті, то показник питомої поверхні знизився у 2,6 рази і гранично-сорбційний об’єм пор – у 1,5 рази, тобто отримано системи з різними структурно-сорбційними властивостями.

Експериментальний стенд, який створений фахівцями ІТТФ НАНУ, має ши-рокі функціональні можливості і дозволяє реалізувати технології на основі синерге-тичного підходу.

АНАЛІЗ ТЕПЛОТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМИ

ВОДЯНОГО ПІДЛОГОВОГО ОПАЛЕННЯ СУХОГО МОНТАЖУ Недбайло Олександр Миколайович (доповідач), Ткаченко М.В., Божко І.К., Тимощенко А.В., Василенко С.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-25-27

При застосуванні теплонасосних установок у складі систем теплопостачання перевага надається низькотемпературним системам водяного підлогового опалення. Крім того, підлогове опалення забезпечує найбільш комфортні санітарно-гігієнічні умови щодо перебування людини в приміщенні.

Метою проведення є визначення впливу товщини теплоізоляційного шару та виду фінішного покриття системи підлогового опалення сухого монтажу на власти-вості теплопередачі від теплоносія до приміщення в залежності від ряду різних експ-луатаційних параметрів та зовнішніх чинників.

Проведені експериментальні дослідження теплотехнічних характеристик фрагменту площею 6,36 м2 і розмірами 1,2 м х 5,3 м системи підлогового опалення сухого монтажу. Система була розташована посередині лабораторного приміщення площею 18 м2 із розмірами 3 м х 6 м х 3 м. Опалювальний контур виконаний з мета-лополімерної труби PeХ зовнішнім діаметром 16 мм і товщиною стінки 2 мм. Тов-щини, відповідно, алюмінієвого теплорозподілювача та плити із екструдованого пі-нополістиролу з пазами (каналами) складали 0,2 мм та 40 мм (загальна, змінювалась в різних експериментах).

Результати. В залежності від зміни температури зовнішнього повітря дискре-тно задавались значення електричної потужності (теплове навантаження) на проточ-ному електроводонагрівачі для компенсації теплових втрат приміщення при постій-ній витраті теплоносія в контурі системи опалення.

75

https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%96%D1%84%D1%83%D1%80%D0%BA%D0%B0%D1%86%D1%96%D1%8F

https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%96%D1%84%D1%83%D1%80%D0%BA%D0%B0%D1%86%D1%96%D1%8F


Суттєве зростання середньої температури поверхні підлоги обумовлене вико-ристанням керамічної плитки як фінішного покриття. Це пояснюється більшим зна-ченням коефіцієнта теплопровідності даного матеріалу. В той час, як різна витрата теплоносія в певному діапазоні майже не впливає на зміну температури поверхні ламінату. Це доводить тезу про те, що кількісне регулювання теплопродуктивністю низькотемпературних систем опалення недоцільне. Більш ефективним, в такому ви-падку, є якісне регулювання тепловим навантаження із зміною температури тепло-носія в системі. Збільшення вдвічі товщини теплоізоляції зменшує, за окремими роз-рахунками на приблизно 12%, теплові втрати від теплоносія в контурі у простір під системою підлогового опалення. Відповідно, це позначається на тому, що при мен-шій температурі поверхні фінішного покриття досягається покриття теплових втрат приміщення згідно до відповідних нормативів.

Висновки. Проведені експериментальні дослідження дозволяють стверджува-ти, що система підлогового опалення сухого монтажу має більшу теплову маневре-ність в порівнянні із заливною стяжкою, а також невисоку теплоакумуляційну здат-ність. Мала теплоінерційна складова досягається відсутністю відносно товстого ша-ру монолітної бетонної плити в якій зазвичай облаштовується контур системи опа-лення.

ПРОБЛЕМА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІТЧИЗНЯНОГО РОСЛИННИЦТВА ОРГАНІЧНИМИ ДОБРИВАМИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЇЇ ВИРІШЕННЯ

З ЗАСТОСУВАННЯМ ЕНЕРГОРЕСУРСОЗАОЩАДНОЇ БАГАТОСТАДІЙНОЇ БІО- І ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ

Кремньов В’ячеслав Олегович (доповідач), Корбут Н.С., Стецюк В.Г., Колесник В.М. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-11-56, e-mail: [email protected]

Мета. пришвидшення виробничого процесу компостування і підвищення якості продукції.

Результати роботи. На сьогодні Україна посідає чи не останнє місце у Європі щодо застосування у рослинництві органічних добрив. Якщо взяти до уваги, за часів колишнього СССР, доля органічних добрив (у перерахунку на NPK) від загальної кількості досягала 45%, а на сьогодні нижче 1%. Відповідно, відбулося значне зни-ження вмісту гумусу у орних землях.

На наш погляд, для сучасних умов України, єдина технологія виготовлення органічних добрив, яка може бути прийнятною з комерційних організаційних і еко-логічних міркувань – це сучасне прискорене компостування у польових умовах.

Ми впроваджуємо компостування у польових умовах за допомогою самохід-ного ворошителя на гусеничній ході.

Вологість компостів 40÷45%. При одержанні 1 т сухого гранульованого ком-посту, кількість води, що підлягає випаровуванню у 4÷5 разів менша, ніж при вироб-ництві, наприклад, із нативного курячого посліду.

ІТТФ НАН України відповідно до замовлення фермерської фірми «Вейсіті» за грантом Канади проводиться розробка технології і устаткування виробництва ком-

76



постів у польових умовах з застосуванням самохідних ворошителів та спеціалізова-них вітчизняних бактерійних препаратів.

Висновок. 1. Розроблено багатостадійний технологічний процес підготовки робочих рідин для рівномірного зрошування часток біомаси, що компостується.

2. Комплект навісного устаткування на самохідний ворошитель компосту для забезпечення тонкого диспергування робочих рідин і рівномірного змочування ними часток біомаси під час ї обробки ворошителем.

МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ НА

КЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ Недбайло Анна Евгеньевна (докладчик), Гоженко Л.П., Иваницкий Г.К. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. ак.Булаховского, 2, Киев, 03164, Украина, тел. +38(044) 424-14-96, e-mail: [email protected]

Целью данной работы является раскрыть механизмы воздействия кавитации на биологические клетки для создания новых технологий и оборудования, а также усовершенствования уже существующих.

При экстрагировании растительного сырья интенсивность процесса опреде-ляется разницей концентраций целевого компонента в клетке и экстрагенте и сум-мой внутренних и внешних сопротивлений. Традиционные методы интенсификации экстракции, связанные с уменьшением только внешних сопротивлений. Внутренние сопротивления, которые на порядки превышают внешние, состоят из сопротивлений клеточной стенки и межклеточного пространства. Процесс кавитации обусловлен падением давления среды до отрицательных значений и его мгновенным повышени-ем, что обуславливает зарождение парогазовых пузырьков и их последующие схло-пывание. Такое явление может происходить и внутри клетки, что влияет на внут-ренние сопротивления диффузионного переноса. На этапе роста газового пузырька жидкость с целевым компонентом будет вытесняться через клеточную мембрану за счет заполнения клеточного пространства парогазовым пузырьком. В условиях зна-копеременного давления данный процесс происходит многократно, что обуславли-вает максимальный выход целевого вещества. Полное разрушение клеточной стенки растения нежелательно, т.к. помимо целевого компонента, в экстракт выделятся балластные вещества. Поэтому для получения качественных экстрактов необходим подбор оптимальных параметров процесса кавитации в зависимости от конкретного сырья.

Механизмы кавитационной пастеризации и стерилизации основываются на разрушении клеточной стенки микроорганизмов. Нами рассмотрены два возможных механизма разрушения бактериальных клеток: 1) воздействие на клеточную стенку ударных импульсов; 2) воздействие сдвиговых напряжений, как результат суперпо-зиции радиальных течений, которые возникают в окрестности их роста и схлопыва-ния. Проведенная оценка величины ударных импульсов, излучаемых кавитацион-ным кластером, и предела прочности стенки исследуемых микроорганизмов показа-ла, что ударные импульсы соизмеримы с прочностью клеточной стенки либо превы-шают ее в зависимости от вида микроорганизмов. По результатам теоретических экспериментов, было установлено, что скорости сдвига составляют 105-106с-1, что по

77



литературным данным достаточно для разрушения большинства микрорганизмов. Данные исследования могут использоваться при разработке нового оборудования.

КОНВЕКТИВНА СУШКА ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИХ

БАЗАЛЬТО-БЕНТОНІТОВИХ ВИРОБІВ – НАУКОВО-ТЕХНІЧНА ОСНОВА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОЇ МОДЕРНІЗАЦІЇ ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ

Тимощенко А.В., Гулієнко Олег Валерійович (доповідач), Тимощенко Є.В., Стецюк В.Г. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-32-85, e-mail: [email protected]

Мета і задачі роботи полягають в експериментальному вивченні особливостей повітряної конвективної сушки пласких базальто-бентонітових виробів, дослідженні впливу на її інтенсивність температури і швидкості агента сушіння, встановленні узагальненої залежності для часу сушки.

Результати роботи. Дослідження процесу сушки теплоізоляційних плит ви-конувалося на експериментальному стенді, що моделює повітряне конвективне сушіння пласких виробів в тунельній або конвеєрній установці. Розглянуто вироби товщиною 50 та 100 мм та густиною від 100 до 225 кг/м куб. Вивчено вплив на ін-тенсивність процесу температури та середньої швидкості агенту сушіння. Темпера-тура сушильного агенту варіювалась в діапазоні від 100 до 180°С при його середнь-ому вологовмісті 20-25 г вологи/кг сухого повітря. Середня швидкість агенту сушіння становила від 1 до 10 м/с. Обробка результатів дослідження виконувалась за методом Краснікова з побудовою узагальнюючої кривої кінетики сушіння.

Висновки. Для базальто-бентонітових виробів різної товщини і густини, одержано залежність для швидкості сушки в першому періоді, як функцію від тем-ператури і швидкості агента сушіння. Побудовано узагальнені криві повітряної кон-вективної сушки. Встановлено величини приведених критичних вологовмістів та відносних коефіцієнтів сушки. Встановлено, що для базальто-бентонітових тепло-ізоляційних виробів спостерігаються періоди з постійною і спадаючою швидкістю сушки, при цьому, в розглянутому діапазоні товщин спостерігаються як перший, так и другий критичний вологовміст. Одержано узагальнену залежність для розрахунку часу повітряної конвективної сушки теплоізоляційних базальто-бентонітових виро-бів різної товщини та густини. Відмічено, що раціональна організація процесу доз-воляє досягнути 2-3 разового зниження питомого енергоспоживання на одиницю випареної вологи. Проведене дослідження служить основою для розробки енерго-ефективних теплотехнологічних режимів конвективної сушки базальто-бенто-нітових теплоізоляційних виробів та її апаратурного оформлення.

78



ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ЗМЕНШЕННЯ ТЕПЛОВТРАТ ЧЕРЕЗ ВІКОННІ КОНСТРУКЦІЇ

Кужель Лілія Миколаївна (доповідач), Басок Б. І., Давиденко Б. В., Новіков В.Г., Олійник Л.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел.: +38(044) 456-92-72, 424-96- 44, е-mail: [email protected]

Мета роботи: визначення закономірностей теплопереносу через віконні про-філі та склопакети різного типу в реальних кліматичних умовах та їх використання для розробки заходів зі зменшення тепловтрат будівлі.

Результати. Питання енергоефективності та енергозбереження в сучасних умовах є одними з найважливіших пріоритетів соціально-економічного розвитку країни. Житлові та громадські будівлі залишаються головним пріоритетом держав-ної політики в сфері енергоефективності. Технічний стан більшості існуючих буді-вель та інженерних систем енергозабезпечення не дозволяє забезпечувати необхід-ний рівень енергетичних характеристик будівель. Найбільші тепловтрати зовнішньої оболонки будівлі відбуваються через віконні конструкції в зв’язку з низьким зна-ченням їх термічного опору теплопередачі. Тому важливим завданням для підви-щення енергоефективності будівель різного призначення є оптимальний вибір саме віконних конструкцій.

Нами було проведено ряд експериментальних досліджень профілів віконних рам та різних видів віконних конструкцій в реальних умовах їх експлуатації. На-працьована база даних була використана для розробки алгоритму визначення тепло-втрат через віконні конструкції з врахуванням впливу радіаційної складової соняч-ного випромінювання.

За допомогою чисельного моделювання проведені дослідження закономір-ності теплопередачі через склопакети. Із застосуванням CFD пакетів було проведено чисельне моделювання радіаційно-конвекційного теплообміну двокамерного скло-пакету. Було визначено розподіл температури і швидкості руху повітря в міжстекло-вому прошарку, а також визначено величини коефіцієнту теплопередачі склопакету. Встановлено особливості розподілу густини теплового потоку по поверхнях склопа-кету. Отримані розрахункові результати щодо теплопередачі через склопакети в ме-жах випадкової похибки співпадають з експериментальними даними, які були отри-мані незалежно.

Висновки. Встановлені особливості теплопереносу через двокамерний скло-пакет, які впливають на збільшення його термічного опору в порівнянні з однокаме-рним склопакетом. Визначено вплив низькоемісійного покриття та товщини газово-го прошарку на величину термічного опору двокамерного склопакету. Це дало мож-ливість оцінити вплив конвекційної та радіаційної складових теплопереносу через віконні конструкції на загальні тепловтрати будівлі. Запропоновано заходи зі змен-шення тепловтрат через віконні конструкції.

79



ЗАКОНОМІРНОСТІ ВОЛОГООБМІНУ ПІД ЧАС КОНВЕКТИВНОГО СУШІННЯ

Шапар Раїса Олексіївна (доповідач), Гусарова О.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-26, e-mail: [email protected]

Мета. Різні сировинні матеріали зумовлюють певні умови підготовки матеріа-лу та ведення процесу сушіння. Під час сушіння крім загального зневоднення відбу-ваються перетворення природних компонентів, які залежать від характеру взаємодії вологи з твердим каркасом сировини і є функцією хімічного складу, щільності па-ренхімних тканин, теплофізичних властивостей, тощо.

У роботі зосереджено увагу на крохмалевмісній сировині, зокрема коренепло-дах батату, який набуває поширення і популярності далеко за межами країн тропіч-ного і субтропічного климату, у т. ч. і в нашій країні. Вміст сухих речовин у корене-плодах становить від 20 до 30%, при цьому 60...70% складає крохмаль. Коренеплоди вживають у свіжому вигляді при приготуванні різноманітних страв, а також викори-стовують у промисловості для виділення цільових компонентів та одержання різно-манітних форм харчових продуктів у т. ч. сушених: пластівців, чипсів, борошна.

Враховуючи вищезазначене, мета роботи полягає у дослідженні вологообміну під час сушіння батату для визначення шляхів інтенсифікації процесу та встанов-лення енергозберігаючих режимів.

Результатами теоретичних і експериментальних досліджень визначено опти-мальні умови та параметри тепловологої обробки батату, що забезпечують якісну зміну внутрішньої рівноваги колоїдної системи та сприятливо впливають на гідрата-цію крохмальних зерен і коагуляцію білків.

Узагальнено кінетичні закономірності конвективного сушіння, розроблено та науково обґрунтовано енергозберігаючі ступеневі режими зневоднення за якими температура теплоносія на першому етапі процесу дорівнює 80…100ºС, на другому 55…70ºС, температура матеріалу впродовж сушіння не перевищує гранично допус-тиму величину. Сушінням у такий спосіб забезпечено високий ступінь збереження природних складових крохмалевмісної сировини, інтенсифікацію процесу, скоро-чення тривалості та зниження теплових витрат до 15%. Характер побудованих гра-фічних залежностей свідчить, що видалення вологи з коренеплодів батату прохо-дить зі спадною швидкістю впродовж усього зневоднення. На підставі отриманих результатів запропонована блок-схема технологічного процесу переробки коренеп-лодів. Формування і контроль якісних показників проводиться на кожному етапі, за-безпечуючи дотримання режимних параметрів та екологічну чистоту всього техно-логічного процесу.

Висновок. Інноваційність результатів досліджень підтверджено патентом України на винахід. З огляду на зростаючу популярність батату в Україні, отримані результати актуальні і мають перспективу для вітчизняних виробників.

80



ДОСВІД МОДЕРНІЗАЦІЇ РОЗПИЛЮВАЛЬНОЇ СУШАРКИ ДЛЯ ЕКСТРАКТІВ ТЕРМОПЛАСТИЧНИХ МАТЕРІАЛІВ

Турчина Тетяна Яківна (доповідач), Малецька К.Д. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-44, e-mail: tbds_ittf@ukrnet

На тлі зростаючого попиту на суху форму екстрактів з рослинної сировини питання отримання їх методом розпилювального сушіння на сьогодні набуває ново-го значення і актуальності. Але через складності такого виробництва і проблем, що виникають при розпилювальному сушінні термопластичних і гігроскопічних матері-алів з рослинної сировини, виробництва, наприклад, солодових екстрактів в Україні досі не існує. Наші численні дослідження показали, що сушарки, на яких з високим виходом (≥95%) отримувались порошкові продукти з різноманітних рослинних екст-рактів, мінеральних вод та ін. рідких продуктів, виявились непридатними для отри-мання порошкової форми солодових та ін. екстрактів, що містять >65% редукуючих цукрів. Низький коефіцієнт дифузії, характерний для таких екстрактів, вимагає по-довження часу польоту часток для забезпечення повного їх висушування, а для уникнення адгезійних відкладень, покращення структурно-механічних характерис-тик порошку та збільшення його виходу – поступове його охолодження в режимі перемішування.

Мета роботи полягала у модернізації промислової сушильної установки СУМ-1,5 для отримання порошкової форми екстрактів термопластичних матеріалів з низькою вологістю, тривалим терміном зберігання і збільшення його виходу.

В ІТТФ НАН України свого часу було розроблено технологію виробництва сухої форми різних екстрактів з характерними термопластичними, і адгезійними властивостями, яка була апробована і відпрацьована на розпилювальній сушарці СУМ-1,5. За результатами апробації сушарку СУМ-1,5 було модернізовано з ураху-ванням властивостей продуктів як об’єктів розпилювального сушіння. Модернізація, яка включала збільшення висоти бункера під циклоном і встановлення шнекового охолоджувача порошку, і визначення раціональних теплотехнологічних режимів сушіння дозволили отримувати порошок з кінцевою вологістю 2,5-3,2%, що сприяло подовженню терміну його зберігання до 2 років, і збільшити вихід порошку до 93-95% завдяки покращенню його структурно-механічних властивостей.

Отриманий досвід модернізації сушарки показав можливості ефективного ви-користання наявних промислових сушарок за умов певного вдосконалення конст-рукцій окремих вузлів вивантаження та охолодження порошку з урахуванням кіне-тики сушіння рідинних матеріалів та їх термопластичних і гігроскопічних властиво-стей.

Сушарку успішно впроваджено в лінії виробництва сухої форми лікарських рослинних екстрактів (коріння алтея та ін.) на ТОВ «Тернопільська фармацевтична фабрика».

81


ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИРОБНИЦТВА НА ЯКІСТЬ БАЗАЛЬТОВОГО ДІРЕКТ-РОВІНГУ

Тимощенко Андрій Володимирович1 (доповідач), Лебохорський В.Р.2, Тимощенко Є.В.1, Гулієнко О.В.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-32-85, e-mail: [email protected] 2ВКП «Чернівецький завод теплоізоляційних матеріалів», Чепнівці, Україна, тел. +38(0372) 52-91-26, e-mail: [email protected]

Мета роботи полягає у вивченні впливу теплотехнологічних параметрів ви-робництва на властивості базальтового безперервного волокна (дірект-ровінга).

Результати роботи. В умовах тривалої підконтрольної експлуатації дослідно-промислового зразка інноваційної модульної установки виробництва базальтового безперервного волокна досліджувався вплив параметрів процесу – швидкості на-мотки волокна, рівня розплаву, сили струму на струминний та фільєрний живильни-ки, температури в ванній плавильній печі, швидкості обертання валків замаслювача – на властивості готової продукції – діаметр елементарного волокна, лінійну щіль-ність, питоме розривне навантаження, масову частку речовин, що видаляються при прожарюванні, гігроскопічну вологість. Експлуатувався 200-фільєрний живильник. Властивості базальтового дірект-ровінга визначались для діапазону середніх діамет-рів елементарних волокон 8-20 мкм. Розроблені методи системної інтенсифікації тепломасообмінних процесів багатостадійної теплотехнології виробництва базаль-тового безперервного волокна, спрямовані на значне зниження витрат природного газу та підвищення якості дірект-ровінга, та інноваційні пристрої для їх апаратурно-го оформлення, склали фундаментальну науково-технічну основу нової модульної установки.

Висновки. Встановлено кореляцію лінійної густини дірект-ровінга від се-реднього елементарного діаметра волокна.

Встановлено кореляцію залежності середнього елементарного діаметра волок-на від швидкості намотки.

Встановлено кореляцію питомого розривного навантаження дірект-ровінга від середнього елементарного діаметра волокна.

Для інноваційної модульної установки підтверджено результати, одержані для установок першого покоління, стосовно впливу на властивості дірект-ровінга рівня розплаву, сили струму на струминний та фільєрний живильники.

ЗАСТОСУВАННЯ СТУПІНЧАТИХ РЕЖИМІВ СУШІННЯ

НАСІННЄВОГО ЗЕРНА Снєжкін Ю.Ф., Петрова Ж.О., Пазюк Вадим Михайлович (доповідач) Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел.: +38(044) 424-15-26, 424-96-38; 424-96-38, e-mail: [email protected]; [email protected]; vadim_pazuk@ ukr.net

Мета роботи: розробка режимів та обладнання для сушіння насіння рослин-них культур з високими якісними показниками.

Результати роботи. При сушінні насіннєвого зерна визначені закономірності

82






кінетики та раціональні режими сушіння на конвективному експериментальному стенді. Встановлено, що процес сушіння насіння рослинних культур в елементарно-му шарі протікає в період падаючої швидкості сушіння при безперервному збіль-шенні температури насіння, що свідчить про інтенсивне поглиблення зони випаро-вування всередину зерна. Висока схожість насіння досягається за рахунок сушіння при низькотемпературних режимах, що збільшує час і енерговитрати, які необхідно зменшувати.

На основі проведених експериментальних досліджень та схожості, вперше розроблені ступінчаті режими сушіння, що дали змогу підвищити схожість насіннє-вого матеріалу до 99 – 100% при зменшенні тривалості сушіння на 25 – 83%. Вибра-ні ступінчаті режими сушіння для насіння зернових культур (пшениця, ячмінь, овес) температура теплоносія 65/50ºС, для олійних (соя) – 60/50ºС, для овочевих (гарбуз) – 60/40ºС, для технічних (цукровий буряк) – 60/40ºС.

Температура матеріалу в ступінчатому режимі сушіння на початковій стадії перевищує традиційну температуру нагрівання на 13 – 17ºС, що значно інтенсифікує процес і забезпечує високі показники якості насіння за рахунок зменшення трива-лості впливу температури теплоносія.

Розроблені ступінчаті режими сушіння насіння реалізовані в теплонасосній камерній сушильній установці при сушінні насіння гарбуза. Результати експеримен-тальних досліджень показали, що при сушінні насіння гарбуза в ступінчатому ре-жимі сушіння 60/40ºС при зниженні вологовмісту теплоносія до 6 г/кг сухого повіт-ря схожість насіння становить 100% при зниженні енерговитрат від 5180 до 3700 кДж/кг вип. вологи.

Висновки: Запропоновані режими сушіння насіннєвого зерна доцільно вико-ристовувати в технологіях сушіння насіннєвого зерна.

ЗАКОРДОННИЙ ДОСВІД УПРАВЛІННЯ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯМ

Мороз Марина Вікторівна Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна

В останні роки, питання енергозбереження є одним з першочергових для ба-гатьох держав. Але створення умов для реалізації перспективних технологічних проектів за чинних економічних, екологічних та соціальних обмежень в енергетич-ній політиці є складною проблемою. Низька енергоефективність нашої економіки, в порівнянні з закордонними країнами, призводить до високих витрат суспільства на своє забезпечення енергетичної безпеки України. Для підвищення енергоефектив-ності використання енергії особливого значення набуває проблема раціонального використання енергоресурсів.

Метою роботи є дослідження закордонного досвіду управління енергозбере-женням та можливість застосування його для української економіки.

Сьогодні розвинені країни приділяють значну увагу питанням енергоефектив-ності в усіх галузях. Енергозбереження має здійснюватися по всій технологічній ланці – від виробництва енергії до її розподілу та споживання. Досвід таких країн, як США, Латвія, Польща, Німеччина, Данія, показав, що зростання енергоефектив-

83


ності може досягатися лише за умови реалізації державної енергоефективної політи-ки. Організаційно енергозбереження може бути упроваджено за умови безпосе-редньої зацікавленості споживача в ефективному використанні енергії. Саме тому, зростання енергоефективності в нашій країні можливе шляхом реалізації науково обґрунтованої та законодавчо підкріпленої політики енергоефективності.

Також, аналіз досвіду закордонних країн щодо забезпечення енергоефектив-ності показав, що покращення енергозабезпечення можливе при реалізації перспек-тивних технологічних проектів, таких як: застосування енергетичних систем, які по-будовані згідно концепції Smart Grid (Китай, США, Японія та Європа); збільшення обсягів використання альтернативних видів палива для вироблення електроенергії та забезпечення теплопостачання (Німеччина, Польща, Нідерланди, Данія); впровад-ження у комунально-житловій сфері державних стандартів енергозбереження.

Як відомо, ситуація з енергоефективністю в кожній країні різна, однак енерге-тична політика країн Європейського Союзу у цій сфері доводить свою ефективність і тому має бути використана нашою державою.

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА В ТЕХНОЛОГИЯХ

СУШКИ ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СОВМЕЩЕННЫХ С ОДНОВРЕМЕННЫМ ДИСПЕРГИРОВАНИЕМ

В РОТОРНЫХ АППАРАТАХ Ляшенко Андрей Владимирович (докладчик), Михалевич В.В., Шпильберг Л.Ю. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, e-mail: [email protected]

Цель работы. Обоснование выбора метода совмещенных процессов сушки и диспергирования в одной камере с помощью механического ротора при обработке высоковлажных термолабильных материалов.

Результаты. Литературный обзор и анализ показывают перспективность при-менения установок, которые работают с одновременной сушкой и диспергировани-ем в одной рабочей камере. В них создаются большие поверхности тепломассооб-мена, увеличивается в сравнении например, с барабанными установками удельная производительность, уменьшаются капитальные затраты и энергозатраты на испа-рение влаги. На основе полученных результатов экспериментальных исследований при различных режимах сушки термолабильного материала (куриного помета) раз-работаны технологии и оборудование для их обработки.

Авторы экспериментально доводят возможность достижения следующих теп-лотехнических величин в камере: начальной температуры теплоносителя в пределах 600–800ºС; коэффициента теплоотдачи в пределах 900–1200 Вт/(м2·град); среднего количества теплоты на испарение влаги в пределах 3500–4000 кДж/кг испаренной влаги; среднего напряжения камеры по испаренной влаге 350–400 кг/(м³·час).

Итогом обработки и обобщения полученных результатов стала разработка ме-тодики инженерного расчета, установки, подобрано оборудование для формирова-ния технологической линии по производству комплексных удобрений на основе ку-

84



риного помета. Выводы. 1.Авторами экспериментально доказано, что диспергирование на

элементы малых размеров, которое организовано в одной камере позволит искусст-венно поддерживать температуру поверхности материала близкой к температуре мокрого термометра, тем самым сводя нахождения материала во втором периоде к минимуму.

2. Полученные ориентировочные термодинамические показатели указывают на перспективность применения камер одновременной сушки и диспергирования при обработке термолабильных материалов.

3. Результаты работы авторов могут быть использованы при проектировании энергоэффективного сушильного оборудования для технологических линий по пе-реработке органических термолабильных материалов.

ДОСЛІДЖЕННЯ РАДІАЦІЙНО-КОНВЕКТИВНОЇ КОНВЕЄРНОЇ СУШКИ

БАЗАЛЬТО-БЕНТОНІТОВИХ КАРТОНІВ, ЯК ПЕРШОЇ ЧЕРГИ ІННОВАЦІЙНОЇ МОДЕРНІЗАЦІЇ ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ

Тимощенко А.В., Гулієнко Олег Валерійович(доповідач), Тимощенко Є.В., Корбут Н.С. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-32-85, e-mail: [email protected]

Мета роботи полягає у вивченні процесу сушки базальто-бентонітового кар-тону в конвеєрній сушильній установці неперервної дії, одержанні питомих енерге-тичних показників установки і виявленні можливостей її подальшої модернізації.

Результати роботи. Експериментально, на лабораторному устаткуванні, було отримано кінетику радіаційної сушки зразків базальто-бентонітового картону, обробку результатів проведено методом Краснікова. З використанням методів CFD моделювання і натурних експериментальних вимірів було одержано величини швидкості і температури агента сушіння у поперечному перерізі камери сушіння. В умовах підконтрольної експлуатації дослідно-промислової установки для різних технологічних режимів було одержано основні технічні характеристики і питомі енергетичні показники установки.

Висновки. Дослідження кінетики сушки дозволило встановити якісні та кіль-кісні показники процесу радіаційної сушки базальто-бентонітового картону. У випадку з високотемпературною радіаційною сушкою картону спостерігається затя-гування величини приведеного першого критичного вологовмісту в область з низь-кими значеннями, у порівнянні з аналогічним показником при конвективному сушінні плит. Така особливість протікання процесу дозволяє підвищити температу-ру в першій камері сушіння до величин 570-600оС, без ризику локальних перегрівів матеріалу. На етапі спадаючої швидкості сушки, який в основному реалізується у другій камері сушіння, задля уникнення локальних перегрівів матеріалу температу-ра в камері обмежується величиною 440оС. Зниження температурного рівня процесу у другій камері сушіння компенсується активною газодинамічною картиною, за якої середня швидкість агента сушіння в зоні дії припливного струменя може сягати ве-

85



личин ±5 м/с. Результати підконтрольної експлуатації дослідно-промислової уста-новки продемонстрували задовільні питомі енергетичні показники, які для аналогіч-ного типу установок можуть досягати величин 1200-2000 ккал/кг вологи. Енерго-ефективна модернізація конвеєрної сушильної установки повинна стосуватися крім традиційних статей теплового балансу установки і таких статей, як ефективне (ін-тенсивне) приготування агента сушіння з оптимізацією його газодинаміки в камері сушіння.

ВПЛИВ БЛАНШУВАННЯ ЯБЛУК НА ТЕПЛОТУ ВИПАРОВУВАННЯ ВОДИ

ТА КІНЕТИКУ ПРОЦЕСУ СУШІННЯ Гусарова Олена Віталіївна (доповідач), Дмитренко Н.В., Шапар Р.О. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-47-31, e-mail: [email protected]

Мета роботи – визначити вплив бланшування яблук парою та у розчині ли-монної кислоти на питому теплоту випаровування води та кінетику процесу сушін-ня.

Результати. Дослідження питомої теплоти випаровування води з яблук здійснювали на диференціальному мікрокалориметрі випаровування „ДМКИ-1” при температурах нагріву 40, 50 та 60°С.

В якості об’єктів дослідження використали необроблені, бланшовані парою та у розчині лимонної кислоти зразки яблук сорту Ренет Симиренко.

На підставі даних про зміну маси зразка m та диференціального теплового по-току q визначали поточні значення питомої теплоти випаровування води r в процесі сушіння зразків, починаючи з часу встановлення термодинамічної рівноваги всере-дині робочої камери. Для більшої наочності значення питомої теплоти випаровуван-ня води r були приведені до табличних rтаб, отриманих в умовах випаровування чис-тої води з вільної поверхні та представлені у вигляді залежностей безрозмірного па-раметру r/rтаб від абсолютної вологості зразків.

Аналіз отриманого графічного матеріалу показав, що криві питомої теплоти випаровування води необроблених яблук мають різний кут нахилу та розходяться між собою, що вказує на ферментативну активність в рослинних тканинах. На відміну від кривих питомої теплоти випаровування води з бланшованих у лимонній кислоті яблук, які йдуть паралельно одна одній, криві бланшованих парою зразків, незалежно від температури нагріву, практично співпали між собою, їх тангенс кута нахилу прямує до нуля. Зразки зберегли свій природний колір. Це свідчить про при-пинення процесів ферментативного та неферментативного потемніння в оброблених парою тканинах яблука.

Результати досліджень, проведених на експериментальному сушильному стенді для вивчення процесів тепломасообміну при зневодненні капілярно-пористих матеріалів, показали, що тривалість зневоднення бланшованих парою яблук, порівняно із необробленими, скорочується до 20%.

Таке прискорення процесу сушіння можна пояснити підвищенням проник-ності клітинних мембран під дією пари, завдяки чому інтенсифікується масопере-нос.

86


Висновки. Дослідження показали, що бланшування яблук парою не тільки скорочує тривалість процесу сушіння, а й забезпечує високі органолептичні показ-ники сировини.

МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛООБМІНУ В ПЛІВЦІ РІДИНИ,

ЯКА СТІКАЄ ПО ВЕРТИКАЛЬНІЙ ПОВЕРХНІ Дядюшко Євген Валентинович1 (доповідач), Лебедь Н.Л.2

1Інститут технічої теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(097) 064-69-28, e-mail: [email protected] 2Національний технічний університет України «КПІ ім. Ігоря Сікорського», Київ, Україна, тел. +38(063) 633-40-13, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Метою даної роботи було створення за допомогою програмного забезпечення ANSYS Fluent комп’ютерної моделі плівки рідини, яка стікає по вер-тикальній поверхні, при її контакті з газовим середовищем, а також її порівняння з даними, отриманими з експериментального дослідження.

Результати. На основі наявних експериментальних даних було створено спрощену двомірну комп’ютерну модель стікаючої плівки рідини (води) при контак-ті з газовим середовищем (повітрям). Отримані результати було порівняно з експе-риментальними даними (рис.1).

Рис. 1. Розподіл температури плівки по довжині її течії: а - результати моделювання, б – експериментальні дані

На графіку можна побачити, що динаміка залежності простежується, а відмін-ності з експериментальними даними не перевищують 5%.

Висновки. Після аналізу отриманих результатів був зроблений висновок, що розбіжності, які мають дані, отримані у результаті моделювання, у порівнянні з екс-периментальними, пояснюються відсутністю початкової теплової ділянки та проце-су випаровування з поверхні плівки в комп’ютерній моделі. Також були проведені дослідження з урахуванням цих процесів.

87



На основі моделей, що були розглянуті в роботі, можна будувати більш склад-ні моделі, які можна використовувати, наприклад, для моделювання плівкових апа-ратів в різних галузях промисловості.

ПЕРСПЕКТИВНІСТЬ ТА НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ АПАРАТІВ ПРИНЦИПИ

РОБОТИ ЯКИХ ҐРУНТУЄТЬСЯ НА МЕХАНІЗМАХ ДІВЕ Долінський А.А., Коник Аліна Василівна (доповідач), Гартвиг А.П., Іваницький Г.К., Целень Б.Я. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-13-06, e-mail: [email protected]

В межах наукового напрямку дискретно-імпульсного введення енергії розроб-лено широкий спектр енергоефективного обладнання, яке використовується в різноманітних галузях промисловості. Таке обладнання реалізує складні тепло-фізичні та гідродинамічні ефекти, зумовленні двофазною течією робочих рідин. До них відносяться процеси вибухового закипання, кавітації. Такі процеси чинять вплив на дисперсні частинки робочого середовища, ініціюють проходження склад-них хімічних реакцій.

В Інституті розроблено багато видів обладнання для обробки дисперсних сис-тем, що довели свою ефективність в промисловому використанні. Найбільше роз-повсюдження отримали апарати, що реалізують один з основних механізмів нап-рямку - явище кавітації, що супроводжується такими ефектами, як, напруженням зсуву, прискоренням руху неперервної фази, колективні ефекти в ансамблі буль-башок, збурювання міжфазної поверхні в газорідинних бульбашкових середовищах та ін. Експериментальні дослідження довели ефективність застосування дискретно-імпульсного введення енергії при екстракції біологічно активних речовин за раху-нок долання опору внутрішнього массопереносу цільового компоненту через стінку клітини, що не дозволяють зробити традиційні методи екстракції. Кавітаційні мето-ди використовуються для бактеріальної санації робочого середовища, зокрема, зне-зараження стічних вод, в харчовій промисловості в процесах пастеризації і стери-лізації. Для нейтралізації кислих середовищ використовується ефект утворення віль-них радикалів під час захлопування кавітаційних бульбашок, та складній їхній вза-ємодії з мінеральними та органічними компонентами середовища. Також багато кавітаційного обладнання розроблено для процесів емульгування та диспергування.

Процеси оброблення конкретних середовищ потребує чіткого розуміння їх та розрахунку його параметрів Метою кожної кострукторської роботи є створення ефективного, з точки зору, процесу обладнання та мінімізація енергетичних і сиро-винних витрат з урахуванням екологічних аспектів, заснованих на моделюванні цих процесів.

В результаті проведення комплексних теоретичних і практичних робіт створе-но низку сучасного енергоефективного обладнання, в принцип дії якого покладено явище кавітації. Безсумнівними превагами даного типу обладнання – оце його енер-гоощадність, економічність, можливість швидкого впровадження в промисловість.

88



ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ СУШІННЯ ОДИНИЧНИХ КРАПЕЛЬ СУСПЕНЗІЇ З ГРИБА ШИЇТАКЕ

Костянець Леся Олександрівна (доповідач), Турчина Т.Я. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-44, e-mail:tbds_ittf@ukrnet

Порошкова форма лікувального гриба шиїтаке має низку переваг у технологіч-них процесах дозування, змішування, фасування, транспортування, а особливо в зберіганні. Враховуючи лікувальний потенціал його онкостатичного та імунорегу-люючого полісахаридного комплексу, саме порошкова форма більш зручна у вико-ристанні його як оздоровчої харчової добавки.

Мета роботи полягала у визначення раціональних теплотехнологічних режи-мів розпилювального сушіння грибної суспензії на основі досліджень кінетики су-шіння крапель суспензії у потоці нагрітого теплоносія.

Дослідження процесу сушіння одиничних крапель грибної суспензії, отрима-ної після ДІВЕ-обробки гриба шиїтаке з додаванням води, проводились на системі «крапля-парогазове середовище» на експериментальному стенді в потоці нагрітого до температури 140, 160, 180 та 200оС теплоносія при його швидкості 0,5 м/с. Розмір крапель, що висушувались, становив ~1,5мм. За допомогою цифрового мікроскопу проводився відеозапис процесу зневоднення крапель і дослідження фізичного стану висушених часток з використанням спеціального тонкого металевого щупа, що да-вало уявлення про властивості матеріалу у рідкому і висушеному стані.

Дослідження показали, що краплі грибної суспензії висушуються до сухого стану, але висушена частка у потоці теплоносія рихла, легко деформується і розри-вається при торканні щупом. Після охолодження за межами потоку нагрітого тепло-носія такі частки твердішають, але стають крихкими, що в умовах сушильної камери призведе до руйнування часток в результаті тертя і утворення значної кількості дрі-бнодисперсної фракції порошку, яка може бути втрачена з відпрацьованим теплоно-сієм. Крім того, встановлено, що під дією високої температури (200оС) частки набу-вають темнішого кольору, що свідчить про руйнування цінних біологічно активних складових гриба. Для покращення умов сушіння, підвищення термостійкості матері-алу і зміцнення структури висушених часток було доцільним використати декстрин-вмісну структуруючу добавку, для чого у суспензію вводили β-циклодекстрин у різ-ній кількості. Дослідження показали незначне збільшення загального часу сушіння крапель, проте висушені частки у потоці теплоносія проявляли більшу термостій-кість і пружність, а в охолодженому стані - твердість і міцність.

За результатами проведених досліджень були встановлені раціональні параме-три вихідної грибної суспензії, що подається в сушарку, і теплотехнологічні режим-ні параметри процесів підготовки та розпилювального сушіння.

89


МЕХАНІЧНЕ ЧАСТКОВЕ ЗНЕВОДНЕННЯ МУЛОВИХ ВІДКЛАДЕНЬ Коханенко Марина Сергіївна (доповідач), Стецюк В.Г., Михалевич В.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел.: +38(044) 424-32-85, 424-96-33, e-mail: [email protected], [email protected]

Мета роботи. Механічне відокремлення рідини за допомогою преса в мулах тривалого зберігання.

Результати. Істотне зменшення об’єму осадів стічних вод здійснюють або в природних умовах (на мулових площадках, мулових ставках), або в штучних умовах (на фільтр-пресах, центрифугах та ін). Після зневоднення початкові осади зменшу-ються в об’ємі в 7–15 разів, тобто мають вологість 55–80%.

Проте в реаліях нашого часу, мулові відкладення накопичуються на очисних спорудах. Більшість мулових майданчиків і ставків щодо заповнення підходять до межі своїх проектних потужностей, і вимагають нових площ для розміщення осадів, що пов'язано з фінансовими стягненнями за розміщення відходів і деградацією но-вих територій, зайнятих під мулові майданчики і ставки. В наших дослідженнях ми хочемо показати чи вигідно економічно вводити технологію механічного відокрем-лення рідини для мулів тривалого зберігання.

Досліди проводили на пресі для механічного віджиму рідини з органічних ма-теріалів. На установці передбачені важелі, на яких є грузи. Переміщуючи їх, можна регулювати тиск виходу (руху) твердої фракції.

Для досліджень був використаний продукт з очисних споруд м.Фастова з зага-льною вологістю 65,5%. Продукт пливкий, час зберігання його на полях аерації біль-ше 30 років. На його основі були виготовлені робочі суміші мул-солома.

Робочі суміші відрізняються між собою, де кількість внесеної соломи зміню-вала вміст абсолютно сухих на 5, 10 та 20% початкового розчину. Суміші на протязі доби витримували для усереднення.

Висновки. Дослідження показали, що для мулових розчинів та їх робочих су-мішей, в складі яких використовували мули, які значний час знаходились на збері-ганні і мали пливку структуру, механічне зневоднення відбувається в незначному процентному перерозподілі вологи.

ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ПЕЛЬТЬЄ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ

ТЕПЛОВТРАТ З ЗОВНІШНІХ ОГОРОДЖУВАЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ Гончарук Світлана Михайлівна (доповідач), Басок Б.І., Дубовський С.В., Базєєв Є.Т., Приємченко В.П. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна

Для розробки заходів з підвищення енергоефективності будівель необхідна точна та надійна інформація про: основні теплотехнічні характеристики огороджу-вальних конструкцій (ОК); дані про їх волого-температурний стан; рівні тепловтрат; об′єми інфільтрації зовнішнього повітря тощо. Традиційно для цього використову-валися термопари, термометри опору та перетворювачі теплових потоків. Для під-вищення надійності вимірювань при проектуванні систем довготривалого теплового моніторингу велике значення має стабільність показників, висока чутливість та точ-

90



ність (відтворюваність) вимірювань. Цим характеристик і вимогам відповідають сенсори, що створені на основі напівпровідників. Вони дозволяють з високою точ-ністю вимірювати величини в тому діапазоні вимірювання, що притаманний тепло-переносу через ОК, особливо для тих нагальних завдань створення високоефектив-них будівель та пасивних будівель, які мають високий опір теплопередачі і, відпо-відно, низький та наднизький рівень тепловтрат.

В даній роботі здійснена перевірка роботи датчиків теплових вимірювань на основі напівпровідникових сенсорів в реальних умовах експлуатації об’єктів дослід-жень. Проведено аналіз існуючих напівпровідникових сенсорів для вимірювання теплового потоку по критерію їх чутливості, діапазону вимірювань, похибки вимі-рювань, доступності і вартості. За основними технічними характеристиками визна-чено основний тип сенсорів, що можуть бути використані для вимірювання теплово-го потоку. Також було проведено співставлення попарних сигналів для зовнішньої та внутрішньої поверхні стінової конструкції з використанням різних типів датчиків: термопарно-батарейного типу та термоелектричних модулів. Встановлено, що зна-чення сигналів від сенсорів Пельт′є дещо нижчі, ніж для термопарних датчиків, що можна відкоригувати при калібруванні сенсорів Пельт′є. Кожна пара сигналів має еквідестантний характер відмінностей.

Отримані результати можуть бути використання для виготовлення експери-ментального зразка блоку теплових вимірювань з застосуванням напівпровіднико-вих сенсорів.

К ПРОБЛЕМЕ СОЗДАНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ

СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК Малецкая Кира Дмитриевна (доповідач), Авдеева Л.Ю. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, тел. +38(044) 453-28-44, e-mail: [email protected]

Одним из приоритетных направлений развития Украины является развитие аграрного сектора и тесно связанных с ним перерабатывающих предприятий пище-вой, микробиологической, фармацевтической и определённой части химических от-раслей промышленности. Однако, на многих перерабатывающих заводах существу-ющее технологическое оборудование является физически устаревшим и не отвеча-ющим современным требованиям по энергоэффективности и экологической без-опасности.

В ИТТФ НАН Украины разработана конструкторская документация на нес-колько модификаций распылительных сушильных установок рабочая камера кото-рых имеет диаметр цилиндрической части 5 м (как большинство сушилок в молоч-ной отрасли), но по сравнению с существующими отличается некоторыми конструк-тивными решениями ряда важнейших узлов, таких как система подвода теплоноси-теля (нагретого воздуха) и газораспределения, система охлаждения потолка камеры, система выгрузки порошка, система охлаждения в нижней конусной части камеры, система пневмоохлаждения и другие.

В ИТТФ также имеются конструкторские разработки по распылительным су-шилкам малой производительности (менее 100 кг испаренной влаги в час) следую-

91


щих типоразмеров - диаметр камер составляет 3,2; 2,5; 1,5 метров, которые предназ-начены для получения порошковой формы различных продуктов с высокой биоло-гической активностью, ферментных, бактериальных и фитопрепаратов лечебного и профилактического действия.

Комплекс научно-исследовательских работ, проведенных в ИТТФ в направле-нии повышения теплотехнологических показателей позволяет предложить новые технологии получения порошковой формы продуктов широкого назначения. Разра-ботанные технологии базируются на значительных фундаментальных исследовани-ях процесса предварительной подготовки исходных продуктов на аппаратах ДИВЭ, которые позволяют решить ряд задач по стабилизации реологических характеристик высушиваемых жидких продуктов и обеспечить необходимые структурно-механические свойства полученного порошкового продукта. На новые технологии разработана и утверждена нормативно техническая документация для производства в Украине. Ряд новых теплотехнологий апробирован в промышленных условиях.

Большой задел разноплановых разработок позволяет в кратчайшие сроки ре-шить проблемы по созданию отечественных сушильных установок и комплексной переработке сырьевых ресурсов.

92

Секція 4. Моніторінг і автоматизація в промисловості

Секція 4. Моніторинг і автоматизація в промисловості

МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ МОНІТОРИНГУ ТА ОПТИМІЗАЦІЇ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ПРОЦЕСІВ

Бабак Віталій Павлович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, e-mail: [email protected]

У доповіді узагальнено розвиток теоретичних засад, методологічного апарату та вдосконалення еталонної бази забезпечення єдності вимірювань поверхневої гус-тини теплового потоку в широкому діапазоні, що відповідатиме сучасним вимогам щодо теплових вимірювань в різних галузях наукових і прикладних досліджень. Сформовано узагальнену методологію забезпечення єдності вимірювань поверхне-вої густини теплового потоку та розроблено концептуальну модель реалізації етало-ну поверхневої густини теплового потоку за модульним принципом, особливостями якої є використання різних способів формування і передавання теплової енергії та єдиного модулю реєстрації та опрацювання вимірювальної інформації. Це дозволи-ло на порядок розширити нижню та верхню межі робочого діапазону вимірювань, що відповідає світовому рівню метрологічного забезпечення вимірювань поверхне-вої густини теплового потоку. Розроблено апаратно-програмні засоби, які реалізу-ють концепцію модульної побудови еталону поверхневої густини теплового потоку, що дозволило розширити динамічний діапазон значень від 1 Вт/м2 до 200 000 Вт/м2.

Розроблено фундаментальні основи комплексного моніторингу всього тепло-енергетичного циклу – від генерування до споживання. Узагальнені базові принципи моніторингу теплоенергетичного устаткування, систематизовані основні види та завдання систем моніторингу в теплоенергетиці, обґрунтована перспективність ви-користання шумової діагностики в системах моніторингу об’єктів теплоенергетики. На етапі генерування теплової енергії важливим завданням є визначення якості па-лива, для чого запропонований метод мультиреферентної квазідиференціальної ка-лориметрії, який забезпечує корекцію похибок, викликаних зовнішніми збуреннями і дає змогу зменшити масо-габаритні характеристики бомбових калориметрів. З ме-тою забезпечення ощадливого використання теплової енергії запропоновано та впроваджено автоматизовану інтелектуальну систему керування теплоспоживанням з використанням сонячних колекторів і акумуляторів тепла та оптимізацією за міні-максним критерієм, що зменшує втрати теплоти на 25-35%. Для моніторингу тепло-вого стану конструкцій та їх теплофізичних властивостей в процесі експлуатації будівель розроблено систему визначення теплового опору огороджувальних кон-струкцій.

