Исследование процессов криоконденсационного разделения газовых смесей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДШШ НАУК УКРАИНЫ

физино-техническии институт низких температур им. Б.И. Веркина

На ггрпзах рутсоготсл

I

Колгатки Атоксандр ГештдтгвЕттч

НООВДОВДВИВ ПРОЦЕССОВ КРЙОНОЩЕЯСАЩОШЮГО РАЭДЕВДОИ газовых смесей

01.04.09 - фкзина низких тешторатур

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков-_1994

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена на кафедре технической крнсфкзшш Харьковского государственного политехнического университета.

Научные руководители

доктор технических наук, профессор А.Г.Подольский; кандидат технических наук, доцент В.Н.Кухаренко.

Официальные оппоненты

доктор технических изук, В.Б.Еферов;

кандидат технических наук, В. Н. Щелкунов.

Ведущее предприятие -Харьковский государственный университет им. А.Горького.

Звярта состоится "31 " января_1335 г. в ' на

заовдаяпЕ опвцсашзвровашгого совета Е.016.27.02 прк йгзпко-тэхнпчэском институте шзкпх тогятаратур см. Б.И.Вэр:зп1а 11ДН Украины (310164, г. Харьков, пр. Ленина, 47).

С диссертацией мэсно оанаиоггггься в бз&сотзко Спзссо-технпческого института швш теглгорвтур е.". Б.й.Еаркск; 1Ш1 Украины (310164, г. Харьков, пр. Ленина, 47).

Автореферат разослан " ^Ы&кр-Я-- 1994

г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета К 016.27.02

кандидат технических наук _. А.Ы.Кислое

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Кркоковденсацяаныоо разделение гвзоеых ало сей находит иирокоо пр:з?,:онопио в процессах химической технологии, в холодильной и криогенной технике: очистка воздуха в авто номных дахатвлышг аппаратах; извлечение редких и дорогостоящих rasca; очистка рабочих газовых смесей в розлпчшх технологических схемах. В связи о обострением экологической проблека в !Лире, особу» актуальность приобретает пржопйше криогенной дэсублнмацгн для очистки дымовых ГЕССП II П2ВЛ0ЧСПИЯ КЗ них ценных продуктов.

При разработке оястагг крногенноЭ техники приходится считаться с вредным влиянием криоосадка, накашиващэгася па кркоповорхпостях п з каналах трубопроводов, на технологячесяпэ парс."отри л работоспособность установок. Еще более остро нспрос о необходимости доследования крыоосадка встает в связи с розззясаа рккэтпо-иосзической техники, при использовала криогенных продуктов.

В настоящее вре?ля опубликовано большое количество

ВКСШр2?.!0П7елЫ2Е рЗбСТ, ПООВ1ЩВ1Ш11Ж. ЕССЛЗДОВЗНШ ИДО я -

кряоосадка И^О- В последнее время появились экспериментальные реботы по десублЕкации COg. ДесублЕкация других вептэстз исследовано недостаточно. Следует отметить, что несмотря па больяое число опубл^ковашшх результатов Бксяэрзмэнтоп тесрлл процесса исследовала недостаточно 11).

Среда f.'отодоз расчета аппаратов крзоконденсацношого разделения газсшг crsoceít преобладают феноызнологическЕЭ методики. В последнее вргмл получало развитие численное ягоде дяро$анзэ процесса крпоконденсацаа. В втоы направлении открыт широкий (£ронт работ по повшенкв уровня моделирования, точности моделей, их универсальности. Вазная задача - комплексное моделирование, учитивакдее ф513нко-хи.!ЯЧОС1С11Э явления на различных уровнях, что позволит снизить числа витраческш: и подгоночных параметров в моделях.

Работа выполнялась на кафедре технической криофизики Харьковского политехнического института в соответствии с х/д темами : N ГР 0188.0087ББ0, N ГР 0188.0087551, N ГР 0190.0036969.

Ш£2 тшботк.

1. Проаэоха творозачэоков шолэдовапгэ п разработать

кэдель процесса ©эршрохшаяк кркоосадаа кз

газовпг скяэсеЁ.

