Πρόβλεψη ιδιοτήτων καθαρών ψυκτικών μέσων και μιγμάτων ψυκτικών με εφαρμογή στο σχεδιασμό κύκλων ψύξης με συμπίεση ατμών

Σιάκουλης, Γεώργιος; Siakoulis, Georgios

dc.contributor.author	Σιάκουλης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Siakoulis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2021-04-13T13:23:33Z
dc.date.available	2021-04-13T13:23:33Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53338
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21036
dc.rights	Default License
dc.subject	Θερμοδυναμική	el
dc.subject	Ψυκτικά	el
dc.subject	Ισορροπία-φάσεων	el
dc.subject	Τάση-ατμών	el
dc.subject	Κύκλα-ψύξης	el
dc.subject	Thermodynamics	en
dc.subject	Refrigerants	el
dc.subject	Refrigeration-cycles	el
dc.subject	Phase-equilibrium	el
dc.subject	Vapor-pressure	el
dc.title	Πρόβλεψη ιδιοτήτων καθαρών ψυκτικών μέσων και μιγμάτων ψυκτικών με εφαρμογή στο σχεδιασμό κύκλων ψύξης με συμπίεση ατμών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θερμοδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-05
heal.abstract	Η ανάγκη για τεχνητή ψύξη στις μέρες μας αποτελεί ένα πρόβλημα το οποίο χρήζει βελτιστοποίησης μιας και η τεχνητή ψύξη μπήκε στις ζωές των ανθρώπων σχετικά πρόσφατα. Σαν φυσικό επακόλουθο λοιπόν, δημιουργείται η ανάγκη εύρεσης και μελέτης νέων ψυκτικών μέσων, φιλικότερα προς το περιβάλλον, τα οποία θα είναι σε θέση να υποστηρίξουν τη χρήση και λειτουργία των διαφόρων ψυκτικών συσκευών είτε σε οικιακό είτε σε βιομηχανικό επίπεδο. Στο πλαίσιο αυτό, σημαντικό ρόλο στην αριστοποίηση της όλης διεργασίας παίζει και η ακριβής περιγραφή της ισορροπίας φάσεων ατμού-υγρού στα καθαρά αλλά και στα μίγματα των ψυκτικών. Η δυνατότητα πρόβλεψης της ισορροπίας φάσεων σε ψυκτικά μέσα είναι υψίστης σημασίας όσο αφορά τη σωστή και εύρυθμη λειτουργία των ψυκτικών κύκλων που λειτουργούν με συμπίεση ατμών. Για το σκοπό αυτό, είναι απαραίτητη η ύπαρξη ενός εύχρηστου και αξιόπιστου θερμοδυναμικού μοντέλου. Στην παρούσα εργασία μελετάται η επέκταση του θερμοδυναμικού μοντέλου UMR-PRU, που έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε διάφορα μίγματα, προκειμένου να καταστεί δυνατή η χρήση του σε υπολογισμούς ισορροπίας φάσεων σε ψυκτικά μέσα. Το συγκεκριμένο μοντέλο ανήκει στην κατηγορία των μοντέλων EoS/GE, συνδυάζοντας την κυβική καταστατική εξίσωση Peng-Robinson με ένα μοντέλο συντελεστή ενεργότητας, τη UNIFAC, μέσω των κανόνων ανάμιξης UMR. Για το σκοπό αυτό, αρχικά γίνεται συλλογή των απαραίτητων πειραματικών δεδομένων, τόσο για τα καθαρά ψυκτικά μέσα, όσο και για τα μίγματά τους, δυαδικά και πολυσυστατικά. Στη συνέχεια, προκειμένου να περιγραφεί με ακρίβεια η τάση ατμών των καθαρών ψυκτικών μέσων, γίνεται χρήση της έκφρασης των Mathias-Copeman (ΜC) για τον ελκτικό όρο της PR, προσαρμόζοντας τις παραμέτρους της σε δεδομένα τάσης ατμών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίνονται με αυτά της κλασικής έκφρασης του Soave, αποδεικνύοντας την ανωτερότητα της ΜC, η οποία οδηγεί σε ένα μέσο σφάλμα ίσο με 0.8% , πολύ μικρότερο από αυτό του Soave (4.1%). Η επέκταση του μοντέλου UMR-PRU σε μίγματα ψυκτικών μέσων πραγματοποιήθηκε μέσω της προσαρμογής των δυαδικών παραμέτρων αλληλεπίδρασης της UNIFAC σε δυαδικά πειραματικά δεδομένα ισορροπίας φάσεων των ψυκτικών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν με το UMR-PRU συγκρίθηκαν με αυτά του μοντέλου REFPROP, το οποίο περιλαμβάνεται μεταξύ άλλων στο υπολογιστικό πακέτο του εμπορικού προσομοιωτή ASPEN και προτείνεται για υπολογισμούς με ψυκτικά μέσα όπως αυτά που μελετώνται στην παρούσα εργασία. Τα αποτελέσματα είναι πολύ καλά και για τα δύο μοντέλα, με το UMR-PRU να είναι ανώτερο του REFPROP καθώς δίνει ένα συνολικό μέσο απόλυτο σχετικό σφάλμα στις πιέσεις σημείου φυσαλίδας ίσο με 0.8 % και μια μέση απόλυτη απόκλιση στις συστάσεις της ατμώδους φάσης ίσο με 0.8, ενώ οι αντίστοιχες τιμές για το REFPROP είναι 2.6 % και 1.2. Ύστερα από τους υπολογισμούς των παραμέτρων αλληλεπίδρασης από τα δυαδικά μίγματα, κρίθηκε αναγκαίο οι παράμετροι αυτές να χρησιμοποιηθούν για την πρόρρηση της ισορροπίας φάσεων και σε πολυσυστατικά μίγματα των ψυκτικών. Αυτό έγινε προκειμένου να διαπιστωθεί η αποτελεσματικότητα του μοντέλου UMR-PRU στην πρόβλεψη της ισορροπίας φάσεων. Όπως διαπιστώθηκε από τα αποτελέσματα των υπολογισμών η περιγραφή της ισορροπίας φάσεων με το μοντέλο UMR-PRU σε πολυσυστατικά μίγματα ήταν ικανοποιητική καθώς τα συνολικά σφάλματα που υπολογίζονται είναι 2.3 % για την πίεση και 1.1 για τη σύσταση της αέριας φάσης. Τέλος για την πλήρη και ολοκληρωμένη αξιολόγηση του μοντέλου UMR-PRU, αναπτύχθηκε προσομοίωση ενός ψυκτικού κύκλο. Η συγκεκριμένη προσομοίωση δημιουργήθηκε στο περιβάλλον του ASPEN HYSYS και αφορά ένα απλό, μονοβάθμιο κύκλο ψύξης με συμπίεση ατμών, για ένα δυαδικό μίγμα ψυκτικών. Το μοντέλο UMR-PRU ενσωματώθηκε στον προσομοιωτή με τη βοήθεια του πρωτοκόλλου Cape Open, και τα αποτελέσματά του συγκρίθηκαν με εκείνα του μοντέλου REFPROP. Στόχος ήταν να υπολογιστούν τα ενεργειακά μεγέθη που αφορούσαν την προσομοίωση, και συγκεκριμένα το απαιτούμενο έργο του συμπιεστή, με τη διαφορά των υπολογισμών ανάμεσα στα δύο μοντέλα να είναι 0.2 KW. Ο συντελεστής λειτουργίας της ψυκτικής μηχανής, υπολογίστηκε ίσος με 1.46 με το UMR-PRU και 1.51 για το REFPROP. Συμπερασματικά, το μοντέλο UMR-PRU αποδεικνύεται ότι είναι ένα εύχρηστο και αξιόπιστο θερμοδυναμικό μοντέλο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την περιγραφή συστημάτων ψυκτικών ρευστών, οδηγώντας σε ακριβή αποτελέσματα, τα οποία είναι καλύτερα στις περισσότερες περιπτώσεις από εκείνα του εμπορικού μoντέλου REFPROP που χρησιμοποιείται για αυτού του είδους τα συστήματα.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	115 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false