Висновки. Розроблені методи і засоби моніторингу теплових процесів та нор-мативні документи з вимірювання теплових величин пройшли широку апробацію на підприємствах та організаціях різноманітних галузей господарювання, що сприяє встановленню загальних вимог щодо єдності та достовірності вимірювань в Україні та країнах ЄС.

93



ІНФОРМАЦІЙНИЙ РЕСУРС ФАЗОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИКЛІЧНИХ СИГНАЛІВ

Куц Юрій Васильович (доповідач), Щербак Л.М. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-64, e-mail: [email protected]

Мета работи. Узагальнення способів використання фазових характеристик, що визначаються для широкого класу циклічних процесів, з метою більш повного врахування їх інформаційного ресурсу в різних предметних областях.

Результати. Фазова характеристика є інформативно ємним джерелом отри-мання даних про перебіг циклічних процесів різної фізичної природи. Вона також може бути використана для дослідження нециклічних величин, до прикладу відстані D, за умови застосування до неї фазовимірювального перетворення виду φ= (mod 2π)KD , де φ – фазовий зсув сигналів, K – розмірний коефіцієнт.

Методологія отримання і аналізу фазових характеристик сигналів (ФХС) за даними процесу ґрунтується на поєднанні можливостей дискретного перетворення Гільберта сигналів, яке дає змогу власне отримати ФХС та методів їх статистичного опрацювання. Вихідними даними для такого аналізу є реалізація циклічного процесу у вигляді функції ( )u t , аргументом якої найчастіше є час t>>T, де T – середній пері-од процесу. Первинному опрацюванню піддається отримана з ( )u t дискретна послі-довність [ ],u j j N∈ . До цієї послідовності застосовують дискретне перетворення Гільберта і отримують дискретну ФХС [ ]jΦ та різницю дискретних фазових харак-теристик [ ] [ ] [ ]0φ , 1,j j j j J= Φ −Φ = , де [ ]0 jΦ – дискретна фазова характеристика опорного сигналу.

Інформаційний ресурс дискретної ФХС використовують в різних предметних облас-тях для оцінювання кругового середнього кута, дисперсії і медіани, довжини результуючого вектора, характеристичної функції та інших числових характеристик.

В доповіді розглянуто приклади застосування дискретної ФХС для оцінюван-ня поточних і усереднених на колі значень [ ]φ j , частоти і періоду гармонічних сиг-налів у суміші з гауссовим шумом за лінійним трендом послідовності [ ]jΦ , відно-шення сигнал/шум за вибірковою характеристичною функцією послідовності [ ]φ j , кругової дисперсії та ін.

Висновки. 1. Використання ФХС у сукупності зі статистичними методами її опрацювання дає змогу отримати нові розв’язки традиційних задач виявлення сиг-налів та вимірювання фізичних величин в умовах дії шуму для широкого кола фі-зичних процесів.

2. Практична ефективність і широке застосування ФХС обумовлено викорис-танням міри 2 яка може бути відтворена засобами обчислювальної техніки з як зав-годно високою точністю.

94



СТАЦІОНАРНІ ТА МОБІЛЬНІ ПРИЛАДИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ЕМІСІЇ

Воробйов Леонід Йосипович (доповідач), Декуша О.Л., Кобзар С.Г., Декуша Л.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-42, е-mail: [email protected]

Вступ. Проблематика вимірювань коефіцієнту емісії актуальна для багатьох сфер національної економіки. Так, актуальним є підвищення теплозахисних харак-теристик віконних конструкцій, а шляхом до цього є оптимізація радіаційного теп-лообміну поверхні скління з навколишнім середовищем. Для контролю якості енер-гоефективного скла, вікон, світлопрозорих конструкцій при виробництві та сертифі-кації необхідні прилади, які дозволяють визначати коефіцієнт емісії. Іншою сферою застосування приладів для визначення коефіцієнту емісії є галузь аерокосмічної тех-ніки. Як правило, для космічної техніки є актуальною можливість високої тепловід-дачі з поверхні апарату для відведення теплоти, що виділяється при роботі вбудова-ного обладнання, тобто покриття повинне мати високе (близьке до 1,0) значення ко-ефіцієнту емісії і як можна низьке значення коефіцієнта поглинання сонячного вип-ромінювання. Для вирішення таких завдань в останні десятиліття створюються нові матеріали і покриття, що володіють заданими селективними характеристиками, а та-кож засоби визначення їх терморадіаційних характеристик.

Метою роботи є порівняльний аналіз характеристик стаціонарних та мобіль-них приладів для визначення напівсферичного коефіцієнту емісії поверхні матеріалу або покриття, перевірка можливості визначення коефіцієнту емісії без вакуумування камери з досліджуваними зразками у стаціонарному приладі та вибір структури мо-більного приладу для експрес-контролю.

Результати. Проведено комп’ютерне моделювання процесів складного радіа-ційного і конвективно-кондуктивного теплообміну в стаціонарній лабораторній установці та експериментальну верифікацію результатів, за результатами чого вста-новлені границі робочої зони із рівномірним розподілом густини теплового потоку. Апробовано методику вимірювань та за допомогою стаціонарної лабораторної уста-новки експериментально досліджено терморадіаційні характеристики матеріалів для енергоефективних вікон та покриттів конструкцій космічних апаратів. Проведено порівняльний аналіз методів визначення коефіцієнту емісії та показана перспектив-ність застосування відносного радіаційного методу, запропоновано структуру пере-носного приладу для експрес-контролю коефіцієнту емісії.

Висновки. Показана можливість визначення коефіцієнту емісії без вакууму-вання камери з досліджуваними зразками та запропонована структура мобільного приладу, в якому проводиться порівняння характеристик досліджуваного зразка з характеристиками двох еталонних зразків.

95


ОЦЕНКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СООТВЕТСТВИЕ ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГЛАМЕНТУ СРЕДСТВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Зайцева Елена Александровна (докладчик), Чередниченко С.В., Вишняков П.А., Исхакова О.Б Государственное предприятие «УКРМЕТРТЕСТСТАНДАРТ», Киев, Украина, тел. +38(044) 526-53-89, e-mail: [email protected]

Цель. Целью данной статьи является рассмотрение программы испытаний па-ры преобразователей температуры, входящей в состав теплосчётчиков.

Результаты работи. Теплосчётчики относятся к сфере законодательно регу-лируемой метрологии, так как их результаты измерений используются при расчётах между потребителями и поставщиками теплоты на отопление и горячее водоснаб-жение. Как законодательно регулируемые средства измерительной техники тепло-счётчики разрешается применять при условии их соответствия Техническому регла-менту средств измерительной техники, утверждённому Постановлением Кабинета министров Украины от 24 февраля 2016 г. № 163. Для подтверждения соответствия Техническому регламенту пара преобразователей температуры как составная часть теплосчётчика подвергается ряду испытаний: определение основной погрешности, минимальной глубины погружения, времени термической реакции и влияния мон-тажа в гильзах.

Особенностью преобразователей температуры в составе теплосчётчика явля-ется то, что для них нормируется не погрешность каждого преобразователя, а пог-решность пары преобразователей при измерении разности температуры в подающем и обратном трубопроводах. Для сокращения объёма экспериментальных исследова-ний применяется экспериментально-расчётный метод определения погрешности. Преобразователи температуры испытываются при трёх температурных режимах. Полученные результаты измерения сопротивления используются в системе трёх уравнений для расчёта трёх констант уравнения температура/сопротивление, после этого строится характеристическая кривая для преобразователей температуры. Для получения значения погрешности при любой температуре от характеристической кривой каждого преобразователя температуры отнимается «идеальная» кривая, построенная со стандартными константами.

Выводы. Оценка соответствия средств измерения температуры, входящих в состав теплосчётчика, требованиям Технического регламента способствует защите интересов потребителей в получении достоверных результатов измерений, решению проблемы экономии энергетических ресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве, повышению конкурентоспособности средств измерений отечественного произ-водства.

96



РЕЛЕВАНТНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ СЕНСОРІВ Більчук Євген Юрійович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-94-82, e-mail: [email protected]

Удосконалення неруйнівного контролю і технічної діагностики потребує роз-робки нових сенсорів, як джерела первинної інформації щодо визначення стану тех-ніки. Для теплометрії розроблено різноманітну апаратуру, але підвищення її тер-мостійкості потребує подальшого розвитку.

Метою роботи є розробка релевантних матеріалів для високотемпературних сенсорів.

Огляд сучасних матеріалів для високотемпературних сенсорів (понад 900К) встановив, що традиційно використовуються вартісні і дефіцитні матеріали на ос-нові платини, танталу, телуру, гадолінію тощо. Зазначені матеріали не відповідають можливостям ресурсної бази і промислового виробництва України. Для подальшого розвитку апаратури для теплометрії необхідна розробка нових матеріалів з урахуванням зазначених техніко-економічних умов.

В ході дослідження запропоновано релевантні матеріали для високотемпера-турних сенсорів на основі аморфно-кристалічної системи Zr-Al-B (до 1470К). Зазна-чені матеріали мають теплову і хімічну стійкість, поєднують хороші механічні та електричні властивості за рахунок утворення дисперсних інтерметалідів цирконію, стримування границі повзучості матеріалу, наявності міцної захисної оксидної плівки тощо. Функціональні властивості запропонованих аморфно-кристалічних ма-теріалів залежать від пропорції об'ємних часток аморфної і кристалічної фаз, робить можливим більш повно враховувати умови експлуатації сенсорів. Матеріал має па-тент України. Сенсори з використанням матеріалу аморфно-кристалічної системи Zr-Al-B мають підвищену надійність функціонування, збільшений інтервал робочих температур, кращі екологічні властивості, а також можуть застосовуватися в умовах хімічно агресивного середовища, фізико-механічних навантажень, термоциклічних напруг тощо.

Висновки. Зазначено, що існує потреба в розробці економічних матеріалів на основі ресурсної бази України для сенсорів які застосовуються в умовах високих температур. Запропоновано релевантний матеріали на основі Zr-Al-B, в якості за-хисних елементів вітчизняних сенсорів типу «РегМік» замість керамічної оболонки. Це покращило функціональні властивості сенсорів в умовах високих температур и агресивних середовищ.

97



МОНІТОРИНГ ТА АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ В ПРИЛАДАХ LED ОСВІТЛЕННЯ

Назаренко О.О., Назаренко Андрій Олексійович (доповідач), Зубенко В.І. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-48-77, e-mail: [email protected]

Енергофективність сучасних світлодіодів потужністю понад 1 Вт досягає 30-40%, при цьому, решта 60-70% витрачаються в тепло. Для стабільної та тривалої ро-боти їм необхідний постійний відвід теплової енергії від кристала, тобто радіаторна система. Постійний перегрів світловипромінювальних кристалів в рази знижує тер-мін служби напівпровідникового приладу, сприяє плавній втраті яскравості зі змі-щенням робочої довжини хвилі, знижує енергоефективність та приводить до повної деградації кристалу.

Метою є розробка системи моніторингу теплових процесів в освітлювальних led приладах для дотримання оптимальних температурних режимів роботи світиль-ника та визначення впливу тепла на технічні характеристики світильника.

Проаналізовано існуючі енергоефективні прилади led освітлення та принципи їх керування, які наразі використовуються в Україні. Розроблено новий спосіб дис-танційного керування світильниками з можливістю моніторингу технічних характе-ристик світильника без використання дротових з’єднань між ними та дистанцією понад 50 м один від одного. Створено функціональну схему та алгоритм роботи, а також реалізовано безпровідну автоматизовану систему керування та моніторингу мережами освітлення. Система дозволяє в режимі он-лайн отримувати, передавати та накопичувати інформацію по технічним параметрам світильника, таким, як кіль-кість світла, яке випромінює світильник, температуру світлодіодного кристала, тем-пературу блока живлення, вхідну напругу на блок живлення, вихідну напругу з бло-ка живлення, ступінь освітленості зовнішнього середовища. Також система дозволяє регулювати напругу та струм на виході блоку живлення, що дозволяє регулювати як кількість світла так і температуру на блоці живлення та світловому кристалі світи-льника.

Застосування системи дозволяє проводити моніторинг технічних параметрів та керування теплових процесів в приладах led освітлення, що забезпечує підтримку енергоефективності світильників. Підвищення ефективності відводу теплової енергії від кристала потребує більш детального вивчення.

98



ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ОПЕРАТИВНОГО ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ КОРПУСУ ІТТФ НАН УКРАЇНИ

Басок Борис Іванович1 (доповідач), Лисенко О.М.1, Приємченко В.П.1, Андрейчук Ю.А.2, Коваленко М.П.1, Олійник Л.В.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-47, e-mail: [email protected] 2Інститут енергозбереження та енергоменеджменту Національного технічного університету України «КПІ імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна

Мета – оперативний (та дистанційний моніторинг) в реальному часі поточно-го електричного та теплового енергоспоживання адміністративного корпусу ІТТФ НАН України, що розташований за адресою вул. Булаховського 2А. Кінцева мета – оцінка поточних (миттєвих) обсягів споживання енергії та оперативне відслідкуван-ня можливих аварійних та непроектних експлуатаційних ситуацій мереж енергоза-безпечення будівлі.

Результати роботи. В опалюваному сезоні (жовтень-квітень) 2018-2019 рр. постійно в автоматичному режимі з віддаленим доступом (по мережі Інтернет) здійснювався поточний моніторинг енергоспоживання окремого адміністративного корпусу ІТТФ НАН України, а саме оцінювався стан енергомереж та поточні обсяги споживання електро- та теплоенергії. Зокрема, оцінювався ефект споживання електроенергії, наприклад, в період 19-31 січня 2019 р., коли з метою зменшення об-сягів оплати комунальних послуг, відбулася спроба адміністративного відключення корпусу від електропостачання. Стан витрат теплової енергії оцінювався двома теп-лолічильниками зі скважністю вимірювань раз в 1 годину та автоматичним ар-хівуванням отриманих результатів, а стан електроспоживання з аналогічною часто-тою вимірювань потужності кожної із трьох фах, обсягів електроспоживання кожної фази, перекосу по фазам та кута зміщення.

При примусовому відключенні від централізованого постачання електрое-нергії також досліджувалась можливість функціонування та автономного електро-споживання експериментального будинку пасивного типу (що розташований на те-риторії ІТТФ НАН України), як повномасштабного стенду-будівлі типу «нуль-енергії).

Характерні результати досліджень електроспоживання наведені на рис. 1. По-точні обсяги електроспоживання (верхній графік рис. 1а) максимальні в середині робочого дня і сягають в грудні 2018 р. значення до 300 кВт·годин. В вихідні (вночі) дні вони майже постійні на рівні близько 10 кВт·годин. На початку січня макси-мальне електроспоживання спало до рівня 30…35 кВт·годин, тобто зменшилось майже в 10 раз. Це підтверджує нижній графік на рис. 1б), де споживана максималь-на потужність по одній із фаз після 29 грудня 2017 р. спала в денний час з 8 кВт до 1,5 кВт, в нічний час – до 0,3 кВт (нічне освітлення коридорів корпусу), а перед відключенням корпусу від енергоживлення – до 100 Вт, а це яскравий приклад впливу на працівників інституту наказу про відключення електроенергії і адміністративного спонукання до реального енергозбереження. З рис. 1 також вип-ливає, що при електроспоживанні корпусу наявний перекіс фаз, що неприпустимо при нормальній експлуатації.

99



а)

б)

Рис. 1. Поточне електроспоживання (а) та споживана потужність (б) 1 корпусу ІТТФ НАН України (листопад 2018 р. – січень 2019 р.).

В першій половині січня обсяги добового електроспоживання 1 корпусу ІТТФ НАН України становили до 25...35 кВт·годин, що рівноправно оплаті в розмірі близько 100 грн. і цілком припустимо при економному електроспоживанні корпусу.

Рис. 2. Дані моніторингу теплоспоживання ІТТФ НАН України (Булаховського, 2А) в період

електровідключення.

100


На рис. 2 представлено фрагмент (січень 2019 р.) тепловитрат на експлуатацію двох корпусів інституту, з якого видно, що 12-13 січня відбулося відключення електроживлення вузла обліку (теплолічильника) теплоспоживання. Це неприпу-стимо при нормальній експлуатації і може призвести до значних штрафних санкцій з боку теплопостачальника - «Київтеплоенерго». Середнє теплоспоживання ІТТФ НАН України за вказаний період становило 1,3 Гкалˑгодину або 31 Гкал за добу і рівносильне добовій оплаті в обсязі майже 50 тис. грн., що на 2 порядки більше, ніж добова оплата за електроенергію. З цього факту випливає висновок, що в січні-місяці більш прискіпливу увагу слід було приділяти заходам з енергоефективності з точки зору першочергової економії теплоспоживання.

Висновок. 1. За наявних в відділі ТОЕТ технічних можливостей можна оперативно від-

слідковувати систему як теплоспоживання (за рахунок 3-х теплолічильників), так і електроспоживання.

2. Зазначимо, що в досліджуваному періоді 1 корпус ІТТФ НАН України до-статньо мало електроспоживав. Можна було б і не відключати корпус від електро-живлення, власне так і реально сталося.

3. Відключати 1 корпус від електропостачання краще було б з 28 грудня 2018р. по 14 січня 2019 р., бо в вказаному періоді обсяги реального електроспожи-вання були незначними. Це зумовлено незначною присутністю працівників інститу-ту перед та після новорічних свят в період аж до 13 січня 2019 р.

4. На період з 28 грудня 2018 р. по 14 січня 2019 р. теплозабезпечення всієї площадки ІТТФ по вул. Булаховського можна було звести до технічного мінімуму, до 0,5…1 Гкал за добу, а то і менше. Виграш за рахунок енергозбереження сягав би до 150…200 тис. грн., що є суттєвим показником.

5. Принагідно відзначимо, що оперативний моніторинг електроспоживання корпусу дозволяє оцінити прибуття, наявність і відбуття співробітників із корпусу (вихід з роботи).

6. Наявний деякий перекіс по фазах електроспоживання, що бажано випра-вити.

7. Експериментальний будинок пасивного типу витримує відключення від централізованих мереж енергопостачання і може функціонувати за рахунок авто-номного електропостачання з ВДЕ з відповідною системою електроакумулювання.

АПАРАТУРНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ЕНЕРГОМОНІТОРИНГУ

БУДІВЕЛЬ ТА СИСТЕМ ЇХ ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ Басок Борис Іванович (доповідач), Гончарук С.М., Ткаченко М.В., Приємченко В.П., Андрійчук С.В., Коваленко М.П., Олійник Л.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-47, e-mail: [email protected]

Мета – формування комплекту переносних вимірювальних теплофізичних приладів (обладнання) та комп’ютерного програмного пакету для проведення енер-гоаудиту, енергетичного обстеження чи енергомоніторингу будівель і споруд та ін-женерних систем їх енергозабезпечення. Кінцева мета – розробка енергетичного

101



сертифікату або енергетичного паспорту будівлі та розробка комплексу предпроект-них пропозицій для оптимальної термомодернізації фасаду будівлі та її інженерних систем або для реалізації ефективного енерговикористання в промислових процесах.

Результати роботи. Підібрано, придбано, розроблено та апробовано на прак-тиці комплект апаратури для проведення енергомоніторингу будівель та систем їх енергозабезпечення, що включає: тепловізор Testo 875-2; пірометр Testo 845; циф-ровий термогігрометр Testo 174H c USB (2 шт.) цифровий термогігрометр Testo 174H c USB (2 шт.); цифровий записуючий термоанімомер Testo 405-V1 (2 шт.); термоанімометр Теstо 405i (2 шт.); термогігрометр Теstо 605i; переносні оригінальні блоки теплових вимірювань БТВ стінових, віконних конструкцій та систем енерго-забезпечення будівлі (2 шт.); блок «Manhattan» для оцінки інфільтрації повітря; люксметр MASTECH MS6612T (2 шт.); шумомір UNI-T UT352; струменеві кліщі UNI-T UT232; прилад для моніторингу та аналізу кількості та якості електроенергії Wibeee; портативна метеостанція TFA NEXUS з підключенням до ПК; оригінальна портативна мініметеостанція.

Для обробки отриманих експериментальних даних є ліцензований комп’ю-терний пакет ENSI з відповідним програмним забезпеченням.

Наявний штат співробітників відділу ТОЕТ, котрі пройшли різні курси підви-щення кваліфікації з енергоаудиту і отримали відповідні сертифікати на проведення енергетичних обстежень будівель та/або інженерних систем енергозабезпечення з акредитацією при Держенергоефективності України.

Висновок. Перелік об’єктів, для яких виконано енергетичні обстеження: бу-динок в с. Тимошівка Іваньківської сільської ради Маньківського району Черкаської області; дошкільний навчальний заклад "Сонечко" с. Пляківка Ревівської сільської ради Кам'янського району Черкаської області; навчально-виховний комплекс «За-гальноосвітня школа І-ІІІ ступенів №3 - колегіум» м.Сміла Черкаської області; Інс-титут технічної теплофізики НАН України (1 корпус) по вул. Булаховського, 2, м.Київ; опорний навчальний заклад «Білозірська загальноосвітня школа І-ІІІ сту-пенів» Білозірської сільської ради Черкаського району Черкаської області; загально-освітній навчальний заклад № 288 м. Києва; житловий будинок по вул. Котовського, 38, м. Київ; адміністративна будівля, пров. Бобринського, 2, м. Сміла Черкаської об-ласті; житловий будинок, вул. П.Мирного, 15, с. Плоске Смілянського району Чер-каської області; багатоквартирний житловий будинок, вул. Незалежності, 80, м.Сміла Черкаської області; житловий будинок с. Витачів Обухівського району Київської області.

На бажання замовника розроблено енергетичні сертифікати будівель та запро-поновано комплекс предпроектних заходів з проведення ефективної термомо-дернізації.

102


CFD МОДЕЛЮВАННЯ ВТОРИННОГО ПІДЙОМУ ПИЛУ В ЗОНІ НБК Круковський П.Г., Олійник Владислав Сергійович (доповідач), Скляренко Д.І. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-92-81, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Метою роботи є проведення попереднього аналізу і прогно-зування вторинного підйому радіоактивних аерозолів (РА) в Новому Безпечному Конфайнменті (НБК) в період експлуатації при типових роботах в Об’єкті Укриття (ОУ), при демонтажу конструкції із подальшим виходом РА за межі НБК, за допо-могою розробленої тривимірної комп'ютерної CFD (Сomputational Fluid Dynamic) моделі в основі якої модель ресуспензії.

Результати. Виникнення ресуспензії можна інтерпретувати як результат кон-куруючих ефектів динаміки потоку на частинку і адгезії між частинкою і поверх-нею. Коли повітряний потік дме над частинкою, є три можливих режими відриву: прямий зліт, ковзання і прокатка [1]. Розроблено ряд моделей ресуспензії, які здатні в більшій чи меншій мірі враховувати механізми підйому частинки: рух прокатки частинок і їх відділення від поверхні під впливом різних розмірів і геометрії части-нок, матеріалу частинок, шорсткості поверхні і турбулентності біля стінок, а також капілярних сил, які залежать від вологості повітря.

В роботі [1] описано модель ресуспензії часток, яка підходить для моделюван-ня малих та твердих аерозолей (до 20мкм), що може допомогти оцінити умови робо-ти для обслуговуючого персоналу. В роботі [2] наведено модель ресуспензії для ве-ликих (більше 20мкм) і м’яких часток, які здатні переносити радіацію на великі відстані.

Для детального моделювання поширення аерозолей в зоні ЧАЕС побудована CFD модель (Ansys Fluent). В її основі модель ресуспензії, яка здатна врахувати всі фактори, які мають вплив на підйом часток в кліматичних умовах зони ЧАЕС і мікроклімату НБК: сезонна зміна погодних умов, вологість повітря, робота персона-лу, робота вентиляційного обладнання та ін. Модель допоможе спрогнозувати по-ширення аерозолей під час демонтажу конструкції і забезпечити умови, які б змен-шили викид аерозолей за межі НБК.

