Разработка и исследование дроссельной системы охлаждения биоматериалов при температуре -70'ГРАД'С

• Автор: Навасардян, Екатерина Сергеевна
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. Анализ проблемы хранения биологических материалов и обзор научных публикаций, посвященных созданию низкотемпературных холодильных установок

1.1. Особенности использования низких температур в криобиологии

и биофизике

1.2. Низкотемпературные виды систем криоконсервирования биологических материалов

1.3. Обзор теоретических схем циклов низкотемпературных установок применительно к области температур (-80 °С
1.4. Основные направления развития и применения дроссельных низкотемпературных рефрижераторов на смесях хладагентов
1.5. Методики прогнозирования и расчета параметров циклов на многокомпонентных рабочих веществах
1.5.1. Формирование состава многокомпонентного хладагента
1.5.2. Методики расчета свойств многокомпонентного хладагента
1.5.3. Методики оптимизации составов и давлений в цикле низкотемпературного дроссельного рефрижератора на многокомпонентных смесевых хладагентах
1.6. Пути улучшения эксплуатационных характеристик рефрижераторов систем криоконсервирования и задачи исследования

1.6.1. Перспективы развития холодильного оборудования для систем криоконсервирования
1.6.2. Основные задачи исследования
2. Теоретические основы разработки холодильной установки для

криоконсервирования биологических материалов
2.1. Технические требования к холодильной установке для криоконсервирования биологических материалов
2.1.1. Связь температурных и временных режимов хранения биоматериалов
2.1.2. Оценка холодопроизводительности установки
2.2. Выбор рабочей схемы цикла холодильной установки на сме-севом рабочем хладагенте
2.3. Теоретические основы разработки смесевого рабочего вещества
2.3.1. Методика определения качественного состава смесевого хладагента
2.3.2. Методика определения количественного состава смесевого хладагента
2.3.3. Расчет термодинамических свойств смесевого многокомпонентного хладагента
2.3.4. Разработка смесевого хладагента для экспериментальной холодильной установки
2.3.5. Оптимизация дроссельного цикла на многокомпонентном рабочем хладагенте

3. Экспериментальное исследование рабочих характеристик опытного образца холодильной установки для систем криоконсервирования биологических материалов
3.1. Цели и задачи экспериментальных исследований
3.2. Описание экспериментального стенда
3.3. Методика проведения экспериментального исследования ра-
ючих характеристик макета установки
3.3.1. Методика приготовления смесевого хладагента в лабораторных условиях
3.3.2. Методика заправки приготовленной смеси в контур установки
3.3.3. Методика проведения экспериментальных исследований на предварительном этапе
3.3.4. Методика проведения экспериментальных исследований на основном этапе
3.4. Оценка погрешности экспериментальных исследований
3.4.1. Оценка погрешности измерения температуры
3.4.2. Оценка погрешности измерения состава газовой смеси
при хромотографическом анализе
3.4.3. Оценка погрешности измерения давления
3.4.4. Погрешность определения холодильного коэффициента
и эксергетического КПД
3.5. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение
3.5.1. Предварительный этап
3.5.2. Основной этап

1.5. МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЦИКЛОВ НА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РАБОЧИХ ВЕЩЕСТВАХ
Подбор по термодинамическим параметрам совокупности чистых хладагентов позволяет сформировать рабочее вещество для получения различных температурных уровней. Основным достоинством смеси как хладагента является повышение эффективности работы цикла за счет введения различных примесных компонент, наровне с возможностью уменьшения давления нагнетания компрессора в несколько раз. Поскольку оптимальные давления нагнетания для смеси всегда меньше, чем для чистого вещества (например, для микрокриоген-ных дроссельных рефрижераторов, работающих на азоте, давления нагнетания составляют 12 - 25МПа, а для многокомпонентных смесей на основе азота давления нагнетания в 3 - 4 раза меньше [7, 19, 20, 24]. Причины улучшения характеристик цикла на смесях следующие:
- смеси можно составить так, что суммарный эффект дросселирования Ait будет выше, чем для чистого вещества с близкой температурой конденсации. Так как компоненты смеси с более высокой критической температурой имеют большее значение Ait, изменением концентрации этих компонентов достигается увеличение дроссель эффекта всей смеси.
- смесь как правило, включает компоненты с высокой, даже близкой к температуре окружающей среды Тос, температурой конденсации. В результате в теплообменнике 1, рисунок 1.6.(а) конденсируется часть прямого потока и испаряется часть обратного потока. Различие давлений Р] и Р2, а следовательно и значений теплоты фазовых переходов приводит к существенному уменьшению разности температур прямого и обратного потоков в холодной зоне теплообменника, а соответственно уменьшаются потери от необратимости процесса, и эффективность цикла возрастает.
Таким образом, одной из первостепенных задач является разработка или составление рабочей смеси в соответствии с техническими требованиями к установке. Основными этапами решения указанной задачи являются следующие: