Статья: Перспективы методов регулирования в инженерных системах (2022)

В условиях негативных изменений, происходящих в биосфере планеты, таких, как загрязнение окружающей среды и атмосферы, потепление климата, истощение энергоресурсов и прочее, к производителям холодильного оборудования предъявляются все более высокие требования, основными из которых являются:
– повышение энергоэффективности холодильного оборудования;
– снижение материалоемкости холодильных установок;
– использование «чистых» и безопасных материалов и холодильных агентов.
Тайваньская компания Fusheng, вот уже на протяжении нескольких десятилетий, является одним из мировых лидеров в производстве винтовых холодильных компрессоров. Специалисты компании постоянно работают над совершенствованием выпускаемого оборудования и внедрением самых современных технологий.
За последнее время наиболее эффективными шагами в этой сфере оказались разработка и освоение выпуска, уникальных в своем роде, двухступенчатых низкотемпературных винтовых компрессоров серии SRT, а также выпуск компактных винтовых компрессоров со встроенным маслоотделителем серии BSR с изменяемой степенью сжатия и полугерметичных винтовых холодильных компрессоров с объёмной производительностью от 85 м3/ч до 1946 м3/ч Серия компрессоров SRT включает в себя 6 моделей с объемной производительностью 1-й ступени 120–759 м3/ч и 2-й ступени 50–300 м3/ч.

Обоснование. Локальная криотерапия (ЛКТ) является перспективным методом лечения различных болезней, в результате которого достигаются эффекты обезболивания и уменьшения воспаления. Основной фактор эффективности с физической точки зрения – достижение целевой температуры на поверхности области воздействия.
При этом во время процедуры температура поверхности ткани не должна опускаться ниже минимально допустимой – предельно безопасной температуры.

Цель. Выявление по результатам анализа литературы диапазона целевой и предельной по параметрам безопасности температур. Проведение экспериментов с применением криопакетов по охлаждению фантома биоткани, определение наиболее подходящих режимов воздействия.

Методы. На разработанном стенде была проведена серия экспериментов для сравнения двух режимов контактного способа ЛКТ в зависимости от использованного рабочего вещества (раствор хлорида натрия, смесь льда и воды). Сравнение проведено по следующим параметрам: время достижения целевой температуры на поверхности,
температура на глубине модельной среды. Температура измерялась термометрами сопротивления (Pt100).

Результаты. При охлаждении раствором хлорида натрия температура поверхности модельной среды понизилась до 10 °С за 6 мин воздействия, а через 17 мин достигла своего минимального значения 6,2 °С. В случае температура на глубине 8 мм в обоих случаях была примерно одинаковая и составляла около 16 °С. Она была достигнута на 20 мин с раствором хлорида натрия и на 60 мин со смесью воды и льда.

Заключение. В результате проведенных экспериментов определен наиболее подходящий режим охлаждения контактным способом с применением криопакетов. В итоговом режиме в качестве рабочего вещества использовался хлорид натрия с начальной температурой минус 18,4 °C с возможным временем воздействия от 6 до 25 мин.

Различные виды физического лазерного, электромагнитного и криогенного воздействия на живые ткани и органы человека используются с целью подавления патологии или для деструкции. Применение физических воздействий носит чаще всего эмпирический характер. Тем не менее, опыт подтверждает перспективность их использования, и одновременно указывая на необходимость исследований особенностей живых тканей и развитие комплексных технологий применения физических воздействий. В работе описан опыт их применения на практике.
Указанные воздействия имеют ряд преимуществ перед традиционными методами лечения, к которым можно отнести – безболезненность, отсутствие кровотечения и общей заметной реакции организма, высокий функциональный эффект. Локальная криоаблация с помощью ручных переносных криохирургических аппаратов с использованием в качестве хладагента жидкого азота (минус 196°С) является практически применимым методом лечения простых
гемангиом и позволяет получить хорошие функциональные и косметические результаты. Все виды простых мелких гемангиом любой локализации подлежат лечению независимо от возраста ребенка. Представленный метод позволяет полностью или частично отказаться от сложных оперативных вмешательств, особенно при размещении небольших гемангиом на лице, шее, в области уха, а также получить хорошие результаты (98%). Предварительное
микроволновое облучение и использование лазера позволяют увеличить возможности криовоздействия в 4–6 раз по глубине гемангиомы по сравнению с простой криоаблацией. Этот метод сохраняет все полезные особенности криоаблации. Он перспективен для лечения кавернозных и комбинированных гемангиом, имеющих выраженную
подкожную часть и чаще сложную локализацию. Этот подход также потенциально полезен в других приложениях криовоздействия.