2. На ооаовзииы комплексного таэрэкхчоспого анклаве pL^aioiEi'b ште-пзтетескую ыздэль прзцзсоа iqr^oi^oiioaiyraaaorp рпздэлэззш газовая с?,:зсз£ в пороком дилп^сс::; ксшцэатрЕцгз аагараягваэюго ко;дхонэягв, викмзеда рзсчаг пгаиюотЕ кретосадка.

IMSmi понизив.

1. Проведено моделирование процесса форьзронанЕЯ крлоосадка: разработана ивогоцконараая катоглатпчвская

noc.iVÄOeaiXO ргскрздзлевдо плоизюог.г по слал;

np^'.uc-iio- о* >;:ро::иэршй чтгола подоЗцк.

ьоо-ГйЦ1.окорнал ir^c^si'TT^äcr.-v: годэл:-раздол^игл iv.ror.:;:: cvsö;^. .. .. i' д^ле^оло концоь'грацгГ 1'л::орсг;;:г;гз;логй

us0!D£05iv: крноосгдаг.

0. CJooko^ssd i:o-j;-.CK-xoßTb обоспочотгя

кр-.o-j;.;; г, слсзддадай наркоте« орсдз г прадлсг-зг порэдо;: bMöüpa нвоЗхом'-'-^ для втого карвглотроз.

тг-^пгп- чг;^г)гу;ч, рэзуд&Г870В Г» обосеоглтшооть Ш^ОДОЗ обзог-лс^агсй идокваиегл Екборэк тшсчзтпоИ мэдзлг прзцосра, удоаьотвор^аодьшм соглаоовзкяок результатов расчетного моделирования о экспорииэнтвльнша доннамк и сопоставленном результатов с даяпш.ы других авторов.

Практическая значимость.

1. ПреддоЕэн метод быстрое оценки плотности краоосадка любого вещества по когяшэкту двумерных диаграмм с использований!,; безразмерных чисел подобия.

2. На основе математической модели разработана иотодака поверочного теплового расчета, тешообмецщша-вжорашЕателя, отличающаяся большей универсальностью относительно состава смеси, геометрии аппарата и данамаки изменения роггыннх параметров процесса го времени.

3. IIa основании вычислительных экспериментов выработаны рекомендации по улучшению эксплуатационных характеристик тэшюобшшшка-ЕЫмйраЕавателя ксенона пз смеси Ng-Xe путей управления решшшш! параметрвш процесса.

■4. Обоот-тована яозмопяооть обеспечения рпитскэрной тшоадяи хфиоооадка з теплоемкой пористой среде ;; продлоггая порядок скбора необходимых для этого яаратлэтрсв.

Внедрение.

1. Результаты исследований попользовались прп прооктароваяпи копухотрубшг тэш:ооСквяня;юв-г.1йхрпглЕато,-оЯ Хэ яз сгаеа '¡2-^0 я С02 зга снося Й2-Нв-С02, кггасс тешгооСмештасов-Етасрпглтвтзлэа Н^О п шсэл "С-20 я КС-19 :тз потоке Ив. 2. Штодяка поверочного тоелопого рзстотз па "ГМ ■гаплооСкбппякозз-ЕгггъорагзиатолоЯ офорляеяп л гядэ прсгрс.?™^ па япшсв ТитЬоРп8са1 для ЗЕТ ?С и РЬ-1 длл ЕС ПГЛ.

.Дттробптггя тзпбоп. Результата работа доклалп:агя1ь я обсугтдютсь на гз^тупародясЯ тсоггТлрлтп^тп Т'сгзпотэр: т.т-чутп, тозптхо, гэхяологпя, здсросье" (ларьков, 3-13 гсяя 1893 г.).

глту^Осговтаэ Еэлсятпя дяссэрттцяя гзлотста я 5

-?тг;-б,т:~сг"л7т"!~ 5 ^рестгтгоггттчх рукоят?«!".

"зтзясат трс-х доялпдоя.

ПЗйРЛ3! Дгчзсорт^цясяявя робота, состойся гп к^одохзтя, пстарэх глаз, осяяэтется, сяяска ллторзтурн, "плс'-зтя ;:з 1ЛЗ стр. "?.?т:юпт:смого теяотя. Рясуякол , тзбляд 4 . Спзсся ллтератури содержа? 62 патаоловояяй.

