РОЗРАХУНКОВА ОЦІНКА ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АЗОТУ ЯК РОБОЧОГО ТІЛА ПОРШНЕВОГО КРІОДВИГУНА. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ

image_print
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 0131-2928 (Print), 2411-0779 (Online)
Випуск Том 22, № 1, 2019 (Березень)
Сторінки 76-83

 

Автори

А. М. Лєвтєров, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: dppp@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-5308-1375

К. Р. Умеренкова, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0002-3654-4814

 

Анотація

Транспортні засоби з двигунами внутрішнього згоряння (ДВЗ), що використовуються на багатьох підприємствах або об’єктах з підвищеною пожежонебезпекою (аеропорти, доки, елеватори, хімічні заводи, нафтопереробні підприємства), можуть являти собою джерела займання через особливості їхнього технологічного (робочого) циклу. Останнім часом увагу розробників транспортних засобів привертають альтернативні двигунам внутрішнього згоряння силові установки (електродвигуни, гібридні силові установки, а також кріодвигуни), які можуть забезпечити, в тому числі, і більш високу пожежну безпеку транспорту. Кріодвигуни як силові установки набувають особливого значення для спеціальних транспортних засобів, що експлуатуються в структурі вищевказаних пожежонебезпечних об’єктів. Як робоче тіло для кріодвигуна може застосовуватися скраплений азот, а гарячим джерелом для реалізації робочого циклу доцільно використовувати теплоту навколишнього середовища. Азот є найбільш доступним негорючим газом, тому з економічних міркувань він найбільш прийнятний як робоче тіло для поршневого кріодвигуна, за таких обставин не порушується баланс вмісту азоту в атмосфері. Підвищений інтерес до створення кріогенних силових установок для транспортних засобів зумовив актуальність детального дослідження термодинамічних і кінетичних характеристик (коефіцієнтів переносу) молекулярного азоту в широкому діапазоні тисків і температур. У статті наведено оригінальний метод і результати розрахунку теплопровідності азоту, використовуваного як робоче тіло для транспортних поршневих установок. Подано опис розробленої математичної моделі кінетичних характеристик щільних молекулярних середовищ (газів і рідин). Математична модель і обчислювальні процедури грунтуються на формальній схемі Енскога і на статистико-механічному підході в рамках термодинамічної теорії збурень без залучення емпіричних параметрів. Особливостями методу є: достатній мінімум вихідної інформації, висока точність, застосовність для будь-яких практично важливих діапазонів станів. На прикладі газоподібного і рідкого азоту наведено порівняння розрахункових значень теплопровідності з наявними в літературі експериментальними даними для тисків до 5 МПа в інтервалі температур 80–300 K. Результати розрахунків, виконаних за запропонованою методикою, дозволяють прогнозувати кінетичні характеристики азоту в недосліджених експериментально діапазонах станів аж до тиску 1000 МПа і температур до 5000 K. Похибки розрахунків теплопровідності азоту знаходяться на рівні звичайних експериментальних помилок.

 

Ключові слова: поршневий кріодвигун, азот, кінетичні характеристики, робоче тіло, теплопровідність, математична модель.

 

Література

  1. Plummer M. C., Koehler C. P., Flanders D. R. Cryogenic heat engine experiment. Proc. of 1997 Cryogenic Eng. Conf., Portland, July 1997, USA. P. 7.
  2. Туренко А. Н., Пятак А. И., Кудрявцев И. Н. Экологически чистый криогенный транспорт: современное состояние проблемы. Вестн. Харьк. автомоб.-дор. техн. ун-та. 2000. Вып. 12–13. С. 42–47.
  3. Левтеров А. М., Умеренкова К. Р. Расчетная оценка теплофизических свойств азота, как рабочего тела поршневого криодвигателя. Ч I. Математическая модель фазовых равновесий. Пром. теплотехника. 2013. Т. 35. № 4. С. 90–95.
  4. Левтеров А. М., Умеренкова К. Р. Расчетная оценка теплофизических свойств азота, как рабочего тела поршневого криодвигателя. Ч II. Вычисление теплоемкости. Пром. теплотехника. 2014. Т. 36. № 2. С. 93–100.
  5. Левтеров А. М., Умеренкова К. Р. Расчетная оценка теплофизических свойств азота, как рабочего тела поршневого криодвигателя. Ч. III. Вычисление энтальпии и энтропии. Пром. теплотехника. 2015. Т. 37. № 2. С. 32–38.
  6. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 930 с.
  7. Маринин В. С. Теплофизика альтернативных энергоносителей. Харьков: Форт, 1999. 212 с.
  8. Умеренкова К. Р, Маринин В. С. Термодинамические свойства и фазовые равновесия предельных углеводородов и их смесей. I. Физическая модель и метод расчета. Вiсн. НТУ “ХПI”. Сер. Хiмiя, хiмiчна технологiя та екологiя. 2002. Т. 2. № 2. С. 3–9.
  9. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982. 592 с.
  10. Малков М. П., Данилов И. Б. Справочник по физико-техническим основам криогеники. 3-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985. 432 с.
  11. Варгафтик Н. Б., Филиппов Л. П. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 352 с.
  12. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.

 

Надійшла до редакції 24 жовтня 2018 р.

Прийнята до друку