Целью данного исследования является анализ перспектив использования локальной криотерапии в костном ремоделировании. Кратковременное интенсивное охлаждение через кожу вызывает ответную реакцию организма.

Для оценки эффективности криостимуляции костного дефекта на модели крыс Вистар in vivo в кортикальном слое диафиза задних лап крыс формировали сквозные дефекты диаметром 2,15 мм. В дальнейшем животных подвергали однократному и двукратному криовоздействию в течении недели (до 6 недель). Средняя локальная температура
поверхности кожи снижалась с 28 до 14 °С. Снижение температуры внутри биологической ткани вблизи костного дефекта составило 5,3 °С. МикроКТ и гистологический анализ показали, что криовоздействие 2 раза в неделю является эффективным методом лечения. Наблюдалось полное заполнение дефекта критического размера и практически полная минерализация кости. Результаты показали перспективность использования низких температур в комплексном лечении травм и заболеваний костей. Эта информация будет полезна для понимания корреляции эффекта и воздействия криостимуляции, а также для разработки протоколов лечения, исследование позволяет сделать шаг к возможности заживления костей с помощью криостимуляции на практике.

Локальное низкотемпературное воздействие (ЛНВ) на биоткани в зависимости от достигаемой температуры может приводить к разрушающим, сохраняющим или терапевтическим эффектам. В работе описан принцип единого подхода для перехода от массовых рекомендаций по дозированию локального низкотемпературного воздействия к персонализированным. Предлагается разделить процесс воздействия на три этапа: планирование, обеспечение и контроль, анализ соответствия запланированной и полученной дозы. Приведены примеры решения задач теплообмена в криохирургии и криоконсервации для возможного улучшения этапа планирования. В рамках первого
направления рассмотрено два случая. Первый – повышение точности планирования криоаблации предстательной железы. Второй – сравнение по эффективности различных материалов криохирургических аппликаторов: медь, латунь и искусственный сапфир, который возможно применять для воздействия и контроля зоны замораживания
оптическими методами. В рамках второго направления показан случай применения локального низкотемпературного воздействия для решения задачи одновременного сохранения каркаса биоткани и удаления слоя клеток донора, называемый децеллюляризацией, в целях трансплантологии. Результаты приведенных примеров потенциально могут быть использованы при планировании локального низкотемпературного воздействия. На основе единого подхода возможна разработка методик и технологий нового поколения с возможностью прецизионного дозирования.

Обоснование. В настоящее время растет потребность в центробежных компрессорах с высоким отношением давлений в ступенях. Такие требования побуждают использовать высоконапорные ступени с большими окружными скоростями u2>300 м/c, что ведет к повышенным уровням условного числа Маха и, как следствие, потерям напора.
Работы по повышению эффективности таких ступеней ведут к снижению энергопотребления и повышению холодопроизводительности холодильных машин.

Цель – разработать типоряд из десяти высокоэффективных высоконапорных модельных центробежных компрессоров с отношением давлений Пк=2,0.
Методы. Используется разработанная авторами комплексная расчетная методика для повышения эффективности ступеней центробежных компрессоров. Методика состоит из последовательного выполнения 4 этапов: газодинамический расчет, профилирование, трехмерный вязкий расчет, многопараметрическая оптимизация.

Результаты. Спроектирован типоряд модельных центробежных компрессоров для следующего диапазона параметров расчетного режима: условный коэффициент расхода 0,035<Фр<0,12; коэффициент теоретического напора ψт.р.=0,74; условное число Маха 0,93<Mu<0,96. Оценочный изоэнтропный КПД разработанных центробежных
компрессоров составляет от 77% до 84% в зависимости от расходности ступени.

Заключение. Разработан ряд из десяти высокоэффективных проточных частей одноступенчатых центробежных компрессоров, который может использоваться в газодинамических проектах при проектировании современных центробежных компрессоров.

Обоснование. В настоящее время в холодильной технике все чаще используются спиральные компрессора.