содегашяз работы

Л ттаргоЗ г."г.га па осяово лзтературяих двнйнх еапошая ягяэсггявнвзЗ слапзз зссдодуекоЗ сяотвш - процесса яряоасщдеиовцйояпсго раздолэнля газовых скесэЗ. Рссси-греиа ссзсц^шость -лзязпгЭ па атс:.зю- шяокуляряом уровпэ отдельно для газовоЗ фавн, где наиболее вероятно гетарогэннов азродазосСраоозшггэ, я для охлогдещзй поверхности.

Прл рзсс:.ютра1Еш роста вдаяячного кристалла вадвляотся яетнрэ зоны, отлячащився квхаяпзком взаимодействия и набором параштрав, прэдставлягщкх интерес при моделирования сладущих уровней иерархии: объем газового потока, подложка (стенка), поверхность слоя криоосадка, глубина, слоя криоосадка.

Основное внимание уделено (¿орягрованшо криоосадка. Еэдэляэтся параметра криоосадка, необходимые для моделирования технологического аппарата, рассматривается возкпаяцй кэхаяя^п уплотнения рчхлого слоя. Обсугдается

проблема расчета эффективной теплопроводности криоосадка. Проведен обзор существующих моделей, описывающих формирование криоосадка, и обзор литературных данных по вопросу распределения плотности по толщине криоосадка.

Выделены процессы, связанные с объемной десублимацией, отмечена возможность ее предотвращения.

При анализе процессов переноса в пограничном слое в условиях большой объемной доли конденсирующейся примеси необходимо учитывать нарушение двойной аналогии, используемой для расчета коэффициентов массообмена по известным коэффициентам теплообмена, искажение зависимости для определения потока массы в погранблое, перенос части теплового потока направленно движущимися молекулами. Объемная конденсация в пограничном слое может приводить к переносу примеси в виде микрочастиц десублимата. Отмечается необходимость учета влияния шероховатости криоосадка на коэффициенты тепло- и массообмена.

Рассмотрено состояние проблемы моделирования процессов тепломассообмена в теплообменниках- вымораживателях на уровне технологического аппарата. Определены основные задачи по повышению уровня моделирования.

Во второй главе на основе математического моделирования исследуются явления, связанные с развитием ансамбля кристаллов. Цель : 1) изучить и разработать модели различной сложности для расчета плотности криоосадка, которые могут быть использованы при моделировании технологического аппарата; 2) исследовать процесс объемной десублимации и возможное влияние на него существенной турбулизации потока.

Предлагается нестационарная дифференциальная

математическая модель, позволяющая исследовать распределение плотности по толщине криоосадка.

В основу модели положены физические предположения: 1) процесс уплотнения криоосадка происходит в результате молекулярной диффузии примеси в газовой фазе; 2) пары примеси находятся в состоянии термодинамического равновесия с кристаллами внутри криоосадка, т.е. предполагается идеальный тепломассообмен с кристаллами внутри криоосадка и бесконечно малое время концентрационной релаксации в газовой фазе; 3) часть массового потока примеси к поверхности, не

усяюващая диффундировать внутрь криоосадка, идет на увеличение толщины слоя. В отличии от известных, предлагаемая модель позволяет рассчитывать распределение плотности по толщине слоя и открыта для учета других, кроме диффузионного, механизмов уплотнения криоосадка.

Уравнение для определения поля температур учитывает перенос тепла теплопроводностью и теплоту фазового перехода молекул примеси, конденсиругщихоя внутри слоя криоосадка:

г Рк 1 Рц,к° г ^т гда ® = [ 1 " (Ч^ } 1-Рпр^/Ры I (И }•

ось у совпадает-с внешней нормалью к поверхности криоосадка. Граничные условия:

(^•'пр^тт)! =ас<тк,с-тс). г " 17=0 г ^д-Рпр.в л

(3)

Та часть пргглэся, которая десу&шмнруот на поверхности

криоосадка, идет на уведичэняв его толцяш:

. ^ '¿прРм г ^-Рпр.з 1 Г

ря,а— = р---1п п п— - 3- . (4)

<" 0,5н(ти+т3) (.Рг|Рпр,п] I г»у

Прлнэсь, дайундпрущая внутрь крноосадка, увеличивает его плотность:

лРк Пк * г «п

—— - - —— а, = -® --(5)

Я ¿И; ?к к зу I »7 3

--.п <6>

у=0

где Лу - толщина ледяной шгенкя на стенке.

