Студенець Віктор Петрович. Термодинамічні властивості та характеристики високодисперсних ліофобних систем як нових гетерогенних робочих тіл

brief description

Студенець Віктор Петрович. Термодинамічні властивості та характеристики високодисперсних ліофобних систем як нових гетерогенних робочих тіл. : Дис... канд. наук: 05.14.06 2008

Студенець В.П. Термодинамічні властивості та характеристики високодисперсних ліофобних систем як нових гетерогенних робочих тіл. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 технічна теплофізика та промислова енергетика. Національний технічний університет України КПІ”, Міністерство освіти і науки України, Київ, 2008р.
Дисертація присвячена розробці термодинамічних та теплофізичних основ синтезу нових гетерогенних робочих тіл (ГРТ) на базі вискодисперсних ліофобних систем (ВЛС) для різних класів енергопристроїв і стосується розробки методик визначення теплофізичних властивостей ВЛС в ізотермічних процесах стиснення-розширення”, коли система здатна до накопичення енергії за рахунок утворення міжфазової поверхні.
З метою дослідження ВЛС рідина капілярно-пористе тіло (КПТ), що не змочується цією рідиною” запропоновано термодинамічну модель ВЛС на базі капілярної, глобулярної та губчастої моделей КПТ, яка містить механізм феномену гістерезису в процесі стиснення-розширення ВЛС та дозволяє розробити загальну методику визначення основних теплофізичних властивостей ВЛС: тиск інтрузії та екструзії; об’єм інтрузії; роботу та теплоту процесів інтрузії та екструзії; зміну внутрішньої енергії міжфазної поверхні; змочувальну, топологічну та адгезійну гістерезисні складові; ізотермічний коефіцієнт стискання і термічний коефіцієнт тиску.
Проведено експериментальне дослідження процесів стиснення-розширення у ВЛС з метою кількісного визначення теплофізичних характеристик системи у цих процесах, зокрема, гістерезису, та перевірки запропонованих методик.
Розвинуто існуючі термодинамічні та теплофізичні основи синтезу ГРТ для різних класів енергопристроїв. Розроблено, виготовлено та випробувано наступні енергопристрої на базі ГРТ: автомобільний амортизатор (гідрокапілярний демпфер), автомобільний бампер (на базі гідрокапілярних демпферів), виконавчий енергопристрій (на базі гідрокапілярного акумулятора).

У дисертаційній роботі наведено нове рішення науково-технічної задачі, спрямованої на конструктивний розвиток та підвищення питомої енергоємності енергопристроїв на базі нових гетерогенних робочих тіл. При цьому досягнута кінцева мета роботи розроблено методики визначення теплофізичних властивостей і характеристик ГРТ в умовах існування гістерезису в ізотермічних процесах їх стиснення-розширення; поглиблено термодинамічні і теплофізичні уявлення про ГРТ і розроблено пропозиції щодо їх синтезу для різних класів енергопристроїв: гідрокапілярних акумуляторів і дисипаторів енергії.
На основі виконаного термодинамічного моделювання основних складових процесу стиснення-розширення високодисперсних ліофобних систем на різних температурних рівнях вперше отримані наступні наукові результати.
1. Проведено теоретичне дослідження термодинамічних аспектів процесів стиснення-розширення ВЛС. Запропоновано та досліджено моделі ВЛС, що містять механізми гістерезису у процесах стиснення-розширення. Визначено фактори формування гістерезисної петлі у даному процесі. Фактично, розроблено основи термодинамічної теорії гістерезису у ВЛС.
2. Розроблено загальну методику визначення основних теплофізичних властивостей ВЛС у процесі стиснення-розширення: тиску інтрузії; тиску екструзії; приведених величин гістерезису змочування, топологічного гістерезису, адгезійного гістерезису; приведених величин сумарного гістерезисута; коефіцієнтів стискання радіусу, поверхні, об’ємута формипор; термічних коефіцієнтів тиску інтрузіїта екструзії.
3. Проведено експериментальне дослідження процесів стиснення-розширення у ВЛС з метою кількісного визначення теплофізичних властивостей системи у цих процесах, зокрема, гістерезису, та перевірки запропонованих методик. Зроблено висновок про задовільний якісний та кількісний опис зазначеними методиками процесу ізотермічного стиснення-розширення у ВЛС.
4. Проведено теоретичне дослідження теплоємності ВЛС у процесах стиснення-розширення та її зв’язку з гістерезисними явищами. Отримано негативне значення величини поверхневої теплоємності рідкої компоненти ВЛС та її співвідношення з об’ємною теплоємністю.
На основі застосування одержаних наукових результатів отримані наступні практичні результати.
1. Розвинуто існуючі термодинамічні та теплофізичні основи синтезу ГРТ для різних класів термомолекулярних енергопристроїв, зокрема, отримано вирази для розрахунку питомої енергоємності ГРТ. Синтезовано наступні робочі тіла:
1) СХ-1,5 + Hg”, 2) КСК-Г + H2O”, 3) ІХС-500 + Hg”, 4) КСК+Л82”.
Отримано величини питомої енергоємності ГРТ для пристроїв різного класу (гідрокапілярних акумуляторів та демпферів):
2. Розроблено, виготовлено та випробувано наступні енергопристрої на базі синтезованих ГРТ: автомобільний амортизатор (гідрокапілярний демпфер), автомобільний бампер (на базі гідрокапілярних демпферів), виконавчий енергопристрій (гідрокапілярний акумулятор).
3. Доведено працездатність нових робочих тіл в умовах реальних навантажень у дійсному масштабі часу. Встановлено, що гідрокапілярні амортизатори значно перевищують традиційні в’язкісні аналоги за питомою енергією дисипації (питома енергоємність знаходиться у діапазоні 18 МДж/м3і залежить тільки від амплітуди переміщення, питома потужність дисипації наближається до 50 МВт/м3і пропорційна робочій частоті), мають більш комфортну робочу характеристику, спрощену гідромеханічну частину, більш екологічні. Питома енергоємність акумуляторів на базі ГРТ наближається до відповідних значень традиційних аналогів (пневмогідроакумуляторів). Крім того, гідрокапілярні акумулятори мають значно кращу робочу характеристику.
4. Підтверджено, що ключову роль у величині енергоємності даних енергопристроїв відіграє наявність гістерезисної петлі як комплексної характеристики ГРТ, а також можливість регулювання її величини у процесі синтезу робочого тіла для пристроїв різного класу.