Перелік посилань 1. B.V. Derjaguin, V.M. Muller, and Y.P. Toporov, “Effect of Contact Deformations on the Adhesion of

Particles”, J. Colloid Interface Sci. 53, 314 (1975). 2. K.L. Johnson, K. Kendall, and A. D. Roberts, “Surface Energy and the Contact of Elastic Solids”,

Proc. Royal Soc. A 324, 301 (1971).

103



ЗАСТОСУВАННЯ ВІДРІЗКІВ РЯДІВ ПО ОРТОГОНАЛЬНИХ ПОЛІНОМАХ ДЛЯ СТАТИСТИЧНОГО ОЦІНЮВАННЯ ЩІЛЬНОСТІ ІМОВІРНОСТІ

Берегун Віктор Сергійович1 (доповідач), Красильніков О.І.2 1Національний технічний університет України «КПІ імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна, тел. +38(044) 204-90-72, e-mail: [email protected] 2Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, e-mail: [email protected]

Мета роботи. При вирішенні задач шумової діагностики елементів об’єктів теплоенергетики необхідно знати щільності імовірності як самих діагностичних сиг-налів так і оцінок їх параметрів. Оскільки точні вирази щільностей імовірності є заз-вичай невідомими, то для їх знаходження використовуються, зокрема, подання у виг-ляді відрізка ряду по класичних ортогональних поліномах. Метою даної роботи є дослідження імовірнісних характеристик оцінки щільності імовірності у вигляді від-різка ряду по ортогональних поліномах Ерміта, Лагерра та Якобі (Лежандра та Че-бишова першого і другого роду).

Результати. Оцінка щільності імовірності будується на основі вибірки випад-кових величин, що є миттєвими значеннями шумових діагностичних сигналів. Пока-зано, що в загальному випадку оцінка щільності імовірності у вигляді відрізка ряду має зміщення, яке є систематичною помилкою і не залежить від об’єму вибірки. Ви-користання відрізків рядів по ортогональних поліномах до шостого порядку, а також узагальнених сум Фейєра та Валле–Пуссена на їх основі, дозволяє отримати інтег-ральні помилки апроксимації класичних теоретичних щільностей імовірності, що не перевищують величини 0,1.

Отримано формули для дисперсії та кореляційної функції оцінки щільності імо-вірності, які показали, що оцінка є слушною, та дозволили знаходити відносну помил-ку оцінювання і контурні оцінки щільності імовірності виходячи з асимптотично нор-мального закону розподілу коефіцієнтів розкладу, що визначаються моментами діаг-ностичного сигналу.

При статистичному оцінюванні щільності імовірності шляхом комп’ютерного моделювання встановлено, що інтегральні середньоквадратичні помилки оцінюван-ня щільностей імовірності можуть суттєво відрізнятись від теоретичних значень, однак при об’ємі вибірки 106 вони не перевищують величини 0,003. Також підтверд-жено, що можливі реалізації оцінок щільності імовірності лежать в межах, що виз-начаються трьома середніми квадратичними відхиленнями оцінки.

Висновки. Використання відрізків рядів по класичних ортогональних поліно-мах дозволяє здійснювати апроксимацію щільностей імовірності, які відрізняються від нуля на нескінченній та півнескінченних осях дійсних чисел, а також на інтерва-лі дійсних чисел з помилками, що є прийнятними для вирішення задач діагносту-вання.

104


АНАЛИЗ КУМУЛЯНТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ АДДИТИВНОЙ СМЕСИ ШУМОВЫХ СИГНАЛОВ

Красильников Александр Иванович Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, тел. +38(044) 453-28-57, е-mail: [email protected]

Цель работы. Источником информации в пассивных системах диагностиро-вания теплоэнергетического оборудования являются шумовые сигналы, распределе-ние которых в общем случае отличается от гауссовского. Целью работы является исследование кумулянтных коэффициентов суммы полезного шумового сигнала и шумовой помехи.

Результаты. Пусть шумовой сигнал ( )0 tξ и шумовая помеха ( )1 tξ – незави-симые стационарные случайные процессы. Тогда кумулянтные коэффициенты по-рядка s их суммы равны

( )( )

/2,0 ,1

/21

ss s

s sM

MM

γ + γγ =

+, 3s ≥ ,

где 2,0 2,1M = κ κ – отношение дисперсий сигнала ( )0 tξ и помехи ( )1 tξ , ,0sγ , ,1sγ – их кумулянтные коэффициенты.

Если сигнал и помеха – гауссовские, то все ,0 ,1 0s sγ = γ = и распределение суммы является гауссовским, у которого все ( ) 0s Mγ = . Если у сигнала ,0 0sγ = , то кумулянтные коэффициенты суммы ( ) ,1s sMγ < γ , если ,1 0sγ > , и ( ) ,1s sMγ > γ , если

,1 0sγ < . Аналогично, если у помехи ,1 0sγ = , то коэффициенты ( ) ,0s sMγ < γ при

,0 0sγ > , и ( ) ,0s sMγ > γ при ,0 0sγ < . При 0M → коэффициенты ( ) ,1s sMγ → γ , а при M →∞ коэффициенты

( ) ,0s sMγ → γ . Если коэффициенты ,0sγ , ,1sγ имеют одинаковые знаки, то при

( ) ( )2/ 2, ,1 ,0

sm s s sM M

−= = γ γ коэффициент ( )s Mγ имеет минимум. Если коэффици-

енты ,0sγ , ,1sγ имеют разные знаки, то коэффициенты ( )s Mγ могут быть положи-тельными, отрицательными и равными нулю. В частности, ( ) 0s Mγ = , если

( )2/0, ,1 ,0

ss s sM M= = − γ γ .

Выводы. Использование при разработке систем шумовой диагностики куму-лянтных коэффициентов высших порядков и учет их свойств позволит повысить чувствительность и достоверность диагностирования теплоэнергетического обору-дования.

105



ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАКЕТА СИСТЕМЫ ШУМОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ОБЪЕКТОВ

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ Берегун В.С.1, Полобюк Татьяна Анатольевна2 (докладчик) 1Национальный технический университет Украины «КПИ имени Игоря Сикорского», Киев, Украина, e-mail: [email protected] 2Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, тел. +38(044) 453-28-57, e-mail: [email protected]

Цель работы. Система шумовой диагностики объектов теплоэнергетики явля-ется информационно-измерительной системой и характеризуется качеством и точ-ностью измерений. В связи с этим для разработанного макета системы необходимо получить характеристики аппаратной части.

Результаты. Построение систем шумовой диагностики по модульному прин-ципу позволяет применять стандартизированные и унифицированные элементы, что повышает надежность систем, снижает сроки и стоимость их проектирования. Базо-выми элементами разработанной системы являются электроакустические преобра-зователи, согласующий усилитель (усилитель заряда), фильтр, АЦП, блок обработ-ки, реализованный на базе ПК. В блоке обработки на основе статистических мето-дов и алгоритмов цифровой обработки сигналов совершается преобразование мас-сива входных данных в массив диагностических параметров, связанных с состояни-ем объекта диагностики. Поскольку предлагаемая диагностическая система состоит из элементов различных производителей, то требуется получение характеристик элементов системы при их совместной работе.

Установлено, что коэффициент усиления усилителя заряда равен 24 дБ. Полу-чена амплитудно-частотная характеристика электрического тракта. Исследованы собственные шумы системы. При равномерном 14-ти разрядном квантовании в диа-пазоне входных напряжений ±1,25 В среднее квадратическое отклонение погреш-ности квантования равно 22,1 мкВ. Динамический диапазон для входных напряже-ний в пределах ±1,25 В составил: гармонический сигнал – 65 дБ, гауссовский сигнал – 53 дБ. Спектральная плотность шума измерительного тракта практически посто-янна в диапазоне частот до 10 кГц и равна 24 дБ/Гц. Проверка цифрового канала по-казала, что при установочной частоте дискретизации 200 кГц смещение основной частоты не превысило 0,1%. Паразитное межканальное прохождение не превышает погрешности преобразования АЦП.

Выводы. Разработанный макет системы шумовой диагностики объектов теплоэнергетики пригоден для многоканального исследования флуктуационных и ритмических сигналов, возникающих при работе теплоэнергетического оборудова-ния в диапазоне до 10 кГц. В дальнейшем необходима проверка работо-способности на реальных объектах.

106


ДИСТАНЦІЙНЕ ДІАГНОСТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ТЕПЛОМЕРЕЖ НА БАЗІ КВАДРОКОПТЕРІВ

Запорожець Артур Олександрович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, e-mail: [email protected]

Мета роботи – вдосконалення системи моніторингу теплового стану просто-рово розгалужених тепломереж із застосуванням комплексу апаратно-програмних засобів формування тепловізійних зображень на базі безпілотних літальних апаратів (БПЛА, квадрокоптерів).

Результати. Актуальність проблеми діагностування технічного стану небез-печних виробничих об’єктів з кожним роком стає все більш очевидною. Це особли-во стосується магістральних трубопроводів теплових мереж, руйнування яких, на-віть часткове, може призвести до катастрофи або значних матеріальних збитків. Для діагностування та моніторингу технічного стану теплових мереж запропоновано ви-користовувати БПЛА мультироторного типу. Для проведення експериментів з теп-ловізійного обстеження трубопроводів теплових мереж на БПЛА встановлено ком-пактну тепловізійну камеру виробництва Seek Thermal (USA), яка має ширококут-ний об'єктив із загальним розміром 2,5x4,4x2,5 см, з розрізнювальною здатністю 320х240. Діагностування протяжних об'єктів пропонується здійснювати шляхом об-льоту об'єкта та зависанням над його окремими ділянками. Це дозволяє отримати якісні фото та тепловізійні зображення ділянки тепломережі як об’єкта контролю для подальшого аналізу. За результатами експериментальних досліджень прово-диться оцінювання технічного стану трубопрооводів теплових мереж (за їх тепловт-ратами), при цьому можлива ідентифікація наступних станів: нормовані тепловтра-ти, підвищені тепловтрати, великі тепловтрати, аварійний стан. При штатному ре-жимі функціонування досліджуваних об’єктів дистанційне діагностування є най-більш економним у порівнянні з іншими засобами контролю. Це дає змогу викорис-товувати такий вимірювальний інструментарій для створення необхідних баз даних моніторингу характеристик теплового стану тепломереж для прогнозу їх динаміки.

Висновки. Запропоновано метод дистанційного діагностування теплового стану просторово розгалужених тепломереж із застосуванням тепловізійної аерофо-тозйомки для визначення температури об’єктів, що дозволяє якісно оцінити техніч-ний стан магістральних трубопроводів та запобігти утворенню аварійних ситуацій.

МЕТРОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ МОНІТОРИНГУ ДОВКІЛЛЯ

ОБ’ЄКТІВ ЕНЕРГЕТИКИ Ковтун Світлана Іванівна Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, e-mail: [email protected]

На сьогодні у світовій практиці експлуатації АЕС і ТЕС широко застосову-ються системи вимірювань, контролю, діагностики чи в цілому моніторингу ряду параметрів та характеристик довкілля станцій. Це потребує оснащення систем моніторингу сучасними технічними засобами в залежності від розроблених вимог до

107




просторово-часового розподілу засобів контролю та джерел забруднення довкілля, кількості, контрольованих параметрів, точності і дискретності спостережень, що ускладнює метрологічне забезпечення таких систем.

Метою роботи є удосконалення підходу до метрологічного забезпечення моніторингу довкілля об’єктів енергетики.

Результати. В роботі проведено аналіз систем моніторингу довкілля об’єктів енергетики, в тому числі інноваційних, побудованих на базі безпілотних літальних апаратів, з метою виявлення шляхів забезпечення достовірності результатів вимірювання. Тенденціями в класичній метрології, яка, в основному, була орієнто-вана на статичні вимірювання, були підвищення чутливості вимірювань (за рахунок вдосконалення метрологічної елементної бази та розробки нових фізико-технічних принципів вимірювань) і підвищення точності вимірювань. Основними завданнями, що постають перед сучасною метрологією, є необхідність розробки методів вимірювання та контролю великого числа різнорідних параметрів і передавання ре-зультатів на єдиний аналізатор (процесор), а також підвищення ступеня автоматиза-ції окремих вимірювань. Для розвитку цього напрямку засоби вимірювання повинні не тільки вимірювати величини, але перетворювати їх, проводити необхідні обчис-лення, відображати отримані результати в необхідному вигляді, передавати їх за призначенням або зберігати.

В ході дослідження встановлено, що для задач моніторингу довкілля важко або взагалі неможливо створити еталони вимірюваних величин. Враховуючи це для реалізації простежуваності результатів вимірювання запропонована поелементна простежуваність до основних одиниць фізичних величин SІ, що одержуються пря-мими вимірюваннями та за результатами яких розраховуються значення інформа-тивних параметрів. Поелементна простежуваність в практичній реалізації встанов-люється відповідно до простежуваності величин, що входять до рівняння опосеред-кованих вимірювань.

Висновки. Застосування запропонованого підходу до метрологічного забезпе-чення моніторингу довкілля об’єктів енергетики дозволить підвищити достовірність отримуваної інформації.

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНУ ВОЛОГИ

В НЕОДНОРІДНИХ МАТЕРІАЛАХ Іванов Сергій Олександрович1 (доповідач), Грищенко Т.Г.1, Бурова З.А.2 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(098) 400-44-02; е-mail: [email protected] 2Національний університет біоресурсів і природокористування України, Київ, Україна

Вступ. Співвідношення вільної та зв’язаної вологи є одним з важливих факто-рів, який необхідно враховувати при виборі параметрів зберігання готової продукції та оптимізації витрати палива на сушіння сировини. Ця проблема особливо актуаль-на для харчової промисловості, де досліджуваною сировиною є неоднорідні за структурою термолабільні матеріали, властивості яких змінюються під впливом ча-су, підвищеної температури, ферментативного та мікробіологічного впливу, тощо. Внаслідок великої кількості факторів впливу, аналітичний розрахунок співвідно-

108



шення вільної та зв’язаної вологи в такому матеріалі може призвести до значних по-хибок, тому найбільш доцільним є експериментальне дослідження.

Одним із найбільш поширених методів експериментального дослідження ста-ну вологи в матеріалах є метод ДСК, проте сучасні прилади ДСК не пристосовані для дослідження репрезентативних зразків неоднорідних матеріалів.

Метою роботи є розроблення рекомендацій до проектування спеціалізованого пристрою для дослідження стану вологи в неоднорідних матеріалах та обґрунтуван-ня основних положень для його створення.

Результати дослідження. Проведено аналіз методів та засобів експеримента-льного визначення стану вологи в матеріалах на основі якого сформульовано реко-мендації до проектування спеціалізованого калориметра для дослідження неоднорід-ної сировини. Представлено узагальнені концепції нового калориметра, та їх харак-терні особливості, а також принцип дії та опрацювання даних. Проаналізовано пере-ваги та недоліки конструкції, а також поставлені завдання для подальшої роботи.

Висновок. Створення спеціалізованого пристрою дозволить проводити аналіз стану рідини в неоднорідних матеріалах, а перспектива використання калориметра як складової частини системи визначення теплоти випаровування та теплоємності надаватиме можливість отримувати повну інформацію для розрахунку режимів ра-ціонального сушіння та зберігання досліджуваного матеріалу на основі експеримен-тальних даних, що матиме широке застосування у харчовій, хімічній промисловості, фармацевтиці, енергетиці, будівельній галузі, тощо.

АНАЛІЗ СТРУКТУРИ АКУСТИЧНОГО ПОЛЯ МАЛОАПЕРТУРНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ПРИ КОНТРОЛІ ОБ’ЄКТІВ

ТЕПЛОТЕХНІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ Богачев І.В., Гамота Роман Миколайович (доповідач) Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-94-82, e-mail: [email protected]

Вступ. Ультразвукові методи неруйнівного контролю знаходять сьогодні ши-роке використання для дефектоскопії різного роду матеріалів як в процесі їх виго-товлення, так і під час експлуатації. Одною з найважливіших характеристик, що впливає на інформаційні можливості і достовірність контролю, є акустичне поле ви-користовуваних перетворювачів. Характерною особливістю акустичного поля мало-апертурного магнітострикційного перетворювача є те, що такі перетворювачі одна-ково добре збуджують різні типи хвиль в об’єкті контролю. Дослідити це допомагає визначення швидкості поширення хвилі від перетворювача до приймача, оскільки різні типи хвиль рухаються з різною швидкістю.

Мета роботи. Проаналізувати структуру акустичного поля малоапертурного магнітострикційного перетворювача (МСП) при контролі об’єктів теплотехнічного обладнання. Визначити розподіл енергії, що випромінюється, між різними типами ультразвукових хвиль.

Отримані результати. Визначено типи хвиль, що поширюються при контролі металевих об’єктів теплотехнічного обладнання. Для кожного типу хвиль підібрано відповідні параметри МСП, з якими перетворювачі працюватимуть ефективніше.

109


Визначені діаграми напрямленості для поверхневих і поздовжніх хвиль. Аналіз по-казує, що акустичне поле носить круглосиметричний характер, з віссю симетрії, яка співпадає з віссю симетрії хвилевода перетворювача.

Висновки. Проаналізувавши структуру акустичного поля малоапертурного ультразвукового перетворювача при контролі об’єктів теплотехнічного обладнання, були виявлені закономірності поширення хвиль і формування акустичних полів. Це дозволяє використовувати дослідження як базу, для розробки ефективних методів і засобів для ультразвукового контролю за допомогою МСП.

ТЕПЛОТЕХНІЧНИЙ АНАЛІЗ ПРОДУКТІВ ТЕРМОХІМІЧНОЇ КОНВЕРСІЇ

ЗНОШЕНИХ ШИН Скляренко Євген Валентинович (доповідач), Воробйов Л.Й., Кіржнер Д.А., Плашихін С.В. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(068) 510-99-02, е-mail: [email protected]

Вступ. Проблема утилізації зношених шин у світі набуває великого економіч-ного і екологічного значення для всіх розвинутих країн. Це пов’язано з тим, що зношені шини є джерелом довготривалого забруднення довкілля токсичними ком-понентами і антисанітарії в місцях їх складування та захоронення.

Сьогодні найбільш поширеним методом утилізації шин є їх спалювання для отримання енергії, але це потребує відповідних технологій і установок спалювання з складною і вартісною системою очистки викидних газів від шкідливих компонентів. Значною проблемою промислового спалювання є і логістика процесу, тобто збір шин, транспортування і складування, що стимулює до розробки мобільних устано-вок спроможних проводити переробку шин в місцях їх накопичення.

Одним із перспективних способів утилізації шин, є технологія повного рецик-лінгу вуглецю шляхом попередньої термохімічної конверсії, змістом якої є фізико-хімічні перетворення органічної частини вихідної сировини в газоподібні, рідкі та тверді вуглецевовмісні енергетичні продукти. Їх теплоцінність оцінюється за тепло-технічними характеристиками, визначеними шляхом калориметричного та технічно-го аналізу.

Метою роботи є визначення теплотехнічних характеристик зразків продуктів піролізу зношених шин та оцінка можливості їх використання в енергетичних цілях.

Результати дослідження. Визначено вологість, зольність і теплоту згоряння вихідної сировини у вигляді гумового кришива зношених шин і продуктів пролізу шин – рідкого палива та твердого вуглецю. Використовуючи дані експерименталь-них вимірювань визначено вищу і нижчу теплоту згоряння аналітичної проби, пали-ва у сухому стані та у робочому стані поставки, з врахуванням поправок на утворен-ня сірчаної та азотної кислоти. Значення нижчої теплоти згоряння в стані поставки для гумового кришива шин, рідкого і твердого продукту піролізу, відповідно, склали 30,36; 40,79; 24,37 МДж/кг.

Висновок. Визначені теплотехнічні характеристики зразків продуктів піролізу зношених шин вказують на можливість їх використання в якості альтернативного палива в існуючих енергетичних установках.

110


КАЛОРИМЕТРИЧНИЙ МЕТОД КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ ПАЛИВА СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ПОХОДЖЕННЯ

Сергієнко Роман Володимирович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-93-81, e-mail: [email protected]

Отримання енергії з біомаси сільськогосподарського походження є галуззю, що в багатьох країнах світу розвивається досить динамічно. Поширеним є викорис-тання відходів основної діяльності сільського господарства, зокрема соломи та лушпиння соняха. Так, більшість соломи зернових культур є побічним продуктом і ніяк не використовується. Проте спалювання таких видів палива у вигляді брикетів чи пелет створює ряд проблем, основною з яких є необхідність контролю якості па-лива, адже їх теплота згоряння (ТЗ) залежить не лише від виду злаку, але і місця йо-го вирощування та способу збирання врожаю. Крім того, якість брикетів та пелет в значній мірі залежить від вологості вихідної суміші.

В ІТТФ розроблено і створено калориметричну систему для вимірювання теп-лотворної здатності палива. В процесі реалізації такої системи запропоновано та обґрунтовано нові методи і технічні рішення вимірювання теплоти згоряння палива з покращеними експлуатаційними та метрологічними характеристиками, а також створено алгоритми та програмне забезпечення для контролю та вимірювання ка-лорійності палива, що дозволяє автоматизувати процес вимірювання.

Калориметричний аналіз, який включає визначення вищої та нижчої теплоти згоряння, зольності і вологості, проведено для пелет і брикетів з відходів сільсько-госпсировини, зібраної на полях України. Узагальнені результати вимірювань та ро-зрахунків властивостей продуктів переробки відходів сільськогосподарської про-дукції наведено в таблиці.

солома злаків лушпиння соняха брикет пелети брикет пелети

густина, кг/м3 981 920 886 1034 вологість, % 7,0 11,0 8,3 11,1 зольність, % 2,68 3,93 2,21 1,87

вища ТЗ, МДж/кг 17,60 16,21 18,58 18,62 нижча ТЗ, МДж/кг 16,15 14,72 17,20 17,18 Для брикетів є характерним тривале горіння, вища на 5…10% ТЗ, ніж пелет з

тієї ж сировини, але процес їх виробництва є трудомістким і енергоємним. Загалом аналіз результатів калориметричних досліджень підтвердив, що за основними по-казниками якості брикети і пелети українського виробництва відповідають європей-ським стандартам.

111


МОДЕЛЮВАННЯ ТУРБУЛІЗОВАНИХ ТЕЧІЙ ТИПОВИХ ДЛЯ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНОГО ОБЛАДНАННЯ

Супрун Тетяна Тарасівна (доповідач) Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-56, e-mail: [email protected]

Відомо, що потоки теплоносія в проточній частині теплоенергетичного облад-нання суттєво турбулізовані. Моделювання турбулізованих течій зазвичай прово-диться при дотриманні в натурних і лабораторних умовах рівності ступенів тур-булентності Tu. Інші важливі характеристики таких потоків, зокрема масштабні, не враховуються. Ця обставина є однією з причин суперечливості експериментальних даних, які наводяться в літературі, щодо впливу турбулентності на інтенсифікацію процесів переносу, оскільки при однакових ступенях турбулентності переносні влас-тивості таких течій можуть виявитись суттєво різними. Для оцінки переносних властивостей турбулізованих течій в ІТТФ НАН України використовують турбу-лентну в’язкість, визначення якої можливо в рамках двохпараметричної моделі тур-булент-ності з урахуванням кінетичної енергії турбулентності та її характерного масштабу L.

Мета – моделювання турбулізованих потоків з регульованими ступенем і масштабом турбулентності.

Результати роботи. Зміна ступеня турбулентності в лабораторних установках досягається застосуванням різних генераторів турбулентності (решітки, дротяні сітки, перфоровані шайби, тощо). Для організації турбулізованих потоків в роботі застосовувались дві біпланарні решітки виготовлені зі стрижнів круглої форми M×d=12×3 та M×d=6×1,5 мм. Були визначені закони затухання турбулентності за цими решітками. Як показали результати експериментів на різних відстанях x від цих решіток можна отримати зразки турбулізованих потоків з регульованим сту-пенем і масштабом турбулентності, тобто цілий ряд комбінацій Tu=const, L=var і навпаки. Наприклад, при Tu=6% на різних відстанях x від цих решіток масштаби L змінюються в 1,8 рази, а при L=const Tu змінюється від 10,9 до 2,13%, тобто в 5 разів.

В подальшому атестовані генератори турбулентності були встановлені в ро-бочій частині спеціального експериментального стенду ЗМБК «Прогрес» для дос-лідження профільних втрат в пакетах ламінарізованих профілів. Закони затухання турбулентності в робочій частині експериментального стенду повністю відповіда-ють отриманим на установці ІТТФ НАН України.

