Розрахункова оцінка теплофізичних властивостей азоту як робочого тіла поршневого кріодвигуна. Визначення теплопровідності
Ключові слова:
поршневий кріодвигун, азот, кінетичні характеристики, робоче тіло, теплопровідність, математична модельАнотація
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.Посилання
Plummer, M. C., Koehler, C. P., & Flanders, D. R. (1997). Cryogenic heat engine experiment. Proc. of 1997 Cryogenic Eng. Conf., Portland, July 1997, USA, 7 p.
Turenko, A. N., Pyatak, A. I., & Kudryavtsev, I.N. (2000). Ekologicheski chistyy kriogennyy transport: sovremennoye sostoyaniye problemy [Environmentally friendly cryogenic transport: Current state of the problem]. Vestn. Khark. avtomob.-dor. tekhn. un-ta. – Bulletin of Kharkov National Automobile and Highway University, iss. 12–13, pp. 42–47 (in Russian).
Levterov, A. M. & Umerenkova, K. R. (2013). Raschetnaya otsenka teplofizicheskikh svoystv azota, kak rabochego tela porshnevogo kriodvigatelya. Ch. I. Matematicheskaya model fazovykh ravnovesiy [Estimated assessment of the thermophysical properties of nitrogen as the working fluid of a piston cryo engine. Part I. Mathematical model of phase equilibria]. Prom. teplotekhnika − Industrial Heat Engineering, vol. 35, no. 4, pp. 90–95 (in Russian).
Levterov, A. M. & Umerenkova, K. R. (2014). Raschetnaya otsenka teplofizicheskikh svoystv azota, kak rabochego tela porshnevogo kriodvigatelya. Ch. II. Vychisleniye teployemkosti [Estimated estimate of the thermophysical properties of nitrogen as the working fluid of a piston cryo engine. Part II. Calculation of heat capacity]. Prom. teplotekhnika − Industrial Heat Engineering, vol. 36, no. 2, pp. 93–100 (in Russian).
Levterov, A. M. & Umerenkova, K. R. (2015). Raschetnaya otsenka teplofizicheskikh svoystv azota, kak rabochego tela porshnevogo kriodvigatelya. Ch. III. Vychisleniye entalpii i entropii [Estimated assessment of the thermophysical properties of nitrogen as the working fluid of a piston cryo-engine. Part III. Calculation of enthalpy and entropy]. Prom. teplotekhnika − Industrial Heat Engineering, vol. 37, no. 2, pp. 32–38 (in Russian).
Girshfelder, Dzh., Kertiss, Ch., & Berd, R. (1961). Molekulyarnaya teoriya gazov i zhidkostey [Molecular theory of gases and liquids].Moscow: Izd-vo inostr. lit., 930 p. (in Russian).
Marinin, V. S. (1999). Teplofizika alternativnykh energonositeley [Thermophysics of alternative energy carriers].Kharkov: Fort, 212 p. (in Russian).
Umerenkova, K. R. & Marinin, V. S. (2002). Termodinamicheskiye svoystva i fazovyye ravnovesiya predelnykh uglevodorodov i ikh smesey. I. Fizicheskaya model i metod rascheta [Thermodynamic properties and phase equilibria of saturated hydrocarbons and their mixtures. I. Physical model and calculation method]. Visn. NTU “KhPI”. Ser. Khimiia, khimichna tekhnolohiia ta ekolohiia – Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Chemistry, Chemical Technology and Ecology, vol. 2, no. 2, pp. 3–9 (in Russian).
Rid, R., Prausnits, Dzh., & Shervud, T. (1982). Svoystva gazov i zhidkostey [Properties of gases and liquids].Leningrad: Khimiya, 592 p. (in Russian).
Malkov, M. P. & Danilov, I.B. (1985). Spravochnik po fiziko-tekhnicheskim osnovam kriogeniki. 3-ye izd. [Handbook on physico-technical fundamentals of cryogenics (3 rd ed.)].Moscow: Energoatomizdat, 432 p. (in Russian).
Vargaftik, N. B. & Filippov, L. P. (1990). Spravochnik po teploprovodnosti zhidkostey i gazov [Handbook of thermal conductivity of liquids and gases].Moscow: Energoatomizdat, 352 p. (in Russian).
Vargaftik, N. B. (1972). Spravochnik po teplofizicheskim svoystvam gazov i zhidkostey [Handbook on thermophysical properties of gases and liquids].Moscow: Nauka, 720 p. (in Russian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 A. M. Levterov, K. R. Umerenkova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