Система уравнений (1), (4), (Б), (6) с граничными условиями (2), (3) дополняется условиями однозначности.

Для решения системы используется метод конечных разностей с неявной чэтырахточечнсй схеглой.с разделением по процессам и применением птерацнй. Применяется равномерный шаг по координате, хоторий изменяется во времени

V

пропорционально толщине криоосадка при фиксированном числе координатных узлов разностной схемы.

Предложены зависимости для учета конвективного переноса тепла и массы внутри криоооадка.

Проведена апробация математической модели на экспериментальных данных. Показано преимущество предлагаемой модели по сравнению о моделью Дюнсв-Паркерв при модел1фовашш существенно нестационарных процессов.

Вычислительные вксперименты позволяют объяснить противоречия различных теоретических и экспериментальных исследований по вопросу распределения плотности внутри. криоосадка. -'При малых переохлавдэниях подложи плотность максимальна Еблизи квэ в наиболее старых слоях криоосадка и убывает по паправлэшю к поверхности. При значительных перэохлааденнях подлоеке графи; распределения плотности имеет вяд нэоагзютричной парабола с максимумом вблизи поверхности, где максюдзлен градиент парциального давления. При упаренных переохлаждениях наблюдаются оба макгаглуна: плотность убывает в направлении от подаоиск к поверхности, затем незначительно возрастает и снова убивает, непосредственно на поверхности.

Для проведения предварительных исследований на базе модели ДЕОНса- Паркера предложена упрощенная математическая модель, на основа которой взодятоя безрааггорные числа подобия:

I --безразмерное время ;.

РАсе^н^пЧсе

Гпр1*^. Ар ГЩ>° Рп

К в -= - характеризует

Т н\ггп('Гп~тн,п) ^гФв.п отношение теплоты фавааого перехода к конвективной составляющей теплопритока;

тфлр

Кр •» —:— - характеризует отношение

Н,II

бнергетического барьера фазового перехода к внергии теплового движения молекул;

^ = Яд / А.1се - отношение коэффициентов

теплопроводности газовой фазы и скелета дендритной 8

структуры. ;

Проведенный аналитический и численный анализ с использованием чисел подобия показывает, что

* * а * а Ь

~ , ~ (1») ,

~ (а)2а ~ (р1се)("а), " <а)2ь ~ (р1се)("Ь)-

" Б8, ~ Бь,

где а<1 и Ъ<1 - константы, определяемые ровшнккя параметрами процесса и свойствами веществ.

Исследуется влияние существенной турбулизацшл потока или акустических колебаний на процесс объв.'шсй двсубштщт.~

С прклвнэнием канонического распроделоюя "Гиббса рассматривается функция распределения по пульсациям температуря элементов газообразной среда, в которой возбукдзш хаотические одиабатичесчаге колобения. Усреднв5ШО теплового потока меаду газом и малой частицей позволяет получить зависимость для средней температуры частицы. Ввиду нелинейности зависимости коэффициента теплообмена от температуры средняя температура частицы отличается от средней температуры газа.

Усреднение потока сублимации- десублимации для малой частицы позволяет получить уравнение из которого путем численного решения определяется температура начала объемной десублимации. Эта температура ншсе равновесной температуры в отсутствии возбуждения.

Численная оценка названных эффектов показывает, что при моделировании теплообменников- вымораживателей ими можно пренебречь. Однако, при исследовании нестационарных процессов, а также, систем, где мощные акустические колебания возбуждаются преднамеренно, явления смещения теплового и фазового равновесия должны учитываться.

В третьей главе рассматривается моделирование процесса криоконденсационного разделения газовых смесей. Предполагавтся, что по условиям процесса конденсируется только одна компонента смеси.

На основе физической модели процессов в потоке газовой смеси предлагается диффаренциальная математическая модель:

Квазиствционарные уравнения неразрывности:

1 й°лр

дам примеси — = ЗПм , °пр | х=0=Сгф, вх<7>

<ЮМ

для смеси, в целом, —= , См{х~0=С>л'вх* ^ где

''прРы С Рм~Рпр,з 1

3 = р---1п -п-тг^—- <9>

Уравнение анергии для потока смеси:

«У^» Чвх- <10>

Наличие поперечного потока вещества внутри погранслоя приводит к тому, что часть тепловой энергии переносится не теплопроводность», а направленно двигущимися молекулами. Репоя одномерное стационарное уравнение энергии для шсггзлазшй ендкосте при постоянных коэффициентах теплоаьггазти а теплопроводности, могшо получить слэдукцие зашскыоста :

плотность тешювэго потока на границе поверхности и награждай

^.пр^цр /

1_ехр1 ^ \

плотность теплового штока на услоеной граница

.рогранслоя и потока сшсл:

ср,пр ^пр / % Чп " °м--с!-3-— (Та-Тп) (12)

- .г^ |

(Здесь Ду- коэффициент теплообмена в отсутствии поперечного штока вещества.

Рост плотности и толщины краоосадка описывается уравнениями ЯРк _ В "

(И 10

г й!Гк

<3у

Рк| - Рк.О' <13>

ГФн.пр

VVm(1" РК /Pice)

где В = -

MRTgd-PH^^/PM^Pice

Величины рк q и lTj{ g подбираются при исследовании алгоритма.

Уравнение для определения температуры поверхности криоосадка получается из решения уравнения энергии при аппроксимации профиля температуры параболой:

\ + °>Чрв

т = V — <qs-JriiD> —;-г- (15)

3 0 \ 3 ^ \ ^прВ

Система уравнений (7-15) с граничными и начальными условиями дополняется необходимыми замыкащими соотношениями: зависимость давления насыщенного пара примеси от температуры, теплофизические свойства компонентов потока и смеси в целом как функции температуры и давления, зависимости для коэффициентов тепломассообмена, эффективный периметр теплопередачи и эффективное сечение потока как функции координаты и толщины криоосадка.

Рассматривается моделирование процессов охлаждения стенки. В основе модели нестационарное уравнение теплопроводности для стенки. Выбор зависимостей для входящих в это уравнение коэффициентов теплообмена, периметров теплопередачи и температуры хладагента позволяет учитывать различные модификации системы охлавдения: охлаждение обратным потоком смеси; охлаждение жидким хладагентом, кипящим в пузырьковом режиме в трубах; охлаждение газообразным хладагентом; отсутствие теплопритока к стенке.

Система уравнений решается методом конечных разностей по неявной относительно времени конечно-разностной схеме с разделением по процессам и применением итераций. Общий порядок аппроксимации по пространству и времени - первый.

Проведено исследование алгоритма - выбор шагов разностной схемы по времени и по координате, исследовано влияние итераций.

Предложена методика расчета процессов тепломассообмена в теплообменнике- вымораживателе на базе данной модели с применением ЭВМ.

g четвертой главе рассматривается применение предложенной методики к исследованию конкретных конструкций теплообменников- вымораживателей.

Проведено сопоставление расчэтнах н экспериментальных даппнт по шкоралязашш Хо т смэш: Н^-Хе и СС^ из <®®оз Ь^-Кэ-СОз при шстеционараах граначшх услошлх и в сзрокоы диапазоне концентрации вяморзгиввеисЗ припаси в модельном аппарата. ЦодвяышИ аппарат прэдстаьяяэт собой козухотрубный 2ротнЕоючша2 тешюобьэнняк- с оегкэатнжа

парагороикиа. Хладагент (¡ащккй. ваот) шдаотол а трубу спззу, раздэлявизя с.!эоь лодаатса а ¡.-жзрубноа гфостранстяо сгзргу. Дасезсаа адэк2а5вое'л> прэдяг£гк5::2:3 кэдзлл.

Б года ¡ггаязляташг: е::ш:зх£г.эвтоз, прояэдешшх дгя л^оло^ая з шдэльеой «жшратэ уотедошишо: 1) при иашлз сейх^с^ ргсходэ щк^эся: шкэргггсгггдгэ аршоходяг и вэршой таж: сляграта; гхзлггздггэ стоезик ясзшгзпш еаязратс оаотса ухэ.ЕУъгзвт аояи Екюраглаанья!;

»дакгзюа усдоиая дгя обс,э.*хзо£ яря отса

сЯс^с« дазя па гаодо я яояяязаяз урогяя

х&эдагохгга сел^зо? обгсоуа доеублгеящшз; 2) пра 6ояьео:д хасяссдо ©;зоа кастза2 рост ^.юсоэдао шЗяздостсл 2а ьос« шасрдога, яр^аоседол похучигжя бо^йо п^атт^л, цр: 21*0 Е^О^ОО^Ь ьззрасхек' яри у^^яяяя: с&здздЗ доля яр^язси ял ¡подо.

ПроЕадзка спзжз£язащ1я регзйш ' ра-бош кожуха трубного тахшюс&эшшгА Еггйорааг^лвля Хв лз е^эса ¿12-1Со. ц^вдтвэцЗ пря работа о тавтоязЕЙл уроЕяш еаота 2$ подавать

шсь в шяарат шолэ ого ирада^р^ходвЕшч) схйаздэшя (но 1Д52ЭЭ 1003 е.), чао обэеяшчшшао? рсботу ашар&та

дэ 2 ч. а дэотауэчао шрокоа д^ааааоиа ¿¿¡¿^¿язиля расхода

сзуэся.

Црадгоково сСэвяэчют» рз^еаэрауа кргоосадка по

об£>в;зу аппарата цутел поярершшого ящ&зюяяя уровня хладагента в трубш: по споцёольео подобранной ва£ас£йюсти.

Проведана шгробацяя предлагаешь котодакн для исследования вшоргнЕваняя воды я масел ез смага Еэ-касло-Н^О в штоя рекуперативное аппарате. Разработан порядок расчета для случая одновременного внморрхивашя нескольких коьекшентов, концентрация одного из которых ышч&зелыю превышает концешраццю остальных. Рассмотрено гэдэялроваянз геойЭ5р2я витого аппарата с учетом шюя 1§шооддка. Пагзучешнэ результата фзнячш. Предложенная 12

геоштрзл обзспачяваат норуздьзуп работу аппарата.

"ад.'г^х^У'га гриоч'Э'_ч' о г.-ожго п&чучогая рашхскэрпс!

-^.двчн^н щ" п ?опг.гя?с;с1' пористой

орд до в отсутствии пгоотх «згогопрнтоков. На основе 1 •■'т ооо^тазггчп*^ г^-дг.г'пргг-гя числа подобия я

щ>о,"::с:~.гг: гззг-путотс??-. ггу'с."- уптс""!: ррппсглрГЕО*

-■гоО/ТСТ ТЭ СС>~; 5Т"/ ГГСргСГО* Ср9ДМ.

Прэгод?гтг;о г:гпгегт~" гопппнппя?

спрпвот'.ячгооть г^тоттл :т пртгг.тггг.ость

ззггпст^осге для грубой с""™™ уотосгтз ргязтсчэргсй рмспдкя.

•пиан?

г ~ ^г-""/^"-'"" 1 * ' г-;*.''" --'Т"!'.

... х . ,-л. "".г.' ^ ■ И"

;т:х~с\\ . ч-,-о : '..< •: Т • т.-'.л'Ь л

п-х ' : ¿'' • '■ '• ' Ч.р'Г^гэ.ч.^С"''!-''-*

.г-^.,,-.-,, ...... г • •»;•».• . 1-"; ■■ ОС

п1:>ггг- ° . ; ..'V < "I а " ,.'.г.

с г- о .'л • • • п.'-пьоот,: -^отал^оп,

коо31.тиг-'.«"*ГаОв гопгс-оС-: •< , ? Л^И1.' -Црэдггг.'эпо для ;ГО*,7'7с1Г;1Г; съл.у: , о:;о ^а'гхрушого гецзсжз

исзтольяопа-гь паконд-ттс::^/'- "с»г г-оч с Сои>>гэ2 удальпой теплопроводность».