Висновок. Розроблені рекомендації щодо організації турбулізованих потоків з регульованими ступенем турбулентності та її масштабом дозволяють попередньо відбирати генератори турбулентності без проведення спеціальних експерименталь-них досліджень.

112


Секція 5. Комунальна і промислова теплоенергетика


АНАЛІЗ СИТУАЦІЇ В КОМУНАЛЬНІЙ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЦІ УКРАЇНИ Сігал Олександр Ісакович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-62, e-mail: [email protected]

Україна є енергетично дефіцитною країною. Загальний показник паливної ім-портозалежності країни більш, ніж 50%. Це становить ризик для енергетичної без-пеки і потребує активного залучення альтернативних джерел енергії до систем енер-го- та теплопостачання населення.

В даний час система централізованого опалення населення складає 52%. Зрос-тання централізації теплопостачання в країнах Європи з холодним кліматом підт-верджує необхідний для України вектор розвитку.

Однак, орієнтована на повну децентралізацію політика Мінрегіону призвела до втрати контролю і управління галуззю. Місцева влада всупереч інтересам держа-ви широко запроваджує децентралізацію теплопостачання.

Децентралізоване теплопостачання позбавляє можливості контролю за вики-дами локальних джерел у довкілля і жорстко прив'язує споживачів до споживання природного газу або електроенергії як енергоносіїв. Децентралізація теплопостачан-ня не дає можливість використовувати поновлювальні та альтернативні палива, зок-рема ТПВ, для теплопостачання населення. Слід зазначити, що «індивідуальним» теплопостачання є тільки умовно, бо перекладка газових та електричних мереж, що ідуть до будинків, потребує значних фінансових вкладень.

Сучасний стан енергетичної системи не дозволяє нарощувати генерацію енер-гії. Більш, ніж 80% вугільних енергоблоків відпрацювало більше, ніж 200-250 тис. годин і повинні бути закриті на реконструкцію. Розподільчі електромережі відпра-цювали 2 – 3 терміни нормативного терміну експлуатації. На 2014 р. з 15 атомних енергоблоків у 8 закінчився проектний строк експлуатації, ще у 2 він закінчується у 2019 році. Частка альтернативних джерел, таких, як: біомаса, сонячні, вітряні елект-ростанції разом з контейнерними блок-станціями в 2018 р. становила 2,6%.

Коефіцієнт старіння енергетичного обладнання і електричних мереж не дає підстав для перспектив суттєвого збільшення індивідуального теплопостачання з використанням електроопалення.

Збільшення власного видобутку природного газу за рік зросло на 1%. Імпорт 30% природного газу не дає підстав для суттєвого збільшення індивідуального теп-лопостачання з використанням природного газу.

Якщо почнеться масовий перехід споживачів на системи індивідуального теп-лопостачання з використанням відповідно газу та електроенергії, ні українська газо-ва система, ні електричні потужності та мережі до цього не готові.

113



ОЦІНКА ФАКТОРІВ ВПЛИВУ НА ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ БУДІВЛІ Басок Борис Іванович (доповідач), Лисенко О.М., Приємченко В.П., Веремійчук Ю.А., Денисюк С.П. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-47, e-mail: [email protected]

Мета. Дослідити вплив електроспоживачів на особливості електроспоживання будівлі.

Результати роботи. Дослідження споживання електроенергії проводились на прикладі корпусу №1 ІТТФ НАН України по вул. Булаховського, 2. Для цього вико-ристовувалась система моніторингу електроспоживання Wibee, яка завдяки Інтерне-ту та програмному забезпеченню дозволяє в режимі реального часу виводити поточ-ні дані на екрані смартфону або комп’ютера, а також архівувати їх. Паралельно з системою моніторингу Wibee використовувались струмовимірювальні кліщі, які можуть вимірювати широкий діапазон електротехнічних параметрів (напругу в ме-режі; силу електроструму; різновиди потужності змінного струму: активну, реактив-ну, повну; кут зсуву фаз в мережі) в даний момент часу, а також зберігати їх на комп’ютері за обраним інтервалом вимірювання. Слід відмітити високу чутливість даного пристрою (при ввімкненні навіть лампи 100 Вт уже спостерігались зміни значення сили струму).

До основних електроспоживачів в адміністративній будівлі відносяться: лам-пи, електричні нагрівачі (в холодну пору року), холодильники, електрочайники, мік-рохвильові печі та ін. Моніторинг електроспоживання за допомогою Wibee прово-диться з листопада 2018 року по теперішній час. Як видно з отриманих графіків, найбільше споживання електричної енергії та найбільша потужність спостерігались о 13 годині з понеділка по п’ятницю (в обідню перерву, коли використовувались електрочайники, мікрохвильові печі та ін.), а найменше – в нічні години та у вихідні дні (працювали холодильники), оскільки досліджувана будівля є адміністративною.

Висновок. За результатами проведених досліджень споживання електроенер-гії вдалося якісно і кількісно оцінити вплив електроспоживачів на особливостіелектроспоживання адміністративної будівлі. Це дозволить в подальшому розроби-ти технічні, технологічні та організаційні заходи для ефективного та ощадного енер-госпоживання будівлі.

МОДИФИКАЦИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ЦИКЛА

ОТКРЫТЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК Вассерман Александр Анатольевич (докладчик), Слынько А.Г. Одесский национальный морской университет, Одесса, Украина тел. +38(050) 376-08-78, e-mail: [email protected]

Цель работы – совершенствование термодинамического цикла открытых га-зотурбинных установок (ГТУ) с целью повышения их мощности.

Результаты работы. Показана эффективность предварительного охлаждения воздуха, всасываемого и сжимаемого компрессором ГТУ, для повышения мощности установки. Воздух охлаждается с помощью утилизационной абсорбционной водо-

114



аммиачной холодильной установки, использующей теплоту отработавших газов турбины. Предварительное охлаждение воздуха уменьшает работу его сжатия в компрессоре, поэтому при той же работе расширения газов в турбине увеличивается мощность установки.

Для подтверждения эффективности такого усовершенствования термодинами-ческого цикла отрытых ГТУ выполнены соответствующие расчёты при следующих исходных данных: начальные параметры рабочего тела (воздуха): температура 30°С, давление 0,1013 МПа, степень повышения давления в компрессоре β=7, температура газов перед турбиной 850°С. Анализ результатов расчётов показал, что при сниже-нии температуры воздуха, поступающего в компрессор, от 30 до 0°C удельная рабо-та цикла ГТУ увеличивается на 8,8%. При охлаждении воздуха до минус 30°C рабо-та увеличивается на 17,6%. Термический КПД цикла не изменяется, поскольку оста-ётся постоянной степень повышения давления. В исследованном интервале темпе-ратур охлаждения воздуха его температура после сжатия в компрессоре остаётся достаточно высокой, чтобы обеспечивать горение топлива в камере сгорания.

В случае включения в рассматриваемый цикл регенеративного теплообмена между воздухом, подаваемым в камеру сгорания, и отработавшими в турбине газа-ми, термический КПД цикла существенно увеличивается, так как уменьшается ко-личество теплоты, подводимое к рабочему телу от внешнего источника, при неиз-менной удельной работе цикла. В исследованном интервале температур при степени регенерации 0,8 термический КПД повышается на 33,8% (от 42,6 до 57,0%). Таким образом, при предварительном охлаждении воздуха, как и у обычных ГТУ, необхо-димо использовать регенеративный теплообмен для повышения КПД.

Вывод. Результаты расчётов подтвердили эффективность предлагаемого усо-вершенствования термодинамического цикла открытых ГТУ. Дополнительные зат-раты, связанные с усовершенствованием цикла, окупятся при эксплуатации уста-новки благодаря увеличению её мощности.

ДОСВІД ЕКСПЛУАТАЦІЇ ІНДИВІДУАЛЬНИХ ТЕПЛОВИХ ПУНКТІВ

В БУДІВЛЯХ Лисенко Оксана Миколаївна (доповідач), Басок Б.І., Андрейчук С.В., Хибина М.А. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак. Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-44, e-mail: [email protected]

Мета. Дослідження особливостей теплоспоживання будівель ІТТФ НАН України при застосуванні індивідуальних теплових пунктів протягом тривалої їх експлуатації.

Результати роботи. В кожній адміністративній будівлі ІТТФ НАН України (вул. Булаховського, 2) розташований тепловий пункт елеваторного типу, що приз-водить до неефективного і значного споживання теплової енергії, оскільки в ньому відсутні погодозалежні регулювальні пристрої. Тому було розроблено та паралельно до існуючого теплового пункту впроваджено експериментальний індивідуальний тепловий пункт (ІТП) з гідравлічною стрілкою за залежною гідравлічною схемою приєднання до тепломережі (корпус №1), а також ІТП з електричними котлами за

115



незалежною схемою приєднання (корпус №2), які забезпечують автоматизоване ре-гулювання теплоспоживанням будівлі в залежності від температури довкілля. Екс-периментальні дослідження особливостей теплоспоживання будівель при застосу-ванні ІТП проводяться з 2011 року. При цьому досліджувались різні режими роботи ІТП та задавались різні алгоритми регулювання: за температурою зовнішнього пові-тря, за температурою повітря в контрольній кімнаті, за добово-тижневим графіком регулювання, при якому у періоди відсутності людини задавалась у контролері тем-пература зміщення зовнішнього повітря від 0ºС до +9ºС для зменшення витрат теп-лової енергії. За допомогою вимірювального комплексу проводилось архівування отриманих експериментальних даних (температури та витрати теплоносія в пода-вальному та зворотному трубопроводах, температура зовнішнього повітря та при-міщення) з інтервалом вимірювання – одна година. В результаті аналізу побудова-них графіків основних параметрів встановлено особливості теплоспоживання буді-вель в залежності від заданого алгоритму регулювання.

Висновок. На основі проведених багаторічних експериментальних досліджен-нях експлуатації ІТП у реальному часі в реальних кліматичних умовах вдалося вста-новити наступне: ІТП найбільш ефективно використовувати до температур зов-нішнього повітря не нижчих (-5...-7)оС; середня економія теплової енергії за опалюва-ний період становить (15-20)% у порівнянні з тепловим пунктом елеваторного типу; термін окупності ІТП не перевищує трьох років.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ “ВЛАЖНОГО”

ГОРЕНИЯ И СОПУТСТВУЮЩЕЕ СОКРАЩЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ Сорока Борис Семенович (докладчик), Згурский В.А. Институт газа НАН Украины, ул. Дегтярёвская 39, Киев, 03113, Украина, тел. +38(044) 455-59-98, e-mail: [email protected]

Рассмотрена роль водяного пара – в процессах горения с целью сокращения выбросов оксидов азота и углерода. Атмосферный воздух, выступающий окислите-лем в процессах горения, отличается наличием в нем водяного пара, абсолютное со-держание которого определяется температурой воздуха и его относительной влаж-ностью.

Исследовано влияние влажности атмосферного воздуха на основные тепло-технические энергетические характеристики топлива: теоретическую температуру горения, низшую и высшую теплоты сгорания. Благодаря высоким значениям избы-точной энтальпии пара и организации различных схем тепловой и термохимической утилизации энергии удается повысить КПД использования топлива, в частности, в газовых турбинах и ДВС.

Впервые установлено, что нагрев воздуха до 373 K, обеспечивающий моно-тонное повышение КПД и сокращение расхода топлива в случае сухого воздуха го-рения, вызывает понижение КПД в случае влажного воздуха. Негативное влияние увлажнения воздуха горения тем сильнее, чем выше его температура и относитель-ная влажность – вплоть до насыщения воздуха (достижения точки росы).

Изложены методология CFD моделирования и результаты численного анализа влияния относительной влажности атмосферного воздуха в диапазоне φ=0–100% на

116



концентрации [NO] и [СО] на выходе из топочной камеры. Установлено резкое, более чем на порядок сокращение выбросов NO и одно-

временно около 2-кратное снижение концентрации СО при сжигании метановоз-душной смеси в условиях увлажнения воздуха горения до состояния насыщения при температуре 325 К.

Выполнен комплекс экспериментальных исследований влияния увлажнения атмосферного воздуха при сжигании природного газа в открытом факеле подготов-ленной смеси, а также предложена методология оценки образования оксидов азота в зависимости от влагосодержания горючей смеси. Результаты измерений использо-ваны для верификации расчетных данных. Совпадение относительного изменения выхода NO (NOx) в результате увлажнения воздуха горения, полученное расчетным и опытным путем, подтвердило качественное и количественное соответствие пред-ложенных физико-химических моделей и процедур CFD анализа изучаемым про-цессам.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЗАВИХРЕННЯ ПОТОКУ ПОВІТРЯ В СИСТЕМІ

ПАЛЬНИКІВ КОТЛА НА ТЕРМОГАЗОДИНАМІКУ ВОГНЕВОГО ПРОСТОРУ ТОПКИ КОТЛА ТА ПРОЦЕС УТВОРЕННЯ ОКСИДІВ АЗОТУ В

АКТИВНІЙ ЗОНІ ГОРІННЯ Кобзар Сергій Григорович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-53, e-mail: [email protected]

Мета - дослідження впливу завихрення потоку вторинного повітря в двоярус-ній системі пальників на екологічні характеристики котла.

Результати роботи. Було побудовано комп’ютерну модель газового тракту котла ТПП 312. Проведено окреме дослідження гідродинаміки завихреного потоку в моделі пальника котла ТПП 312 з різною кількістю лопатей для завихрення вторин-ного повітря. В моделі пальника використовувалися аксіальні лопаті з кутом пово-роту потоку 57 градусів. Результати розрахунку полів швидкостей на зрізі пальника були використані для завдання граничних умов при моделюванні вогневого просто-ру топки котла.

Було проведено чисельне моделювання процесу горіння вугілля в комп’ютер-ній моделі котла, визначено вплив ступеня завихрення та його напрямку на термога-зодинаміку вогневого простору топки котла та процес утворення оксидів азоту в ак-тивній зоні горіння. Напрямок завихрення вторинного повітря обирався таким чи-ном, щоб не заважати пальнику на протилежному боці котла. Результати досліджен-ня впливу завихрення потоку вторинного повітря на екологічні характеристики кот-ла надано в таблиці.

Висновок. Результати проведеного дослідження показали що при спалюванні газового вугілля в котлі ТПП 312:

• організація завихрення вторинного повітря дозволяє отримати зниження оксидів азоту до 9%;

• застосування більше 8 лопатей для завихрення вторинного повітря не

117



раціонально, так як не призводить до суттєвого зниження оксидів азоту, але веде до збільшення гідравлічного опору пальника.

Таблиця – Вплив завихрення вторинного повітря на утворення оксиду азоту Кількість лопатей завихрювача вто-ринного повітря

пальника

Число завихрення потоку NO, кг/с S1 S2

0 0,596 0,205 0,2939 8 0,58 0,813 0,2778

24 0,497 1,197 0,273 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ

ТОПОЧНО-ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАЗОВОГО ЖАРОТРУБНО-ДЫМОГАРНОГО КОТЛА

Каныгин Александр Викторович Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, тел. +38(044) 453-28-91, факс. +38(044) 456-92-62, e-mail: [email protected]

Цель работы. Повышение технико-экономических и экологических характе-ристик газовых водогрейных котлов малой и средней мощности.

Результаты. Современное котельное оборудование, разрабатываемое для предприятий коммунальной теплоэнергетики, должно иметь удовлетворительные технико-экономические и высокие экологические показатели, быть дешевым и прос-тым в изготовлении и эксплуатации. Создание такого оборудования это сложная за-дача. Предлагается техническое решение, заключающееся в разработке топочно-горелочного устройства с интегрированной горелочной системой, что также позво-ляет сделать современное котельное оборудование более доступным и ускорить техническое перевооружение предприятий.

Выводы. 1. Жаротрубно-дымогарные котлы при их эксплуатации на предпри-ятиях коммунальной энергетики выявляют существенные недостатки, а именно:

- повреждения поверхностей нагрева вследствие нерационального теплового распределения между топкой и конвективной частью;

- на практике котлы часто выявляют недостаточную технологичность (низкая надежность и ремонтопригодность, неэкономичность при работе на частичных нагрузках и т.д.);

- оснащение котлов блочными вентиляторными горелками вряд ли можно считать целесообразным по причине высокой стоимости таких горелок.

2. Разработка топочно-горелочного устройства для жаротрубно-дымогарных котлов может способствовать улучшению технологичности, повышению технико-экономических и экологических показателей.

118



ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ ПАЛЬНИКІВ НА ОСНОВІ СТРУМЕНЕВО-НИШОВІЙ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЧНИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ВОГНЕТЕХНІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ ПРИ СПАЛЮВАННІ ПРИРОДНОГО ГАЗУ

Горбань Катерина С.1 (доповідач), Абдулін М.З.2 1Національний технічний універстет України «КПІ ім. Ігоря Сікорського», Київ, Україна, тел. +38(097) 359-17-95, e-mail: [email protected] 2Керівник проекту «СНТ», вул. Кирилівська, 102, Київ, 04080, Україна, тел. +38(050) 462-75-52, e-mail: [email protected]

Темпи розвитку промисловості постійно зростають і тому негативний вплив антропогенного сектора на природу стає більш помітним. У зв’язку з такою загро-зою майбутньому людства, прийнята нова система життя - концепція сталого роз-витку [1]. Згідно даної концепції, усі процеси життєдіяльності населення планети розглядаються комплексно, тепер ефективність це не лише економічність, а і еколо-гічність та соціальний ефект.

Інтенсивність прогресу забезпечується енергетикою, тому потужності енерго-генерації та негативний вплив цього процесу постійно зростають. Енергетична га-лузь базується на вогнетехнічному обладнанні (ВО), ефективність якого також є комплексним поняттям, відповідно до концепції сталого розвитку.

На сьогоднішній день значна увага приділяється екологічності процесів при збереженні високих показників економічності та надійності. Комплексне регулю-вання та удосконалення існуючих вогнетехнічних установок відбувається з викорис-танням сучасних технологій, при цьому значний вплив мають пальникові пристрої.

Важливість комплексного підходу заключається у тому, що ВО – складна сис-тема фізико-хімічних процесів, які тісно пов’язані між собою. Ці взаємозв’язки ма-ють складний характер і не завжди очевидні, тому покращення одного параметру часто приводе до зміни інших, що не завжди контролюється. Використання високо-технологічного пальникового пристрою, як, на приклад, ПП СНТ, за рахунок органі-зації топкового процесу та реалізації гідротермохімічного підходу дозволяє зменши-ти гідравлічний опір системи.[2] Це дозволить, по перше, зменшити витрати елект-роенергії та знизити викиди за рахунок спалювання меншої кількості палива для ви-ходу на номінальні параметри, а, по друге, зменшити вихороутворення в повітро-газовому тракті і зменшити шум та вібрацію з а рахунок зниження достатньої по-тужності електродвигуна і в тяго-дуттьових установках.

На прикладі регулювання емісії шкідливих речовин за допомогою організації топкового режиму при знижені оксидів азоту шляхом недопалу, про що свідчить по-ява монооксилу вуглецю, токсичність димових газів зростає, так як окрім СО, суттє-во зростає вихід бенз(а)перену,[3] який перевищує токсичність NOx на кілька поряд-ків. Також у цій ситуації може мати місце зниження ККД, так як недопал пов'язаний зі зниженням температури у ядрі горіння, від так радіаційний теплообмін погіршу-ється, що веде до зниження температури робочого тіла, а отже економічна вигода при зменшенні витрат на штрафи за викиди і погіршення вихідних параметрів у процесі енергогенерації неоднозначна.

За рахунок існування такого зв’язку робочих процесів ВО, у світлі концепції

119



сталого розвитку необхідно використовувати комплексний підхід у роботі з вогне-технічним обладнанням і враховувати весь широкий спектр екологічних аспектів, що дозволяє забеспечити використання новітніх підходів до спалювання палив, та-ких як струменево-нішова технологія.

РОЗГЛЯД МОЖЛИВИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ УСТАНОВКИ

З ПЕРЕРОБКИ СМІТТЯ ПІРОЛІЗОМ Волошина Ірина Вікторівна Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-29-93

Установки зі спалювання сміття піролізом повинні мати функції зміни витрат вихідних матеріалів, регулювання температури та тиску в камері, де проходить реак-ція окислення ТПВ. Зміною цих параметрів треба добиватися того, щоб гази,що від-ходять з такої установки містили якомога менше шкідливих для довкілля компонен-тів. Це перед усім діоксини (NO2, CO2, SO2 та деякі інші), а також ароматичні вугле-води. Також необхідне попереднє сортування сміття, що містить пластики, тому що далеко не всі пластики можна і достатньо переробляти піролізом.

Далі для кожної такої установки з врахуванням особливостей її будови та функціонування потрібно мати діаграми режимів її роботи в залежності від вище зазначених параметрів. В залежності від даних, отриманих з їх допомогою, вибирати оптимальні режими роботи на тому чи іншому виді сміття, що підлягає утилізації. Такі діаграми розраховуються теоретично та перевіряються експериментально перед запуском установки. Цим розрахункам й присвячена дана стаття.

Для таких розрахунків складається перелік основних реакцій, що в основному проходитимуть в камері з урахуванням констант їх швидкостей. Далі розраховують-ся концентрації основних складових в залежності від тиску в камері та їх зміни в процесі піролізу. На основі цих даних і складаються можливі діаграми процесів, що перевіряються експериментально для кожної конкретної установки. Вибір опти-мального режиму піролізу ТПВ, це вже результат майстерності обслуговуючого пер-соналу.

«SMART GRID» ПІДСИСТЕМА НАКОПИЧЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ

Демченко Володимир Георгійович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-68, факс. +38(044) 453-28-89, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Визначення на основі теоретичних і експериментальних дос-ліджень акумуляції теплоносія при генерації традиційними та альтернативними джерелами теплової енергії, розробка технічних рішень по підвищенню ефективнос-ті роботи теплоенергетичного обладнання і зменшення теплових та шкідливих ви-кидів, розробка способу теплопостачання мобільними тепловими акумуляторами та їх інтеграція в існуючі схеми теплозабезпечення.

Результаті. В ІТТФ НАНУ з 2017 року проводяться дослідження та розробка

120


оригінальної дискретної системи опалення та охолодження з використанням мобільних акумуляторів (МТА), які можуть бути інтегровані в існуючи теплові мережі та докорінним чином змінити структуру теплопостачання населених пунктів. Перевагами нового МТА є відсутність на ринку існуючих вітчизняних та зарубіжних аналогів, запропонована проектом уніфікована конструкція дозволяє будувати на цьому принципі підсистеми Smart Grid. Проведені необхідні дослідження та теоретично обґрунтовані підходи дозволяють розробити багаторівневу «розумну» систему теплопостачання із застосування оригінальної дискретної системи опалення із автоматичним управлінням процесами генерації, транспорту, розподілення та споживання теплової енергії. Розроблена ієрархічна структура та багаторівнева система теплопостачання базується на застосуванні концепції Smart Grid, комп'ютерних та інформаційних технологіях, конструкції та технічній документації достатньої для впровадження у виробництво мобільних водогрійних акумуляторів, що призведе до можливості використання теплоти, яку одержано з віддалених від Споживача джерел теплоти, а саме: гелео- та геотермальних джерел, котлів-утилізаторів працюючих на відходах виробництва, побутовому смітті та місцевих видах палива. На основі отриманих експериментальних та розрахункових даних роз-роблена конструкція дослідного зразка МТА з блоком електронного керування, обґрунтовано його подальше будівництво для натурних випробувань та сформульо-вані технічні заходи щодо нового способу транспортування теплової енергії. Прове-дені розрахунки підтверджують можливість широкого використання мобільних теп-лових акумуляторів для експлуатації в умовах постійної експлуатації та в зонах ве-дення бойових дій та надзвичайних ситуацій.

Висновки. 1. Використання підсистеми накопичення теплової енергії та транспортування теплоти мобільними акумуляторами має інноваційну новизну та відкриває нові можливості використання місцевих видів палив.

2. Використання «SMART GRID» підсистеми накопичення теплової енергії має суттєві переваги, а саме збільшення коефіцієнту використання теплоти, знижен-ня шкідливих викидів, подовження терміну експлуатації обладнання та привабливі терміни окупності проекту.

ПІНЧ-АНАЛІЗ, ЯК ІНСТРУМЕНТ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ТЕПЛОВОЇ СИСТЕМИ

Трубачев Андрій Сергійович (доповідач), Демченко В.Г. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-68, e-mail: [email protected]

Мета роботи: Визначення впливу особливостей експлуатації теплоенергетич-них систем на результати пінч-аналізу.