Они обладают высоким коэффициентом подачи, малой шумностью, высокой уравновешенностью и рядом других преимуществ. В открытом доступе не хватает информации, описывающей профилирование спиралей спиральных
компрессоров, тогда как данный этап проектирования самый сложный.
Цель. Описание построения и профилирования наиболее распространённых типов спиралей холодильных спиральных компрессоров.

Методы. Использование известных математических зависимостей и математического аппарата для вывода расчётных формул.

Результаты и их применение. Выведены и описаны необходимые математические зависимости, позволяющие профилировать и строить 3D-модели кусочно-окружной спирали, эвольвентной спирали и спирали Архимеда.

Гелий – ценный природный ресурс, имеющий большое значение для научных исследований. В настоящее время его извлекают в основном из природного газа или с помощью крупных воздухоразделительных установок (ВРУ).
Гелий, обычно вместе с неоном, отводятся из ректификационной колонны. В целях получения чистых неона и гелия производится их дополнительная очистка. В настоящей статье рассматриваются основные методы выделения гелия из неоногелиевой смеси, разрабатываемые отечественными и зарубежными исследователями. Сравнение методов
ректификации, вымораживания, мембранного разделения и сорбции, позволяет заключить, что метод адсорбция позволяет проводить разделение в относительно высоких температурных интервалах и более энерго-эффективно, чем другие рассмотренные методы разделения. В работе приведены существующие примеры использования адсорбционного
метода очистки гелия от неона, которые реализованы в КНР и на территории СНГ. Представлен обзор по адсорбционному разделению на новых адсорбентах, как на металлоорганических основах, так и на одностенных углеродных нанотрубках. В
дальнейшем авторы планируют проводить эксперименты, с целью восполнения
пробелов данных по адсорбции и десорбции неоногелиевой смеси на разных адсорбентах.

Данная статья представляет собой обзор известных технологий аккумуляции холода с использованием бинарного льда в системах кондиционирования воздуха. В работе авторы постарались привлечь внимание читателя к экологически чистой технологии, повышающей энергоэффективность систем кондиционирования.
В работе рассмотрены системы с хладоносителями, выделены их основные виды и перечислены основные преимущества и недостатки использования двухфазных хладоносителей. Так как для использования воды в качестве хладоносителя при температуре ниже 0°С требуются дополнительные примеси, то были рассмотрены основные присадки и депрессанты, используемые в технологии получения ледяной суспензии, а также их влияние на свойства водного раствора бинарного льда. Авторами были изучены и описаны основные известные методы генерации бинарного льда, такие как: переохлаждение жидкости, прямой контакт с несмешиваемым хладагентом, намораживание на поверхностях, получение ледяной суспензии в псевдоожиженном слое и «вакуумный» лед. Для каждого метода описаны принципы получения бинарного льда, его основные преимущества и недостатки.
Для более полного понимания особенностей проектирования систем, использующих бинарный лед, авторами были рассмотрены методы хранения и распределения ледяной суспензии в системе. Описаны их области применения, основные отличия использования централизованной и децентрализованой систем хранения бинарного льда.

Целью настоящей работы является обзор литературы, посвящённой тепловым трубам, для анализа целесообразности использования данного типа теплообменника в системах кондиционирования воздуха. В статье описан принцип работы и конструкция тепловой трубы, приводятся различные способы возврата конденсата, подробно описывается её термодинамический цикл. Значительное внимание уделяется фитильным конструкциям и рабочим жидкостям. Далее перечисляются ограничения на перенос теплоты тепловых труб, которые влияют на работоспособность теплообменника. Описаны рекомендации по проектированию, найденные в научной литературе и на сайтах компаний-производителей. Приводятся схемы конструкций тепловых труб, применяющиеся в центральных
кондиционерах и в системах кондиционирования воздуха (СКВ). Продемонстрирован пример установки с использованием тепловых труб в качестве теплообменника отработанного воздуха в центральном кондиционере. Проведено сравнение эффективности и тепловой мощности различных способов теплоутилизации при одинаковых начальных параметрах расхода и температур наружного, вытяжного воздуха. В заключении сделан вывод о преимуществах использования тепловых труб в СКВ для утилизации теплоты. Указана причина редкого применения указанного теплообменника.
Приводится результат сравнения различных способов теплоутилизации и ответ на вопрос о перспективности использования тепловой трубы в СКВ. Даются рекомендации о направлении дальнейших исследований по представленной в обзоре тематике.