?,. ЛССЛЭДОЗЗЯКв ЗЖШгГМ , С2?ЛМЮЛ уурбулцзацяя потока 23 процессы криокоидепсащз и Г88ово2 щвзэ. показывает, что твшоратура топясэмю^ чаогезде в уаяозк.усс ьульсецЕП деагакгш в 1'азэ гаге, чвы срадпяя тейпврзгура газа. Обяаруаоно саящвпзе точка рос?! в отцэотвеппо ^¿рОу.'гззйроваштоз! потоке.

3. ГТрэд'с"эиа »яшзнйткчэсйвя г юдоль, алгоритм расчета п мэтодака лсагэдовгшпя па "Ея процеооа йргюяоцденсацап одаоЗ компонента из потока газообразяоЗ сггэсн в тепжю&шшшке-Ешорагавателэ а ¡иранол дщавдгозэ каяцонтрзцйЭ втой кошганептн. Модель обэспэчнваэт расчет плотпоста криоосадка. Обесгочепа стцковка спогоы уравнений, опзенвзщш: поток разделяемой сетси и систему охдеадания. Проведена апробацая нетодакя продлоэеппой нэтадшгз, получено удовжэтЕоратольЕов соответстзае вкеягорЕкентальним данша.

4. Предложенная методика использована для оптимизации режимов работы коиухотрубного теплообменника- вымораживателя Хе из смеси М^-Хе: рекомендовано изменять уровень жидкого азота в трубах по специальной зависимости для обеспечения равномерной высадки криоосадка.

Исследован процесс криоконденсации при протекании газовой смеси через пористую теплоемкую среду в отсутствии теплообмена с окружаицей средой (полуцккл теплого дутья в регенераторе). Получена аналитически и уточнена вычислительными экспериментами зависимость, позволяющая подобрать параметры теплоемкой среда и потока смеси, обэспечилахнргв равномерную высадку криоосадка.

Пгштятые обозначения: с - удельная теплоемкость; Ср

- удельяая изобарная теплоегшость; В - коэффициент диффузии примеси; Р - площадь поверхности; С - массовый расход; Ь.

- толщина; J - шток сублимации (двсублимации); 3 -плотность потока сублимации (десублЕ-дацш); М - масса коля; р - давление; q - плотность теплового потока; Н -универсальная газовая постоянная; г - теплота фазового перехода; 1 - время; Т - температура; и - плотность внутренней энергии; х - координата вдоль потока; у -координата в направлении по нормали к стенка; а -коэффициент теплообмена; р - коэффкциант массообкепа; к -коэффициент удельной теплопроводности; П - тарп.:атр теплопередачи; р - плотность. Индекса: вх - вход; к -криоосадок; м - смесь; н - насыщенно; п - поток; пр -конденсирующаяся примесь; с - стенка; 1се - кристаллы; а

- поверхность криоосадка; О - базовое значение; * -звездочкой отмечены безразмерные величины;

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кухаренко В.Н., Колгатин А.Г. Нестационарная диффузионная модель процесса формирования криоосадка. // ИФЖ. 1991. * 3. С. 447-451.

2. Кухаренко В.Н., Федосова А.П., Колгатин А.Г., Досов В.Г. Исследование процессов в теплообменнике вымораживателе ксенона. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1992. *Б. С.19-21.

3. Подольский А.Г., Кухарвнко В.Н., Колгатин А.Г. Учат конвективного переноса при моделировании роста крноосадка.// Тепломассообметше процессы в холодильной технике и тешкфгаическид свойства рабочих тел./ Ленннгр. технол. ин-г холод, пром-сти.- С.Петербург, 1991.- с.30-35.

4. Подольский А.Г., Кухарешсо В.Н., Колгатин А.Г. О подобии процессов десублимации.// КШ.- най.- 1994.- т.66, N5.- с.568-572.

5. Кухарвнко В.Н., Колгатин А.Г., Федосова А.П., Рудешсо н.З. Моделирование процесса дэсублшацпя в широком диапазоне концентраций приноси.// Проблем крногенной техники./ Сб. науч. тр. НПО Нриогенмаш.- Балашиха, 1992.-с.83-91.