Результати. В умовах розвитку сучасних енергоефективних теплових систем гостро відчувається необхідність розробки нових інструментів системного аналізу та моделювання процесів, здатних забезпечити ефективне використання та перетво-рення енергії. При створенні і проектуванні нових та експертизі чинних теплоенер-гетичних систем доцільним є розробка попередньої математичної моделі, що дозво-ляє розрахувати склад її підсистем і блоків, теплообмін, витрати палива, температу-

121



ру і тиск теплоносія та інше. Математична модель дозволяє визначити особливості та властивості компонентів системи, параметри роботи окремих одиниць обладнан-ня, а за умови емерджентності, загальні показники роботи системи. Сучасний апарат інформаційних технологій, дає змогу вже на начальному етапі проектування визна-чати можливості енергоресурсозбереження системи.

Одним з таких інструментів є метод пінч-аналізу, який дозволяє проводити оцінку і зіставлення холодних та гарячих потоків та зміни температурного напору між теплоносіями. На основі проведення пінч-аналізу з’являється реальна мож-ливість виявлення доступної для рекуперації та утилізації теплоти, суттєво підви-щується ефективність використання енергії та зменшується її вартість.

Таким чином, пінч-аналіз дає змогу вирішити оптимізаційну задачу при про-ектуванні теплоенергетичної системи. Отримані нами результати при проведенні натурних досліджень дозволили виявити та сформулювати особливості проведення пінч-аналізу на різноманітних об’єктах генерації, транспорту та розподілу теплової енергії.

Висновки: 1. Впроваджуючи пінч-аналіз необхідно враховувати особливості роботи

елементів системи, що дозволяє значно скоротити час, заощадити капітальні та по-точні витрати при створенні та експлуатації теплової системи, а також ефективно оптимізувати її роботу.

2. На основі отриманих результатів може бути створена база даних для по-дальшої автоматизації управління теплоенергетичною системою та створені спеціалізовані пакеті прикладних програм.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ МЕТОДИК

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Фиалко Н.М., Степанова Алла Исаевна (доповідач), Навродская Р.А. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, тел. +38(044) 453-28-58, e-mail: [email protected]

Цель работы. Повышение эффективности теплоутилизационных систем энер-гетических установок на основе разработки и применения комплексных методик анализа эффективности и оптимизации.

Результаты. В качестве необходимого общего этапа для разработки указан-ных методик предложены новые критерии оценки эффективности, обладающие вы-сокой чувствительностью к изменению параметров теплоутилизационных систем и служащие целевыми функциями оптимизации. Для простых термодинамических систем разработаны методики, включающие определение функциональных зависи-мостей выбранных критериев эффективности от основных параметров системы с помощью балансовых методов эксергетического анализа и статистических методов планирования эксперимента. Для сложных теплоутилизационных систем разработа-ны комплексные методики, построенные на основных принципах структурно-вариантных методов, методов многоуровневой оптимизации, теории линейных сис-тем, термодинамики необратимых процессов. Основной этап методики, основанной

122



на принципах структурно-вариантных методов, состоит в оптимизации элементов теплоутилизационной системы, изменение потерь эксергетической мощности в ко-торых наиболее существенно влияет на изменение эффективности системы в целом. Разработанная методика, основанная на принципах многоуровневой оптимизации, в качестве основного этапа включает сведение сложной многокритериальной и мно-гопараметрической оптимизационной задачи для теплоутилизационной системы к более простым локальным взаимосогласованным оптимизационным задачам каждо-го уровня. Основной этап методики, основанной на принципах теории линейных систем, состоит в записи балансов массы, энергии и эксергии исследуемой установ-ки в матричной форме. Методики, основанные на сочетании эксергетических мето-дов и методов термодинамики необратимых процессов, включают получение диф-ференциального уравнения эксергии и на его основе получение формул для расчета потерь эксергетической мощности в элементах теплоутилизационной системы вследствие движения теплоносителей и неравновесного теплообмена между ними.

Выводы. Разработаны комплексные методики анализа эффективности и оп-тимизации теплоутилизационных систем. Установлено, что обоснованный выбор методики повышает результативность оптимизации теплоутилизационной системы, что, в свою очередь, увеличивает ее эффективность на 3-4%.

ПОТЕРИ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ В ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕ

ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Фиалко Н.М., Степанова Алла Исаевна (доповідач), Навродская Р.А., Пресич Г.А. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. М.Капнист, 2а, Киев, 03057, Украина, тел. +38(044) 453-28-58, e-mail: [email protected]

Цель работы. Установить область теплофизических характеристик воздухо-нагревателя теплоутилизационной системы, в рамках которой обеспечивается ми-нимальный уровень потерь эксергетической мощности.

Результаты. Эффективность теплоутилизационного оборудования котельных установок в значительной степени зависит от уровня потерь эксергетической мощ-ности в его элементах. Такие потери связаны с гидродинамическим сопротивлением при движении теплоносителей, с необратимыми процессами при теплообмене меж-ду теплоносителями, с процессами теплопроводности. С использованием комплекс-ной методики, построенной на расчете диссипаторов эксергии, исследованы потери эксергетической мощности в воздухонагревателе теплоутилизационной системы ко-тельной установки ВК-21-М2. Рассматривалось семь режимов работы котла при из-менении нагрузки котла от максимальной до минимальной в течение отопительного периода. Установлено, что для исследуемого воздухонагревателя наибольшие поте-ри эксергетической мощности связаны с теплоотдачей от стенки к воздуху и от ды-мовых газов к стенке. С уменьшением теплопроизводительности котла указанные потери существенно уменьшаются, при этом уменьшение потерь, связанных с теп-лопроводностью и движением теплоносителей, незначительно. Целесообразным яв-ляется снижение потерь, связанных именно с теплоотдачей, за счет изменения ко-эффициентов теплоотдачи. Проанализированы закономерности изменения диссипа-

123



торов эксергии при изменении коэффициентов теплоотдачи. Установлена область теплофизических характеристик воздухонагревателя, в рамках которой обеспечива-ется минимальный уровень потерь эксергетической мощности.

Выводы. Потери эксергетической мощности в воздухонагревателе теплоути-лизационной системы разделены по причинам и областям их локализации. Проана-лизировано влияние на них основных теплофизических характеристик воздухона-гревателя и установлена область характеристик, в рамках которой обеспечивается минимальный уровень потерь эксергетической мощности.

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕПЛОУТИЛІЗАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

КОТЕЛЬНИХ УСТАНОВОК ПРИ НАГРІВАННІ ВОДИ РІЗНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Гнєдаш Георгій Олександрович (доповідач), Фіалко Н.М., Сбродова Г.О., Глушак О.Ю. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-59, e-mail: [email protected]

Мета – Підвищення коефіцієнта використання теплоти палива (КВТП) ко-тельних установок при застосуванні теплоутилізаційних технологій з нагріванням зворотної тепломережної води та холодної води системи хімводоочищення.

Результати роботи. Одним з основних напрямів підвищення теплової ефек-тивності газоспоживальних котлоагрегатів комунальної теплоенергетики є застосу-вання нових прогресивних теплоутилізаційних технологій. З-поміж таких техно-логій особливо виділяються технології з комбінованим використанням утилізованої теплоти. В цих технологіях після традиційного теплоутилізатора для нагрівання зворотної тепломережної води встановлюється ще один теплоутилізатор, в якому нагрівається більш холодний теплоносій ніж зворотна вода.

Дана робота присвячена теплофізичним дослідженням комбінованих тепло-утилізаційних систем котельних установок, призначених для нагрівання зворотної тепломережної води і холодної води системи хімічного водоочищення (ХВО). Дос-лідження виконувались в різних режимах роботи котла згідно з температурою нав-колишнього середовища протягом опалювального періоду та при витраті води на ХВО в розмірі 1,5-2,0% від витрати води на котел, що відповідає нормативним по-казникам підживлення теплових мереж. Виконано аналіз результатів досліджень цих систем і проведено зіставлення їх основних характеристик, таких як теплопродук-тивність Q, підвищення КВТП котла ∆η та обсяг G утвореного конденсату, з відпо-відними характеристиками традиційних систем (без підігрівання води на ХВО).

За результатами досліджень показано, що сумісне застосування двох водо-грійних теплоутилізаторів забезпечує протягом опалювального періоду приріст його КВТП ∆η на 4,5-7,9%, тоді як при нагріванні зворотної тепломережної води підви-щення ККД котла становить лише 3,2-6,1%. При цьому для комбінованих систем теплоутилізації збільшуються у порівнянні з традиційними системами і значення теплопродуктивності Q та обсягу G утвореного конденсату в 1,2-1,3 та 1,2-10,0 разів відповідно.

Висновок. Застосування теплоутилізаційних технологій з нагріванням зворот-

124



ної тепломережної води та холодної води системи хімводоочищення дозволяє сут-тєво підвищити теплову ефективність котельних установок.

ЕФЕКТИВНІСТЬ КОМБІНОВАНИХ ТЕПЛОУТИЛІЗАЦІЙНИХ СИСТЕМ

ПРИ ПІДВИЩЕНОМУ ВОЛОГОВМІСТІ ВІДХІДНИХ ГАЗІВ КОТЛІВ Новаківський Максим Олександрович (доповідач), Фіалко Н.М., Пресіч Г.О., Шевчук С.І. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-59, e-mail: [email protected]

Мета. Теплофізичне обґрунтування застосування для котельних установок з підвищеним вологовмістом димових газів теплоутилізаційних технологій з комбіно-ваним використанням утилізованої теплоти.

Результати роботи. В роботі виконано розрахункові дослідження комбінова-них теплоутилізаційних систем з підігріванням вхідної котлової води і повітря на горіння при підвищених вологовмістах відхідних димових газів котлів. Як свідчать результати досліджень, при збільшенні початкового вологовмісту димових газів Х1 від 0,14 до 0,2 кг/кг с.г. забезпечується помітне зростання загальної теплопродук-тивності теплоутилізаційної системи і відповідне зростання теплопродуктивності її елементів. При цьому підвищується як загальний приріст ККД котла, так і приріст ККД, що забезпечується окремими елементами даної системи.

Проведено порівняльний аналіз теплової ефективності комплексної тепло-утилізаційної системи та традиційної, призначеної для нагрівання лише вхідної кот-лової води при тих же рівнях початкового вологовмісту Х1 димових газів. Показано, що приріст ККД котла Δη, пов'язаний із застосуванням теплоутилізаційної системи з підігріванням котлової води та повітря на горіння, становить 7,8-11,4% і в цілому перевищує приріст ККД при використанні традиційної системи теплоутилізації. При цьому дане перевищення є найбільш значним за низьких температур навколишнього середовища. Для обох систем теплоутилізації рівень відмінностей у значеннях Δη, що відповідають різним вологовмістам Х1, є суттєвим лише за температур навко-лишнього середовища, вищих мінус 10°С.

Виявлено суттєвий вплив на теплові показники комбінованих систем тепло-утилізації кліматичних умов їхнього застосування. Так, середньорічне значення приросту ККД котла Δηс в залежності від кліматичних зон збільшується на 14–23% у порівнянні з традиційними системами.

Висновок. Застосування комбінованих теплоутилізаційних систем для котлів з підвищеним вологовмістом відхідних газів дозволяє підвищити ККД котельної установки до 7,8-11,0%.

125



ЗАПОБІГАННЯ КОНДЕНСАТОУТВОРЕННЮ В ГАЗОВІДВІДНИХ ТРАКТАХ КОТЕЛЬНИХ УСТАНОВОК ПРИ ЗАСТОСУВАННІ

КОМБІНОВАНИХ ТЕПЛОУТИЛІЗАЦІЙНИХ СИСТЕМ Шевчук Світлана Іванівна (доповідач), Фіалко Н.М., Гнєдаш Г.О., Дашковська І.Л. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-59, e-mail: [email protected]

Мета – підвищення довговічності та надійності газовідвідних трактів опалю-вальних котельних установок при застосуванні теплоутилізаційних технологій з комбінованим використанням утилізованої теплоти.

Результати роботи. В традиційних теплоутилізаційних системах котельних установок, призначених для нагрівання лише одного теплоносія (зворотної води або дуттьового повітря) відбувається недовикористання теплового потенціалу скидної теплоти відхідних газів котла. При застосуванні комбінованих систем тепло-утилізації з нагріванням обох теплоносіїв ефективність використання палива в ко-тельній установці суттєво підвищується завдяки більш глибокому охолодженню ди-мових газів у порівнянні з традиційними системами. Поглиблене охолодження газів потребує використання заходів щодо захисту газовідвідних трактів від конденсато-утворення.

В роботі виконано розрахункові дослідження стосовно застосування в комбінованих системах теплоутилізації теплового методу підсушування димових газів у теплообміннику-газопідігрівачі. Визначалися необхідні для відвернення кон-денсатоутворення в газовідвідних трактах котельних установок з цегляними та ме-талевими теплоізольованими димовими трубами рівні підігрівання Δt димових газів у цьому газопідігрівачі.

Для оцінки ефективності застосування методу підсушування використо-вувався коефіцієнт γ, що розраховувався як відношення теплової потужності Qвит, необхідної для реалізації даного методу, до теплопродуктивності утилізаційного устаткування Qут.

Результати досліджень свідчать, що в комбінованих системах теплоутилізації необхідні рівні Δt становлять Δt=12°С і 9°С для цегляної та металевої труб відповідно. Ці рівні є на 1-2°С меншими порівняно з традиційними системами, незважаючи на нижчі вихідні температури димових газів, що пояснюється більшим зниженням точки роси цих газів при їх поглибленому охолодженні. Зіставлення зна-чень коефіцієнта витрат теплоти γ вказує на більш значну відмінність. Так для комбінованої теплоутилізаційної системи величини γ на 20–30% менші завдяки збільшенню теплопродуктивності утилізаційного устаткування Qут у порівнянні з традиційними теплоутилізаційними установками.

Висновок. Застосування в комбінованих системах теплоутилізації котельних установок теплового методу підсушування димових газів забезпечує антикорозійний захист їхніх газовідвідних трактів.

126



ЗНИЖЕННЯ ВОЛОГОСТІ В ТУНЕЛЯХ КП «КИЇВСЬКИЙ МЕТРОПОЛІТЕН» ШЛЯХОМ ЗМІНИ РЕЖИМІВ РОБОТИ

ВЕНТИЛЯЦІЙНИХ УСТАНОВОК Дейнеко Андрій Іванович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-92-81, e-mail: [email protected]

Мета роботи. На основі аналізу експериментальних значень відносної та аб-солютної вологостей зовнішнього і тунельного повітря, яке надходить зі станцій Київського метрополітену в тунелі службових з’єднувальних гілок (СЗГ), запропо-нувати і перевірити шлях зниження відносної вологості тунельного повітря СЗГ нижче нормованого значення 75% впродовж літнього періоду.

Результати. На основі отриманих експериментальних значень параметрів мікроклімату СЗГ встановлено, що при реалізації діючих режимів роботи вентиля-ційних установок відповідно до графіків роботи тунельної вентиляції службових з’єднувальних гілок КП «Київський метрополітен» між станціями Кловська-Майдан Незалежності-Хрещатик з 2004 по 2018 роки в період з квітня по серпень здійс-нювалося нагнітання повітря в тунелі від станцій, при цьому, відносна вологість тунельного повітря перевищувала допустиме значення 75% та іноді сягає 100%.

Основною причиною високої вологості тунелів СЗГ в літній період, як свід-чать експериментальні дані є те, що тунельне повітря від станцій метрополітену в середньому має більшу на 2г/кг абсолютну вологість у порівнянні з повітрям, що нагнітається з вентиляційних тунелів в тунелі СЗГ. Тому, для зниження відносної вологості тунельного повітря СЗГ запропоновано нагнітання повітря з навколишнь-ого середовища в тунелі, а не від станцій метрополітену.

Проведено аналіз зміни середньомісячного значення відносної вологості тунельного повітря з квітня по серпень при нагнітанні повітря з навколишнього се-редовища в тунелі і встановлено, що відносна вологість тунельного повітря СЗГ не перевищуватиме допустимого значення 75%.

Висновки. В діючих графіках роботи тунельної вентиляції службових з’єднувальних гілок КП «Київський метрополітен» впродовж літнього періоду з квітня по серпень рекомендовано змінити режими роботи вентиляційних установок таким чином, щоб нагнітання навколишнього повітря в тунелі СЗГ відбувалося пе-регінними вентиляційними установками, а видалення повітря з тунелів здійснюва-лося станційними вентиляторами. Проведена апробація рекомендованих режимів роботи вентиляційних установок з 15 серпня по 13 листопада 2018 року призвела до зниження вологості тунельного повітря в межах від 50 до 75%.

127



МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОВОЛОГОГО СТАНУ ТУНЕЛІВ КП «КИЇВСЬКИЙ МЕТРОПОЛІТЕН» ВПРОДОВЖ КАЛЕНДАРНОГО РОКУ

Олійник В.С., Скляренко Дмитро Ігорович (доповідач), Дейнеко А.І. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 456-92-81, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Розробити CFD модель тепловологого стану тунелів службових з’єднувальних гілок (СЗГ) КП «Київський метрополітен» та на її основі виконати прогнозування вологісного стану тунелів впродовж повного календарного року при реалізації в літній період нагнітання повітря з навколишнього середовища в тунелі СЗГ, а видалення тунельного повітря здійснювалося станційними вентиляторами.

Результати. На основі отриманої архітектурно-будівельної документації від КП «Київський метрополітен» була побудована геометрична модель тунелів СЗГ між станціями Кловська-Майдан Незалежності-Хрещатик. Довжина тунелів 2,5км, глибина залягання станції метро «Кловська» 50м, перепад по висоті площини колії між найвищою та найнижчою точками тунелів СЗГ становить 60м. Розрахункова сітка містить близько 1,5 млн комірок.

Розроблена фізична модель представляє собою сукупність фізичних процесів, які мають місце в тунелях СЗГ: процес змішування зовнішнього та вологого тунель-ного повітря, теплообмін між тунельним повітрям та оправою стінки тунелю, масо-обмін рідини з повітрям – процеси випаровування та конденсації. Вказані фізичні процеси можуть бути описані диференційними рівняннями теплопровідності, енергії, руху, тепловіддачі, за якими розраховуються поля температур, швидкостей за трьома компонентами вздовж напрямків координат x, y, z, тиску і вологості.

Адекватність розробленої CFD моделі була забезпечена використанням наяв-них експериментальних даних: температура і вологості тунельного повітря, темпе-ратура стінок оправи тунелів, витрати і напрямок повітряних потоків. Уточнена мо-дель показала близькість розрахункових і експериментальних значень температур і вологостей повітря в тунелях.

Висновки. На основі CFD моделі здійснено прогнозування зміни параметрів мікроклімату впродовж повного календарного року за умови реалізації рекомен-дацій ІТТФ НАНУ по організації роботи системи тунельної вентиляції СЗГ. На ос-нові аналізу результатів комп’ютерного моделювання встановлено, що для зимово-го та осіннього періодів середня відносна вологість тунельного повітря СЗГ може досягати нормованого значення 75% або 80%, впродовж літнього періоду відносна вологість буде нижчою 75%. Проведена апробація рекомендованих режимів роботи вентиляційних установок з 15 серпня по 13 листопада 2018 року призвела до зни-ження вологості тунельного повітря в межах від 50 до 75%.

128



РОЗРОБКА НОВИХ МЕТОДІВ КОМБІНУВАННЯ ТЕПЛООБМІНУ Гронь Сергій Сергійович Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-68, факс. +38(044) 453-28-89, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Розробка нових методів комбінування теплообміну, для еконо-мії енергоресурсів та ефективності роботи теплового пункту.

Результати роботи. Актуальною задачею енергозбереження є зменшення споживання енергоресурсів та непродуктивних втрат теплоти в навколишнє середо-вище шляхом врегулювання піків теплового навантаження. Розробка нових методів комбінування теплообміну має важливе значення в енергетиці. Першим етапом ви-рішення є розгляд та аналіз наявних систем комбінованого теплообміну. Аналізую-чи проблеми підвищення ефективності та економічності систем центрального опа-лення, слід зазначити недосконалість системи розподілу теплоти, заснованої на по-дачі споживачу заздалегідь певної її кількості. В сучасних умовах ринкової економі-ки необхідно забезпечити можливість комбінованого теплообміну, при якому кожен споживач зможе самостійно відбирати з системи центрального опалення потрібну йому кількість теплоти для створення в приміщеннях бажаних температурних ком-фортних умов. Використання додаткового теплообмінника в системі опалення доз-воляє відокремити рідину з одного контуру від рідини іншого. Теоретичні дослі-дження теплових і гідравлічних режимів водяних систем центрального водяного опалення, обладнаних додатковими джерелами теплоти та теплоакумуляторами по-казують, що системи опалення в цих умовах працюють більш стійко.

Головна функція тепло акумулятора – це підвищення об’єму теплоносія, нако-пичення теплоти з метою зменшення пікових навантажень на обладнання системи, додаткове використання альтернативних джерел теплоти, раціональне споживання палива, точне регулювання параметрів теплоносія та корекції температурних графі-ків системи теплозабезпечення.

Висновки. 1. Передача теплоти між декількома теплоносіями стає буденною річчю, особливо в енергозберігаючих системах розподіленої генерації, наприклад в будинках обладнаних геліосистемами опалення та гарячого водопостачання.

2. Розробка новітніх принципів теплопостачання, з включенням до складу сис-теми опалення теплових акумуляторів є важним науково-технічним завданням ви-рішення якого дозволяє заощаджувати великі обсяги теплоти, паливних ресурсів та електричної енергії.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТЕПЛОАКУМУЛЮЮЧИХ РЕЧОВИН

Фалько Володимир Юрійович (доповідач), Демченко В.Г. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-68, факс. +38(044) 453-28-89, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Експериментальне дослідження властивостей теплоакумулюю-чих речовин з фазовим переходом (РСМ) спрямоване на підвищення ефективності утилізації теплової енергії, її акумуляції та подальшого використання в системах те-плопостачання.

129



Результати. В країнах ЄС провадяться дослідження з утилізації низькопотен-ційної теплоти в діапазоні робочих температур +30…+1000С. На даний час існує ве-лика кількість конструкцій теплоакумуляторів на основі РСМ, які для зберігання енергії використовують приховану теплоту фазового переходу. На жаль такі систе-ми не знаходять широкого вжитку. Основна причина полягає в тому, що ряд власти-востей РСМ робить теплоакумулятор досить дорогим у виробництві та складним в експлуатації.

Нами вивчалися властивості тригідрату ацетату натрію, озокериту і розчину технічного бішофіту. Ці речовини мають незначну корозійну активність і низьку со-бівартість. Також вони забезпечують працездатність системи при температурі зов-нішнього середовища до -300С.

В результаті проведеної роботи встановлено: 1. При зміні температури від 20 до 1000С озокерит виявляє ознаки аморфної

речовини (відсутній фазовий перехід), при цьому об’єм зразка змінюється на 5…7%. Враховуючи, що теплоємність озокериту нижча за теплоємність води, його викорис-тання можна вважати недоцільним.

2. Тригідрат ацетату натрію без наявності центрів кристалізації може досить довго (кілька діб) знаходитися в стані переохолодженої рідини, при переході з рідкої фази у тверду знижується його теплопровідність, що значно ускладнює конструкцію теплоакумулятора на його основі. А після 20…30 циклів нагріву-охолодження речо-вина поступово втрачає свої властивості внаслідок зміни її хімічного складу.

3. Після 3…4 циклів нагріву/охолодження розчину технічного бішофіту випа-дає темно-жовтий нерозчинний осад, що вимагає застосування додаткових фільтрів в системі циркуляції теплоносія і постійного їх обслуговування.

Висновки. 1. Використання системи на основі тригідрату ацетату натрію мож-ливе після розв'язання питання стабілізації його хімічного складу протягом часу експлуатації.

2. Для промислового застосування в системах опалення на сьогодні найбільш придатною є теплоакумулююча речовина на основі води з добавкою антифризу.

ОПТИМІЗАЦІЯ ПАРАМЕТРІВ ТЕПЛОВОЇ МЕРЕЖІ ПРИ ЗНИЖЕНОМУ ТЕМПЕРАТУРНОМУ ГРАФІКУ

Редько І.О.1, Джиоєв Р.Л.2, Приймак О.В.3, Редько А.О.2 1Харківський національний університет міського господарства ім. О.М. Бекетова, Харків, Україна 2Харківський Національний Університет Будівництва та Архітектури, Харків, Україна 3Київський національний університет будівництва та архітектури, Київ, Україна, тел. +38(057) 700-16-40, e-mail: [email protected]

Мета. Чисельне дослідження впливу конструктивних і режимних параметрів теплової мережі на вибір оптимальної температури і витрати мережної води системи централізованого теплопостачання (CЦТ).