6. Подольский А.Г., Кухаренко В.Н., Колгатш! А.Г. Особенности объемной десублинэцнк в турбуллизировакном потоке.- Харьк.политехи, ил-т. - Харьков, 1993. - 11 е.- Деп. в ГНТБ Украины 08.12.93 S 2393-Ук93.

7. Подольский А.Г., Кухаренко В.Н., Колгатин А.Г. Кс:.та.эт<эрпс1 пэ.^з.'зроепптго р?.?.:!с:.'лрпол шсэдка досублсдата в теплоемкой пористой среде.- Хврьк.полнтохн.нн-т. - Харьков, 1993. - 17 е.- Деп. в ГНТБ Украины 03.12.Ш & 2392-Ун93.

3. Кугарзкко С.11., Кохг&тпа А.Г. «отодака проведения п:те:слптолы:сго эксзврзгэЕг а. // Кошшвх&рше прогремш учзбпого назначения. Тввпон докл. 1 ГЬдц. конф. ( 3-5 евнт. 1993 г.).- Донецк: ДонГУ, 1993.- с.276-277.

9. КухсрзЕко S.IL, Колгатин А.Г. ."этодака моделирования прзцосса Ецдагзззя прзкэсЕ пз газовой смосп методом вхгарзгпзспия.// Научныэ основа конструирования металлургических печей: Теплотехника и экология.- Тез. докл. Международный семинар (окт. 1993 г.).- Днепропетровск: "Пороги", 1993.- с.84.

10. Подольский А.Г., Кухаренко В.Н., Колгатин А.Г. Математическое моделиросашю процессов в криоосадке при вымораживании примеси из потока.// Компьютер:, наука, техника, технология, здоровье. 8-13 ииня. Тезисы докладов.-часть 2.- Харьков- Мшпкольц, 1993.- с.237-238.

1 /

/'

Eol^tln А.С. A Study oí ProcGEceo of Gas Uixtureo Separation by Cryogenic Goaáenefttion.

The thesis (manuscript) io submitted for a candidate degree In technical sciences, the specialty 01.04.09 - low temperature phyoica, the Institute for Low Temperature Physics and Engineering named by B.I.Verkin of the National Academy of Science of Ukraine, Kharkov, 1994. Ten scientific works are defended, which contain theoretical investigations of the gas mizturee saparation by cryogenic condensation, comparison of prediction and experimental data. A mathematical modal of frost fonatog Is worked out and used to investigate density distribution in the frost layer. A mathematical rcodsl of cryogenic, condensation of an adaixture from g«q mixture for wide concentration diapason Kith frost density calculation is worked out. I'ethods to provide even float diutriLuiiou la technological apparatus are suggested with using of this model. Koarariii О.Г. Дослхдаскня npouecis г.р!с.,сонденсац1Йного роздхлення газових сум1шей.

Дисертац1я /рукопис/ на здобуття вченого ступени кандидата гехнХчних наук за спецхадьнхс?» 01.04.09 - фхзика низьких температур, $13ико-техн1чний институт низьких температур jM. БЛ.Веркхна НАН Украхни, XapxiB, 1994. , Захищаеться 10 наукових poóit, hkí М1стять теоретичн1 до-слхдкення npoiiecifl крхоковденсехийного роздхлення газових cyMinen, зхсгавлення результатов роэрахушив з експери-мен®аяьними даними. Математична модель процесу фориування кр1оосаду розробпена га виксрпстаиа для доелхднення розпо-дхлу густини по товщин1 шару. Розроблена натемагична модель процесу кр!оконденсац1йного роздхлення газовых сумх-шей у широкому д}апазон! концентрацхй, яка включаа розра-хунок густини Kpioocafly. 3 використанням Щех ноделх за-пропонованх методи забезпечення piBHOMipHoro висадаування Kpioocefly у технолог1Чних апаратах.

Ключов! слова: кр!оконденсац1Я, icpioocafl, математнчна модель.

Ответственный ва выпуск П.И.ЛиианскиЯ.

Пописано к печати 27.12.94. Фив. п.л. 1, учет.-изд. л. 1. Заказ 57 . тираж 100 экз.___

Ротапринт ФТИНТ HAH Украины, 310164, Харьков, пр. Ленина, 47.