Результати роботи. У сучасній економічній ситуації в Україні експлуатація систем теплопостачання провадиться із низькою температурою мережної води. Підвищений температурний графік 95/70°С через високу вартість палива є недо-

130



цільним. Досвід таких країн як Данія, Німеччина, Фінляндія, Швеція, Голландія з розвиненим централізованим теплопостачанням вказує на необхідність першочерго-вого обладнання індивідуального теплового пункту (ІТП) будівлі системою автома-тичного регулювання, а потім виконується перехід на технологію зі зниженим тем-пературним графіком. Тому модернізація систем теплопостачання України спрямо-вана на застосування зниженого температурного графіка зажадає переходу на зак-риті незалежні системи опалення, на якісно-кількісне регулювання та автоматизацію систем ІТП споживачів. Наведено результати натурних вимірювань опалювальної характеристики житлових будинків і адміністративних будівель при теплопоста-чанні від двох великих джерел м. Харкова. Отримано фактичні дані нижче роз-рахункових значень kf, що вимагає підвищеної температури теплоносія в трубопро-воді, що подає. Зниження температурного графіка вимагає зниження енергоспожи-вання в житлових будинках і адміністративних будівель. Тому модернізація систем теплопостачання України, спрямовані на застосування зниженого температурного графіка відпустки теплоти, зажадає переходу на закриті незалежні системи опален-ня, на якість кількісного регулювання, і на автоматизацію систем ІТП споживачів. Визначено вплив опалювальної характеристики будівель на параметри теплоносія в прямому трубопроводі. Оптимізація параметрів температурного графіку виконува-лась з використанням в якості критерія мінімального виробництва ентропії в сис-темі. Чисельно визначено виробництво ентропії в системі теплопостачання в залеж-ності від конструктивних і режимних параметрів.

Висновок. В результаті обчислювального експерименту при використанні ви-робництва ентропії як критерій оптимізації визначено й обґрунтовано параметри зниженого температурного графіка системи теплопостачання для умов м.Харкова.

КОМБІНОВАНА ЕНЕРГЕТИЧНА УСТАНОВКА В СИСТЕМАХ УТИЛІЗАЦІЇ

ТЕПЛОТИ ВІДХІДНИХ ГАЗІВ Редько А.О., Павловська А.О. Харківський Національний Університет Будівництва та Архітектури, Харків, Україна, тел. +38(057) 700-16-40, e-mail: [email protected]

Мета. Чисельне дослідження термодинамічної ефективності утилізаційної установки комбінованого типу.

Результати роботи. В даний час в умовах дефіциту природного газу та його високої вартості проблема вироблення електроенергії в системах утилізації теплоти стає актуальною. Промислові підприємства мають значні обсяги теплових вторин-них енергоресурсів газів різних паливовикористовуючих агрегатів. Температурний потенціал виробничих газових викидів становить 150-350℃. Використання теплоти відхідних газів можливо із застосуванням замкнутих паротурбінних циклах ORC на низькокиплячих робочих тілах. В геотермальних енергетичних системах застосову-ються парові і органічні турбіни.

У системах утилізації теплоти цементних і скляних заводів застосовуються парові турбіни і турбіни з органічним робочим тілом. На металургійних заводах за-стосовуються утилізаційні установки з паровими турбінами.

В роботі розглядається теплоутилізаційна установка, яка містить парову

131



турбіни і дві турбіни з органічним робочим теплоносієм. Так як, застосування ор-ганічного робочого тіла обмежена його температурою термічної стабільності, то в даній установці в верхньому циклі робочим тілом є водяна пара, а в нижніх циклах - органічні робочі тіла. Результати чисельного дослідження циклів енергетичної уста-новки показали, що сумарна виробляється електрична потужність складає 326 кВт/(кг/с), а ККД установки 22%.

Показано вплив температури пара перед турбіною на характеристики енерге-тичної установки. Застосування ORC-технології в системах утилізації теплоти об-межена температурою пара робочого тіла (ОРТ), яка становить близько 200-220℃. При більш високих температурах можливе застосування бутану, пентану і інших ор-ганічних рідин. Основний їх недолік – це пожежо- і вибухонебезпечність.

Висновок. Дослідження виконуються в напрямку створення оптимальної тех-нологічної схеми теплоутилізаційних установок з метою застосування турбін, освоєних промисловістю, тому що вартість органічних турбін залишається високою.

АНАЛІЗ АДСОРБЦІЇ В ФАЗОВИХ ПРОЦЕСАХ

Погорєлова Наталія Дмитрієва (доповідач), Драганов Б.Х., Демченко В.Г. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-68, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Розробка методу дослідження процесів тепломасообміну в бага-токомпонентних середовищах при фазових переходах методом нерівноважної ліній-ної термодинаміки.

Результати. Чисельне моделювання методів адсорбції в фазових процесах є дуже актуальним завданням для теоретичного розвитку термодинаміки. Крім науко-вого аспекту аналіз адсорбції в фазових процесах представляє великий практичний інтерес в різних галузях промисловості та охорони навколишнього середовища. За-лишається досить багато важливих питань виникають при побудові термодинаміч-ної моделі через відсутність надійних рівнянь, що описують процеси тепломасооб-міну в багатокомпонентних середовищах.

При термодинамічному аналізі сорбційних систем зазвичай розрізняють ад-сорбцію в поверхневому шарі (макропористі сорбенти) і в обсязі мікропор (мікропо-ристі сорбенти). У властивостях сорбційних фаз обох типів є глибока аналогія. Тому в обох випадках фундаментальні рівняння повинні містити член σdW, що враховує додаткову роботу освіти поверхневого шару (σ - поверхневий натяг або для макро-пор внутрішній тиск, W - площа поверхні або обсяг сорбційної фази). Аналіз пере-ходів проведено на основі положень Гіббса.

Проаналізовані основні відомості про принципи методу феноменологічних співвідношень, що базується на положеннях нерівноважної термодинаміки. Зокрема, приділена увага аналізу фазових переходів з позиції нерівноважної термодинаміки. Застосовані співвідношення Онзагера, які показали, що нерівноважна термодинамі-ка так же, як й рівноважна, призводить до загальних результатів, які не залежать від вибору конкретної молекулярної моделі. Досліджено процес тепломасообміну бага-токомпонентних середовищ та умови виробництва ентропії в процесах, що аналізу-ються.

132


Висновки. 1. Аналіз фазових переходів, в тому числі і явища адсорбції, слід виконувати

методами нерівноважної термодинаміки. 2. Вивід узагальнених співвідношень на основі феноменологічних відношень

Онзагера дозволяє отримати важливі алгебраїчні співвідношення, розв'язання яких не викликає складності. Ці рішення справедливі для широкого класу середовищ, на-приклад, багатокомпонентних газових сумішей.

3. Характеристикою незворотності нерівноважних середовищ є виробництво ентропії.

НОВИЙ МЕТОД ЯКОСТІ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ

В НАУКОВОМУ ЕКСПЕРИМЕНТІ Макаренко Людмила Андріївна (доповідач), Демченко В.Г. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-68, e-mail: [email protected]

Мета − Демонстрація можливостей нового багатокритеріального графо-аналітичного методу швидкого прийняття рішень «центрів мас» для експрес-аналізу результатів наукових експериментальних досліджень.

Результати роботи − Робота встановлює ключові тенденції та нові напрямки досліджень якості прийняття рішень через структурований систематичний огляд. Проведений систематичний аналіз включає як описовий огляд, так і тематичний синтез сучасного управління якістю прийняття рішень. Досліджено напрацювання вітчизняних та закордонних фахівців з питання підтримки прийняття рішень при проведенні аналізу та обробці масиву статистичних експериментальних даних, що є актуальним завданням оптимізації для наукових організацій. З метою сприяння вирі-шення проблемі правильного вибору оптимального напряму проведення досліджень, було проаналізовано сучасні методології багатокритеріального аналізу та управлін-ня якістю. Було створено алгоритм прийняття рішень який ґрунтується на апараті математичної статистики та інтеграції даних що посилювало вплив обох методоло-гій. Обґрунтовано механізм вибору критеріїв якості наукового експерименту, прове-дено порівняння впливу критеріїв на результати досліджень. Визначено довірчі ін-тервали побудови моделі для аналізу отриманих результатів. Запропоновано вирі-шення основного завдання роботи графоаналітичним методом на базі оригінальної трикутної діаграми з полем вірогідних результатів та розміщенням отриманих даних експерименту на координатній сітці. Зрештою, було виявлено нову дослідницьку область: об'єднання даних, і надання даних користувачам в уніфікованому виді. Хо-ча теорія якості та багатокритеріальний аналіз добре розвинути, це дослідження є одним з небагатьох, що здійснюється з точки зору об’єднання всіх відомих підходів та кумулятивної інтеграції отримання істинних результатів експерименту та прий-няття рішень.

Висновок. • Результат може бути використаний для оцінки якості прийняття рішень як

в наукових експериментах, так і для багатовимірних фінансових, екологічних,

133

mailto:L.Makarenko@


соціальних та інших задачах. • Графоаналітичний метод прийняття рішень «центрів мас» надає інфор-

мацію для подальших аналітичних розрахунків або створення імітаційних моделей для оцінки отриманих результатів.

• Цей внесок дає початкову теоретичну основу, яка дасть можливість прак-тикам в короткий час зібрати, проаналізувати та обчислити данні отримані в науко-вих експериментах.

134

Секція 6. Екологоенергетичне обладнання для харчової промисловості


ОСОБЛИВОСТІ КОНДИЦІОНУВАННЯ ПОВІТРЯ ДЛЯ АЕРАЦІЇ ЗЕРНОВИХ МАСИВІВ В ПРОЦЕСАХ ВИРОБНИЦТВА СОЛОДУ

Шевченко Олександр (доповідач), Бут С., Васильківський К. Національний університет харчових технологій, вул. Володимирська, 68, Київ, 01601, Україна

Вступ. Аерація пророщуваних зернових масивів має потрійне завдання, а са-ме: підведення кисню і виключення інтрамолекулярного дихання, відведення синте-зованого СО2 та біологічної теплоти для температурної стабілізації за умови збере-ження вологості зерна біля 48...50°С. За технологічними умовами температуру зер-нової маси підтримують на рівні 12...17% в залежності від доби пророщування, що визначає температуру повітря вхідних потоків та їх відносну вологість біля 100%.

Мета дослідження – виконати оцінку можливостей рекуперації енергетичних і матеріальних потоків.

Матеріали і методи представлені на основі феноменологічного аналізу існу-ючих технологій і положень класичної термодинаміки.

Результати дослідження. Аналіз процесів підготовки повітря приводить до висновку про різноплановість задач і методів їх вирішення щодо зимового і літнього сезонів.

Для літнього сезону змішування потоків свіжого і рекуперативного повітря може в значному діапазоні температур забезпечувати номінальний результат. Оскільки температури рециркуляційної частини повітря цілком прогнозовані, то за змінних значень температур свіжого повітря можливо визначати необхідні співвідношення їх об’ємів.

Нехай маємо .п.р.п.с VV=ε , (1)

де Vс.п. і Vр.п. – об’єми свіжого і рекуперативного повітря. З урахуванням останньої залежності температуру суміші вибраних об’ємів

знайдемо за формулами ( )

.п.с.п.р

.п.р.п.сc tt

tt1t

ε+ε+

= ; (2)

.п.р.п.с.п.сс

.п.рс.п.р.п.с

tttttttt

−−

=ε . (3)

Для оцінки важливості застосування рекуперативних режимів звернемося до умов підготовки аераційного повітря в зимовий період, прийнявши температуру свіжого повітря tс.п.=–20°С. Розрахунки виконаємо для об’єму Vс.п.=1000 м3, за кінцевої температури його 16°С. Тоді кількість теплової енергії, яку необхідно передати повіт-рю в калорифері складатиме Q = Vс.п.сс.п.(16 – (– 20)) = 46740,4 кДж.

Подальшу частину розрахунків виконаємо для випадку пророщування зерна у 8 барабанах з вмістом 8000 кг зеленого солоду. Рівень аерації на кожен з барабанів складає біля 10000 м3 повітря на годину. Тоді за відсутності рециркуляції енерге-тичні витрати за сформульованими вище умовами становлять:

135


600467100010000QQб == кДж/год.,

і на вісім барабанів Q8б = 8Qб =⋅= 1000100004,4674081000

10000 3740800 кДж/год. За теплотворної здатності природного газу 41000 кДж/м3 витрати газу склада-

ють 114)8,041000(:374080041000QV б8г =⋅=η= м3/год., де η – ККД системи нагрівання повітря.

За значення ε =1 витрати газу будуть скорочені вдвічі і подальше зростання рівня рециркуляції приведе до кращого результату.

Наведена частина розрахунків щодо визначення енергетичних витрат на догрівання повітря виконана у відповідності до положень термодинаміки, однак при цьому не враховано технологічну вимогу доведення відносної вологості свіжого повітря до 100%.

Особливості перебігу операцій розглянемо, викори-ставши діаграму I-d (рис. 1).

Початковим температурі t1 і відносній вологості φ1 повітря на діаграмі відповідає точка 1 і їй же відповідає

абсолютний вологовміст d1. Фаза нагрівання повітря че-рез теплообмінну поверхню здійснюється за умови d= const= d1. Якщо вважати, що точці 2 за показником раніше прийнятого значення відповідає t2= 16°C, то по-дальший ізоентальпійний процес насичення водяною па-рою приводить до точки 3 на діаграмі, що відповідає ізо-термі з температурою t3. Це означає, що за рахунок такої комбінації нагрівання і охолодження поставлене завдання не буде виконаним. Повноправним варіантом при цьому може бути кількаступеневе, або навіть і одноступеневе але з попереднім визначенням положень точок 2 та 3.

Початок розрахунків доцільно розпочинати з визначення положення точки 3 на кривій φ = 100 %, дру-

гою координатою якої є ізотерма номінальної температури t3 (рис. 2).

Відомим також має бути абсолютний воло-говміст повітря d1.

Положення точки 2 і відповідне їй значення температури t2, до якої необхідно нагріти повітря в одноступеневому режимі знайдемо, переміщуючись по ізоентальпії від точки 3 до перетину з ординатою, що відповідає d1.

Двоступеневому процесу відповідає діаграма, наведена на рис. 3.

У цьому випадку фіксованими на діаграмі є точ-ки 1 та 5, а положення точок 2 або 2' і 4 або 4' є варіа-

Рис. 3. Діаграма I-d з зобра-женням двоступеневого про-

цесу підготовки повітря

φ4

φ=100 %

I

d

d1 d3 d3' d5

t1 t5

t2'

t2

t3

2'

2

і2

φ2

3'

φ1

1

4

t4

5

4'

3

і4

і2'

Рис. 2. Діаграма I-d, що відображує одноступеневий режим нагрівання і зволо-ження повітря за значень

t3 = tном і φ = 100 %

φ2

φ=100 %

I

d

d1 d3

t1

t2

t3

2

1

φ1

3

φ2

φ=100 %

I

d

d1 d3

t1

t2

t3

2

1

і1

і2

φ1

3

Рис. 1. Відображення про-цесу нагрівання і зволо-

ження повітря в діаграмі I d

136


тивними. Проте вибір тих чи інших законів у процесах нагрівання і зволоження по-вітря не впливає на загальний результат енергетичних витрат оскільки вони в теоре-тичному підрахунку визначаються залежністю

( ) ( ) ,rVddttcVQ .п.с.п.с)п()к(.п.сн.п.с.п.с r−+−= (4) де d(п) і d(к) – початкова і кінцева абсолютна вологість повітря; r – теплота пароутво-рення, кДж/кг.

Висновки. 1. Енергетичні витрати, пов'язані з кондиціюванням аераційних потоків повітря в процесах пророщування солоду мають недетермінований характер зі значним діапазоном вхідних термодинамічних параметрів, що визначає доціль-ність використання рекупераційних режимів.

2. Термодинамічне протиріччя у поєднанні в одному процесі температурної стабілізації та підтримки вологості зернової маси на номінальному рівні залишаєть-ся нерозв’язаним і потребує присутності компенсаційних впливів.

3. Розроблено схеми апаратурного забезпечення стабілізації термодинамічних параметрів процесів.

Література 1. Енергетичні трансформації і енергозбереження в харчових технологіях: монографія/А.І.Со-

коленко та ін. Київ: Фенікс, 2012. 484 с. 2. Енергоматеріальні потоки харчових і мікробіологічних виробництв: монографія/А.І.Соколенко

та ін.; за ред. д-ра техн. наук, проф. Соколенка А.І. Київ: Кондор-Видавництво, 2016. 326 с.

БАГАТОЦІЛЬОВА ПРОМИСЛОВА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА

АЕРАЦІЙНО-ОКИСЛЮВАЛЬНА УСТАНОВКА РОТОРНОГО ТИПУ Долінський А.А., Ободович Олександр Миколайович (доповідач), Сидоренко В.В., Лимар А.Ю. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел.+38(044) 424-96-34, e-mail: [email protected]

На даний час для інтенсифікації хіміко-технологічних процесів використову-ється різноманітне тепломасообмінне обладнання, зокрема, широке застосування знаходять роторно-пульсаційні апарати (РПА). З огляду на те, що влив на оброблю-ване середовище в цих апаратах відбувається завдяки гідроакустичних та гідроме-ханічних факторів, основною фазою має бути рідина. Отже, вищезгадані процеси, що реалізуються в РПА, відносяться до гетерогенних та поділяються на групи: ”рі-дина-рідина”, ”рідина-тверде тіло”, ”рідина-газ”.

Мета роботи полягала в створенні промислової енергоефективної аераційно-окислювальної установки роторного типу, призначеної для інтенсифікації абсорбції кисню повітря у воді.

Масоперенос кисню повітря з газової фази в рідку грає важливу роль в різно-манітних теплотехнологіях. Він використовується для очищення питної води від за-ліза, марганцю, сірководню, діоксиду вуглецю. Біологічне очищення стічних вод та-кож передбачає процес аерації.

Культивування аеробних мікроорганізмів, аерація рибницьких ставків, реакції окислення вуглеводнів, спиртів, альдегідів – все це пов’язано з абсорбцією кисню в рідких середовищах.

137



Висновки. Розроблена багатоцільова енергоефективна аераційно-окис-лювальна установка роторного типу продуктивністю 20-40 м3/год дозволяє збільши-ти швидкість розчинення кисню порівняно з існуючими аераційними пристроями в 3-4 рази, зменшити енерговитрати на 30-35%, собівартість на 20-25%.

ТЕРМОДИНАМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ПІДІГРІВНИКІВ

ТА ТЕПЛООБМІННИКІВ Самійленко Сергій Миколайович (доповідач), Бессараб О.С., Шутюк В.В. Національний університет харчових технологій, вул. Володимирська, 68, Київ, 0160, Україна, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Розробити методику термодинамічного аналізу та оптимізації підігрівників і теплообмінників теплотехнологічного комплексу (ТТК) цукрового виробництва.

Результати. Відповідно до методики нециклічного ентропійного методу, ком-плексний термодинамічний аналіз передбачає визначення міри необоротності про-цесів, що відбуваються у теплообмінних апаратах (ТА), джерелами якої є теплооб-мін при кінцевій різниці температур, дисипація механічної енергії потоків тепло-носіїв та теплообмін із навколишнім середовищем. Кількісна характеристика необо-ротності – збільшення ентропії ізольованої системи –визначається із балансу ен-тропії системи АВС, яка, складається з трьох підсистем: А, В і С, де А – підсистема нагрівного теплоносія; В – підсистема теплоносія, що нагрівається; С – підсистема навколишнього середовища. В загальному випадку баланс ентропії ТА складемо за наступних спрощень: зміною кінетичної і потенціальної енергії знехтуємо; для теп-лоносіїв, у яких перехід між заданими термодинамічними станами супроводжується зміною температур, вважатимемо зміну теплофізичних властивостей незначною.

Термодинамічну досконалість ТА, враховуючи необоротності процесів, визна-чають безрозмірні коефіцієнти: ентропійний коефіцієнт термодинамічної доско-налості, ентропійний коефіцієнт термодинамічної недосконалості. Коефіцієнти не мають відомих недоліків ККД (енергетичного, ексергетичного), оскільки харак-теризують міру відхилення реальної системи від оборотної в межах змісту другого закону термодинаміки.

Ефективність роботи ТА – локальну ефективність використання потенціалу нагрівного теплоносія (температури) з урахуванням дисипативних процесів у дано-му температурному інтервалі – визначає ентропійний коефіцієнт ефективності ТА.

Висновок. Запропонована методика термодинамічного аналізу передбачає на-уково обґрунтований системний підхід як до порівняльного аналізу ТА різної конс-трукції, що, очевидно, зручно робити за допомогою ентропійного коефіцієнта ефек-тивності, так і до визначення їх термодинамічної досконалості в межах ТТК. Остан-нє досягається використанням ентропійного коефіцієнта термодинамічної доскона-лості й дозволяє аналізувати різні теплообмінні системи з метою визначення рівня їх впливу на загальну енергетичну ефективність ТТК.

138


МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОМАСОПЕРЕНОСУ В ПРОЦЕСІ СУШІННЯ КОЛОЇДНИХ КАПІЛЯРНО – ПОРИСТИХ МАТЕРІАЛІВ

Петрова Ж.О., Слободянюк Катерина Сергіївна (доповідач) Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак. Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-38, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Сформулювати фізичну та розробити математичну модель про-цесу сушіння фітоестрогенної сировини.

Результати. Процес конвективного сушіння відбувається наступним чином, гігротермічно оброблена подрібнена соя знаходиться на піддоні та обдувається верх-ня частина поверхні матеріалу і контактує з теплоносієм (рис. 1.).

Рис. 1. Схема до фізичної моделі процесу конвективного сушіння

Розрахункові дослідження тепломасопереносу в колоїдному капілярно-пористому матеріалі (ККПМ), що відносяться до процесів конвекційного сушіння сої, виконуються на основі чисельного розв'язання системи рівнянь, до якої входять:

- рівняння переносу вологи

( )( ) ( )( )= δτ

∂⋅ + ⋅

∂ m m tU div a grad U div a grad T

- рівняння переносу енергії

( )( )=r λ ετ τ∂ ∂

⋅ +∂ ∂T Uc div grad T r

Даний процес передбачає підвід теплоти конвекцією від розігрітого повітря-ного потоку до матеріалу, що висушується. Зразок матеріалу, що має форму прямо-кутного паралелепіпеда, розміщується в сушильній камері, у яку подається розігрі-тий теплоносій.

Задача тепломасопереносу розглядається в наближеній одновимірній постано-вці. Процес вважається симетричним відносно площини симетрії прямокутного зра-зка. Для випадку відносно малої товщини зразка, а також при невисоких градієнтах температури, переносом вологи термодифузією можна знехтувати.

Висновки. Сформульовано фізичну модель тепломасопереносу в процесі су-шіння ККПМ. Проведено розрахункові та експериментальні дослідження з метою порівняння їх результатів. Порівняння результатів чисельного моделювання проце-сів конвекційного сушіння зразка сої з експериментальними результатами показало їх достатньо задовільне якісне узгодження. Водночас спостерігається певна розбіж-ність у кількісних показниках даних результатів. Отже, розглянута розрахункова модель на основі запропонованої системи рівнянь може бути використана для на-ближеного визначення характеристик процесу сушіння сої, зокрема часу.

139


СТАБІЛІЗАЦІЯ ТЕРМОДИНАМІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ В СИСТЕМАХ ВИРОБНИЦТВА СОЛОДІВ

Шевченко Олександр (доповідач), Соколенко А., Бут С., Степанець О. Національний університет харчових технологій, вул. Володимирська, 68, Київ, 01601, Україна

Вступ. Процеси пророщування зернової маси здійснюються в умовах термо-динамічної стабілізації показників температури, вологості, присутності кисню і ви-лучення СО2, що потребує витрат кондиціонованого повітря біля 1000 м3 на 1 т зер-на за 1 год. За різних вхідних параметрів повітря його наступна підготовка повинна привести до температурної стабілізації на показнику 10°С і відносної вологості 100%.

Мета дослідження – розробити пропозиції по удосконаленню технологій кон-диціювання повітряних потоків.

Матеріали і методи стосуються положень термодинаміки і феноменологічних узагальнень.

Результати досліджень. Виконаний аналіз при-водить до висновку про можливість і доцільність суміщення операцій нагрівання і зволоження свіжого повітря за рахунок введення в останній водяної пари. Перебіг такого процесу відобразимо діаграмою I-d на рис. 1.

Перехід від точки 1 до точки 2 може співпадати або перевищувати положення кривої φ = 100 %, однак досягнення кінцевої температури t(к) = tн одночасно по-винно приводити до повного насичення повітря водя-ною парою. Очевидно, що перебіг процесу і його кін-цевий результат залежать у тому числі й від параметрів пари. При цьому має виконуватися співвідношення

( ) парпар)п()к(.п.с.п.с МіttcVQ +−= , (1) де Мпар – маса пари, що подається на процес; іпар – ентальпія пари.

Звідси з точки зору інтересів досягнення номінальної температури витрати па-ри повинні скласти

( )пар

)п()к(.п.с.п.спар і

ttcVМ

−= . (2)

Однак при цьому можуть виникати три умови, а саме: ( ) .п.с.п.с)п()к(пар VddМ r−> ; (3) ( ) .п.с.п.с)п()к(пар VddМ r−= ; (4) ( ) .п.с.п.с)п()к(пар VddМ r−< ; (5) Умова (3) відповідає співвідношенню потоків, за якого частина пари буде

сконденсована, а друга частина стане складовою повітря, насиченого до φ = 100 %. Виразу (4) відповідає випадок, за якого пара повністю стає складовою повітря, а за ситуацією, що відповідає рівнянню (5) номінальний температурний режим повітря досягається. Однак при цьому відносна вологість φ<100 %.

В останньому випадку донасичення повітря вологою повинно здійснюватися

і(к)

Рис. 1. Діаграма I-d, з відоб-раженням процесу змішуван-

ня повітря і водяної пари

φ=100 % I

d

d(п) d(к)

t(к)

t(п)

2

1

і(п)

140


за рахунок розпилювання в ньому води з номінальною температурою. Очевидно, що у більшості випадків в зимові періоди виникає необхідність до-

грівання повітря і підвищення його ентальпії. Остання для вологого повітря визна-чається на основі принципу суперпозиції, за яким

п.п.с.п.вол ііі +′= , (6) де .п.сі′ – ентальпія сухого повітря; іп – ентальпія водяної пари.

Підстановка значень .п.сі′ та пі приводить до форми ( )t93,12500tсі р.п.вол ++= , кДж/кг. (7)

Оскільки для зимового часу є характерним низь-ке значення абсолютного вологовмісту, то його наси-чення до φ=100 % і підвищення температури є одно-часно виконуваними операціями. При цьому загальні енергетичні витрати визначаються різницею ентальпій повітря за кінцевих і початкових термодинамічних па-раметрів.

Кондиціювання повітря в літній період має свої відмінності, завдяки яким слід розглянути особливості і послідовність виконання операцій зміни термоди-намічних параметрів. Координати точки початкових значень термодинамічних параметрів визначаються величинами температури і відносної вологості (рис. 2). При цьому кінцеві значення параметрів також відомі і складають величини t(к)=10°С та φ=100%.

Нехай зазначеним координатам і параметрам на діаграмі відповідають точки 1 та 3, а точка 2 відповідає параметрам повітря за його повного вологонасичення до φ = 100 %. Якщо вологонасичення прийнято за першу операцію, то її завершення забезпе-чує лише номінальне значення відносно вологості, а номінальна температура при цьому не досягається. Для забезпечення останньої необхідно здійснювати подальше охолодження вологонасиченого повітря.

З діаграми (рис. 2) видно, що подальша трансформація термодинамічних па-раметрів вологонасиченого повітря супроводжується зниженням абсолютного воло-говмісту від значення d2 до d(к). Очевидно, що з фізичної точки зору це означає при-сутність режиму конденсації водяної пари, енергетичною вартістю якого буде відве-дення теплоти конденсації і

323221 ііі;0і −=∆=∆ −− . (8) Результатом такого процесу буде досягнення стану термодинамічної рівноваги

вологого повітря з параметрами точки 3, а навантаження на холодильну установку при цьому відповідатиме значенню 32і −∆ .

Охолодженню повітря без попереднього вологонасичення на діаграмі відповідає відрізок 1–4 і точці 4 відповідають температура t4 > t3 та ентальпія і4 > і3. При цьому маємо

;ііі 4141 −=∆ − (9) 3434 ііі −=∆ − , (10)

Рис. 2. Схема щодо визначен-ня послідовності операцій в I-

d діаграмі

φ=100 %

I

d

d(к) d(п) d2

tпр

t(п)

t(к)

1

4

φ1

2

і1

і3

3

141


а навантаження на систему охолодження повітря складе 3134413441.у.х ііііііііq −=−+−=∆+∆= −− . (11)

Оскільки в ізоентальпійному процесі маємо і1 = і2, то звідси витікає, що вибір на користь першого або другого варіантів на результат щодо навантаження системи охолодження не впливає.

Висновки. Проте, якщо стосовно матеріального балансу різниця відсутня, то мають місце і відмінності. Здійснення процесу охолодження по дузі 2-3 на кривій φ = 100 % повинно супроводжуватися конденсацією вологи в кількості d2 – d3. Од-нак перебіг конденсації означає необхідність присутності відповідних умов, центрів конденсації, енергетичного забезпечення, створення міжфазної поверхні тощо. Вра-ховуючи швидкоплинність перебігу вказаного процесу і названі умови можливо прийти до висновку про перебування повітря у метастабільному стані, тобто у стані перенасичення вологою складовою.

Взаємодія такого повітря з зерновою масою, температура якої на 2...3°С вища, не повинна супроводжуватися конденсацію, але по мірі зростання температури по-вітря рівень його термодинамічної нерівноваги зменшується і зменшується осушу-вальна здатність.

Література 1. Енергетичні трансформації і енергозбереження в харчових технологіях: монографія/А.І.Со-

коленко та ін. Київ: Фенікс, 2012. 484 с. 2. Енергоматеріальні потоки харчових і мікробіологічних виробництв: монографія/А.І.Со-

коленко та ін.; за ред.. д-ра техн. наук, проф. Соколенка А.І. Київ: Кондор-Видавництво, 2016. 326 с.

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНСЕРВНОЙ ТАРЫ

Верхивкер Я.Г. (доповідач), Мирошниченко Е.М. Одесская национальная академия пищевых технологий, ул. Канатная, 112, Одесса, 65039, Украина, тел.: +38(067) 480-49-28, +38(066) 407-88-22; е-mail: [email protected]; [email protected]

В пищевой промышленности пищевые продукты фасуют в три основных вида консервной тары: стеклянную, металлическую, полимерную. Разные виды материа-ла тары обладают различными теплофизическими свойствами, которые влияют на время прогрева фасованной в банки продукции, при разработке режимов тепловой обработки консервов. Время является одним из главных параметров тепловой сте-рилизации, который оказывает действие на микробиологическую стабильность кон-сервов при хранении, обеспечивая отсутствие брака продукции и пищевых отравле-ний. Прежде чем нагреть продукт, тепло должно преодолеть термическое сопротив-ление стенки тары σ, зависящее от отношения толщины стенки и ее теплопроводно-сти: чем больше толщина банки и чем меньше ее теплопроводность, тем больше ее сопротивление. Экспериментально было доказано, что толщина стенки металличе-ской тары очень мала δ=0,0002-0,0003 м, теплопроводность металла велика и равна λ=47-52 Вт/(м*К) и термическое сопротивление такой банки составляет, в среднем, σ=0,5*10-5 К/Вт Это небольшая величина и на нее не влияют колебания толщины стенки металлической тары. Толщина стенки стеклянной тары в 10 раз больше тол-щины металлической и равна δ=0,002-0,006 м, теплопроводность стекла мала поряд-

142




ка λ=0,6-0,9 Вт/(м*К), т.е. в 80-90 раз меньше, чем теплопроводность жести и тер-мическое сопротивление стекла значительно σ=0,01К/Вт и существенно меняется от колебаний толщины стенки тары. Если принять σ для металлической тары за 1, то σ для стеклянной тары составит 1000 таких единиц. Полимерная тара из полиэтилена, полистирола и других материалов, обладает промежуточными теплофизическими свойствами между стеклянными и металлическими банками. Термическое сопро-тивление стенки тары при разработке режимов тепловой обработки важно только в совокупности с тем, как оно влияет на время проникновения тепла в точку наихуд-шего прогрева продукта. В зависимости от типа продукта – конвективно или кон-дуктивнопрогреваемого, нагрев происходит по разному. Поэтому обязательно учи-тывается консистенция продукта - жидкая (соки, пюре) и густая (джем, томатная паста, паштет).

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ ДЛЯ

ПОДГОТОВКИ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ К РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ

Недбайло А.Е., Целень Богдан Ярославович (докладчик), Иваницкий Г.К., Коник А.В. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. ак.Булаховского, 2, Киев, 03164, Украина, тел. +38(044) 424-14-96, e-mail: [email protected]

Для современной пищевой индустрии молочная сыворотка не считается по-бочным продутом производства творога и сыра, т.к. содержит значительное количе-ство ценных компонентов. Она служит сырьем для получения концентратов и изо-лятов сывороточных белков, используется, как компонент для корма сельскохозяй-ственных животных, в хлебобулочной и пищевой промышленности. Однако, полу-чение сухих форм сыворотки по-прежнему занимает основное место среди направ-лений ее переработки. Состав молочной сыворотки определяется видом производи-мого продукта и существенно влияет на возможности дальнейшего сушения. Основ-ной задачей подготовки молочной сыворотки к процессу сушки являются снижение содержания молочной кислоты и перевод лактозы из аморфного состояния в кри-сталлическое, что позволит улучшить и значительно облегчить процесс ее сушки; повысить производительность сушильной установки; улучшить качество продукта: сыпучесть, гигроскопичность, а также увеличить выход готового продукта. Под кристаллизацией лактозы подразумевают одновременное образование ее кристаллов в пересыщенном растворе. Данные исследований воздействия ультразвуковой кави-тации на концентрированную подсырную сыворотку показали ее эффективность в процессах кристаллизации лактозы. Более того, обработка таким способом позволя-ет достигать большего количества кристаллов при уменьшении их средних разме-ров, что положительно влияет на процесс сушки. Однако, использование ультразву-ковых устройств диктует применение аппаратов периодического действия. Для не-прерывного производства сухой сыворотки мы предлагаем использование гидроди-намической кавитации, реализующейся в кавитаторах роторного типа. Более того, использование гидродинамической кавитации целесообразно проводить на двух

143



этапах обработки. Наши исследования показали, что такая обработка позволяет сни-зить кислотность продукта (повысить рН среды), повысить термоустойчивоть сыво-роточных белков. Первый стоит проводить перед термообработкой сыворотки и концентрированием в вакуумновыпарных аппаратах. Второй этап, направленный на кристаллизацию лактозы в молочной сыворотке, стоит проводить после выпарива-ния. Предложенная технология находится на стадии разработки, проведены предва-рительные исследования по воздействию кавитации на кислотность и белки молока, получены положительные результаты.

ЗАСТОСУВАННЯ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ДЛЯ ПРОЦЕСУ

АКТИВАЦІЇ ВАПНЯНОГО МОЛОКА Дубовкіна Ірина Олександрівна Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-31-94, e-mail: [email protected]

Мета роботи. Дослідження впливу гідродинамічної обробки для процесу ак-тивації вапняного молока при очищенні дифузійного соку у виробництві цукру з цукрових буряків.

Результати. Під час досліджень було використано загальнонаукові методи, спеціальні методи, тривимірне об’ємне параметричне імітаційне моделювання та ві-зуалізацію, математичне моделювання, чисельний експеримент, оптичну мікроско-пію, метод потенціометричних вимірювань, хімічний метод Вінклера. Експеримен-тальні дослідження одержаних в результаті гідродинамічної обробки зразків та кон-трольних зразків проводились з використанням стандартного лабораторного вимі-рювального обладнання та стандартних методик.

Показано, що застосування гідродинамічної обробки для процесу активації вапняного молока при вапнуванні дифузійного соку у виробництві цукру з цукрових буряків є актуальним та перспективним.

Під час експериментальних досліджень було вивчено зміну водневого показ-ника води, підготовленої для процесу активації з використанням гідродинамічної обробки. При проведенні активації вапняного молока, в процесі очищення дифузій-ного соку, скорочення сировини становить15%.

За допомогою тривимірного об’ємного параметричного імітаційного моделю-вання, проведення процесів візуалізації, математичного та чисельного моделювання було встановлено, що величина лінійної швидкості потоку для проведення процесу гідродинамічної обробки повинна становити близько 20-25 м/с, при таких швидкос-тях спостерігається максимальна ефективність проведення процесу активації вапня-ного молока.

Показано, що зниження окисно-відновного потенціалу під час оброблення во-ди та водних розчинів досягає максимального значення при тривалості процесу гід-родинамічної обробки – 200 с, при подальшій обробці значних змін окисно-відновного потенціалу не відбувається.

Під час застосування гідродинамічної обробки зниження окисно-відновного потенціалу сягає 65% у порівнянні із початковим значенням.

Висновки. Було встановлено, що застосування гідродинамічної обробки для

144



активації вапняного молока в технологічному процесі очищення дифузійного соку може в значній мірі підвищити продуктивність, замінити періодичний процес обро-блення на безперервний, скоротити тривалість процесу активації, зменшити витрати вапняного молока, знизити енерговитрати.

ТЕХНОЛОГІЯ БІЛКОВИХ ГІДРОЛІЗАТІВ

ДЛЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ХАРЧУВАННЯ Декуша Ганна Валеріївна (доповідач), Авдєєва Л.Ю., Жукотський Е.К. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. М.Капніст, 2а, Київ, 03057, Україна, тел. +38(044) 453-28-44, e-mail: [email protected]

Аналіз наукової та патентної літератури свідчить про активний розвиток на-прямку промислового виробництва продуктів та препаратів на основі білкових гід-ролізатів для спеціального дієтичного харчування. Білкові гідролізати представля-ють собою продукти ферментативного розщеплення білків, в результаті якого утво-рюються пептиди різної молекулярної маси та вільні амінокислоти. Вважається, що пептиди з молекулярною масою 2-3 кДа не проявляють алергенних властивостей та легко засвоюються організмом людини. Такі продукти використовуються для хар-чування для людей з підвищеною білковою та енергетичною потребами.

Метою роботи є розробка технології продукту на основі високогідролізованих білків в сухій формі для спеціального дієтичного харчування.

Результати. Проведено дослідження кінетичних закономірностей процесу ферментативного гідролізу високобілкових компонентів тваринного та рослинного походження при використанні різноманітних протеолітичних ферментних препара-тів в залежності від їх масових концентрацій, гідромодуля та часу інкубації. Визна-чено раціональні технологічні параметри процесу та доведено можливість отриман-ня великої глибини гідролізу білків (до 80 %) за короткий проміжок часу. Дослідже-но можливість використання принципу дискретно-імпульсного введення енергії (ДІВЕ), розробленого в ІТТФ НАН України, при відновленні та гідратації високобі-лкових компонентів.

Правильний вибір ферментного препарату та раціонально підібрані технологі-чні режими та параметри дозволили провести направлений гідроліз та отримати продукт заданого амінокислотного складу та низької молекулярної маси (3-5 кДа).

Отриманий продукт представляє собою комплекс пептидів та вільних аміно-кислот з високою біологічною цінністю, що легко засвоюється і не викликає алергі-чних реакцій.

Висновки. Розроблено технологію виробництва гідролізованих білків в сухій формі, яка характеризується високою економічною ефективністю. За результатами експериментальних досліджень визначено раціональні технологічні параметри про-цесу ферментативного гідролізу. Доведено доцільність використання методу ДІВЕ при відновленні високобілкових компонентів у водному середовищі, який дозволив максимально повно провести гідратацію суміші білків тваринного та рослинного походження для подальшого проведення процесу ферментативного гідролізу.

145


ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ АБСОРБЦІЇ КИСНЮ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ІННОВАЦІЙНОГО

ТЕПЛОМАСООБМІННОГО ОБЛАДНАННЯ Ободович О.М., Сидоренко Віталій Володимирович (доповідач), Азаров С.П., Хоменко В.О. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, м.Київ, 03164, Україна, тел.+38(044) 424-96-34, e-mail: [email protected]

Метою роботи є дослідження процесу поглинання кисню у воді сульфітним методом в експериментальній установці з роторно-пульсуючим апаратом з різним розташуванням ежекторних вузлів і визначенням ефективності аерації.

Результати. Експериментальна аераційна установка є комбінованою з механі-чним та струменевим способом аерації, та включає аератор-окислювач, який є рото-рно-пульсаційним апаратом та водо-повітряні ежектори, один на вході роторно-пульсаційного апарата, інший – на виході. Схема установки дозволяє проводити ае-рацію з кожним ежектором окремо. Було визначено гідравлічні та енергетичні хара-ктеристики роботи установки за кожної з двох схем.

Ефективність аерації за обома схемами визначалась методом хімічного окис-лення сульфіту натрію, що був складовою водного модельного розчину киснем з по-вітря, що подає установку.

Всі експерименти виконувались за наступних початкових умов: об’єм рідини 10 л, концентрація сульфіту натрію 10 мг/л, температура 15оС. Проби відбирались через кожні 5 хв. впродовж 20 хв.

Експерименти були проведені для швидкостей обертання роторного вузла ро-трорно-пульсаційного апарата – 38,2, 43,0 та 47,75 об/с. В ході експериментів ката-лізатор не використовувався.

На основі отриманих даних побудовано графіки залежності концентрації су-льфіту натрію від часу експерименту. Отримана крива за методом найменших квад-ратів апроксимується в пряму. Швидкість масопереносу кисню (сульфітне число) визначається, як тангенс кута нахилу цієї прямої до вісі абсцис.

Висновки. Встановлення ежектора на вході РПА при аерації водних розчинів показало більш високу швидкість масопереносу кисню, за менших енергетичних ви-тратах на аерацію та перемішування водо-повітряної суміші.

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІКИ ТЕПЛОМАСОПЕРЕНОСУ

В БАГАТОЧАННІЙ ЖАРОВНІ Сорокова Н.М.1, Дідур Володимир Володимирович2 (доповідач) 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 424-96-28, е-mail: [email protected] 2Уманський національний університет садівництва, Умань, Україна

Розробка ефективних режимів вологотеплової обробки (жаріння) насіння олійних культур, що є складовим процесом в технології виготовлення рослинної олії, спрямована на підвищення виходу і якісних показників олії та оптимізацію енерговитрат при її проведенні. Режими жаріння визначаються закономірностями

146




процесів тепло- і масопереносу в дисперсних пористих системах, дослідження яких експериментальним шляхом представляє технічно складну і витратну задачу.

Мета. Створення адекватної математичної моделі та методу розрахунку дина-міки тепломасоперенсу і фазових перетворень при жарінні м’ятки.

Результати роботи. Математична модель будується на базі диференційного рівняння переносу субстанції [1] з урахуванням наступних умов. Жаріння здійсню-ється у багаточанних жаровнях і включає два етапи: зволоження у першому чані по-дрібненої сировини зазвичай гострою парою до оптимальних для подальшої оброб-ки значень вологовмісту і температури; поступове висушування в решті чанів зво-ложеної м’ятки, в результаті якого створюється оптимальна структура мезги для по-дальшого пресування. Чани кожної секції жаровні мають циліндричну форму і яв-ляють собою турбінні мішалки з плоскими лопатками біля днищ. Обертальні рухи мішалки викликають складний рух окремих частинок мезги, збільшуючи порозність дисперсного шару. Стінки чанів нагріваються за рахунок теплоти конденсації глухої насиченої пари. Випаровування вологи з контактуючих зі стінками прошарків, та вихід її на зовнішню поверхню шару забезпечує самопропарювання частинок. Шар м’ятки розглядається як багатокомпонентна колоїдна капиллярно-пориста дисперс-на система, що включає в себе кістяк, рідку фазу у вигляді води і олії та парогазову суміш. Примусове зволоження м’ятки у першому чані сприяє заповненню водою транспортних пор дисперсної системи і дозволяє вважати, що рідка фаза рівномірно розподілена по об’єму шару. Концентрація олії у м’ятці в процесі жаріння не зміню-ється, тому масоперенос відбувається у вигляді рідкої, парової і повітряної фаз, а та-кож за рахунок фазових перетворень.

Висновки. Порівняння результатів математичного моделювання з даними, отриманими з розрахунків матеріального і теплового балансів для кожного чану в процесі жаріння м’ятки рицини свідчить про адекватність математичної моделі та ефективність методу розрахунку.

Література 1. Никитенко Н.И., Снежкин Ю.Ф., Сороковая Н.Н., Кольчик Ю.Н. Молекулярно-радиационная

теория и методы расчета тепло- и массообмена. К.: Наукова думка, 2014. 744 с.

ВИЗНАЧЕННЯ ГІДРОДИНАМІЧНИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ ПРОВАЛЬНИХ ТАРІЛОК В МАСООБМІННИХ КОЛОННИХ АПАРАТАХ ЦИКЛІЧНОЇ ДІЇ

Булій Юрій Володимирович1 (доповідач), Ободович О.М.2

1Національний університет харчових технологій, вул. Володимирська, 68, Київ, 01601, Україна, тел. +38(044) 287-94-30, e-mail: [email protected] 2Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. ак.Булаховського, 2, Київ, 03164, Україна, тел. +38(044) 456-62-82, e-mail: [email protected]

Для підвищення ефективності масообміну колонні апарати оснащують про-вальними тарілками. Відсутність зливних пристроїв спрощує їх конструкцію, дозво-ляє збільшити робочу площу на 15-30% і підвищити продуктивність апаратів в 1,5-2 рази. Недоліком їх роботи є недостатній проміжок часу контакту пари і рідини та відсутність методів визначення гранично допустимих значень швидкості пари в їх отворах.

147




Мета роботи – дослідження гідродинамічних режимів, при яких відбувається утримання рідини на провальних тарілках та її перелив (провал) через барботажні отвори, визначення величини бризковиносу.

Результати. Запропоновано спосіб масообміну, що передбачає затримку ріди-ни на полотні провальних тарілок для подовження часу контакту пари та рідини. Визначені умови, при яких відбувається перелив (провал) рідини через барботажні отвори з верхніх тарілок на нижні.

Дослідження проводили на експериментальній колоні в системі вода-повітря. Об’єктом досліджень слугували сітчасті та лускоподібні тарілки без переливних пристроїв. Витрати рідини контролювали за допомогою витратоміру РМ, швидкість повітря у вільному перерізі колони - анемометром МС-13. Діаметр колони – 300 мм, кількість тарілок – 5, відстань між тарілками – 300 мм, вільний переріз тарілки – 2,6%, висота шару рідини – 35 мм, діаметр отворів сітчастої тарілки – 2,4 мм, площа перерізу отворів лусок – 19,42 мм. Витрати повітря змінювали в інтервалі 1-15 дм3/с, що відповідає зміні швидкості в отворах 1,5-10 м/с. Щільність зрошення для сітча-стих тарілок становила 4-11 м3/м2·год, для лускоподібних 5-15 м3/м2·год.

В ході досліджень були визначені гранично допустимі значення швидкості па-ри у вільному перерізі колони (Vлін) та в барботажних отворах (Vотв), при яких рідина утримується на тарілці, і не відбувається бризковиніс. Для сітчастих тарілок: Vлін=0,25-0,7 м/с, Vотв=5,4-8 м/с; для лускоподібних: в барботажному режимі Vлін=0,5-0,9 м/с, перехідному Vлін=0,9-1,3 м/с, струменевому Vлін=1,3-2 м/с; Vотв=6,5-2 м/с. Відносна величина бризковиносу (е) у визначених умовах роботи сітчастих тарілок не перевищувала 0,01 кг рідини на 1 кг повітря, лускоподібних тарілок – в перехідному режимі 0,1 кг/кг, в струменевому 0,2 кг/кг.

Висновки. Визначені гідродинамічні режими роботи провальних тарілок з контрольованими циклами затримки та переливу рідини через барботажні отвори. Результати досліджень можуть бути використані при проектуванні масообмінних апаратів циклічної дії.

148

1. 2. 3. 4. 5. 6.ittf.kiev.ua/wp-content/uploads/2019/08/zhurnal.pdf · xІ МІЖНАРОДНА...

Documents

Transcript of 1. 2. 3. 4. 5. 6.ittf.kiev.ua/wp-content/uploads/2019/08/zhurnal.pdf · xІ МІЖНАРОДНА...