Проаналізовано підсистеми термостабілізації біогазових установок, у яких теплообмін відбувається за умов вільної та вимушеної конвекції. Проаналізовано теплотехнічні основи процесу біоконверсії, властивості середовищ, що використовуються як сировини у біогазових установках. Визначено фактори, які впливають на процеси теплообміну та гідродинаміки в елементах систем біоконверсії. Проаналізовано існуючі критеріальні залежності для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі за умов вільної та вимушеної конвекції та залежностей для визначення теплофізичних властивостей багатокомпонентних органічних сумішей. Запропоновано нетрадиційний підхід та експериментально-розрахункову методику визначення коефіцієнтів тепловіддачі від стінки до органічних сумішей з обмеженою інформацією про теплофізичні властивості за умов вільної та вимушеної конвекції для різного геометричного виконання поверхні теплообміну. Обгрунтовано застосування експериметально-розрахункового методу в конструктивному розрахунку та числовому експерименті утилізатора теплоти відпрацьованої суміші в системі біоконверсії.

Викладено експериментально-розрахункову методику визначення коефіцієнтів тепловіддачі від стінки до органічних сумішей з обмеженою інформацією про теплофізичні властивості за умов вільної та вимушеної конвекції для різного геометричного виконання поверхні теплообміну. Обгрунтовано доцільність застосування експериментально-розрахункового методу в конструктивному розрахунку та числовому експерименті утилізатора теплоти відпрацьованої суміші в системі біоконверсії.

Проведено удосконалення розрахункової частини експериментально-розрахункового методу для визначення інтенсивності теплообміну між металевою стінкою і рідинами з обмеженою інформацією по теплофізичним властивостям. В результаті удосконалення з'являється можливість більш коректного вибору модельної рідини і визначення її параметрів. Числовим експериментом визначено, що доцільно приймати модельною ту рідину, температура якої найближча до температури досліджуваної суміші. За теплофізичними властивостями вибраної модельної рідини більш точно визначається поправка переходу із базового режиму в шуканий, поправка на напрямок передачі теплоти, здійснюється перевірка правильності вибору шуканого режиму теплообміну. Оскільки органічні суміші являють собою суспензії на основі води, то модельною рідиною для таких сумішей, найбільш вірогідно, можуть бути водні розчини.

Розв'язано основне енергетичне рівняння лопаткових нагнітачів. Наведено теоретичні характеристики цих нагнітачів. Розглянуто питання перетворення енергії на робочих лопатках. Подано приклади розрахунків східців турбін. Викладено приклади розрахунків теплових схем паротурбінних установок.

Виявлено й обгрунтовано залежності для оцінки коефіцієнтів тепловіддачі від поверхні теплообміну до субстрату у разі вимушеної конвекції. Визначено методи оцінки значень теплофізичних параметрів субстрату та режими течії та теплообміну в каналах для умов зберігання нормальної життєдіяльності бактерій.

Розглянуто термодинаміку та кінетику механізму можливих хімічних реакцій технології переробки природної фосфатної сировини вугільною кислотою з метою одержання мінерального добрива за умов біоконверсії. На підставі одержаних результатів як вугільну кислоту запропоновано використовувати вуглекислий газ, що утворюється під час переробки органічних відходів у процесі одержання біогазу та органічних добрив.

Розроблено експериментальний стенд для дослідження теплообміну. Наведено методики проведення, вимірювань і обробки дослідних даних. Досліджено та проаналізовано інтенсивність теплообміну до багатокомпонентних органічних сумішей за умов роботи систем біоконверсії.

Запропоновано доступну експериментально-розрахункову методику визначення коефіцієнтів тепловіддачі від твердої стінки до складних нестабільних у часі органічних сумішей за умов природної та вимушеної конвекції у разі різного геометричного виконання поверхні теплообміну.

Наведено результати математичного та фізичного моделювання процесів тепловіддачі від поверхні нагріву до суміші органічних речовин. Запропоновано методику для визначення коефіцієнтів тепловіддачі до багатокомпонентних органічних сумішей з метою ідентифікації математичної моделі теплообміну і гідродинаміки в підсистемі термостабілізації системи біоконверсії органічних відходів.

Запропоновано математичну модель для числового дослідження ексергетичних втрат в камерній конвективній сушильній установці та визначення впливу основних режимних параметрів під час конвективного сушіння на ексергетичний коефіцієнт корисної дії конвективної сушильної установки. Математична модель реалізована в середовищі MathCad. Як об'єкт дослідження вибрано камерну сушарку СКРР-400 періодичної дії для сушіння сільськогосподарської продукції з разовим завантаженням 400 кг. Визначено такі складові ексергетичних втрат, які найбільше впливають на термодинамічну досконалість сушильної установки і зазначено шляхи для зменшення їх відносної ваги в ексергетичному балансі. Виконано числові дослідження впливу на ексергетичний коефіцієнт корисної дії сушарки таких параметрів як: температура навколишнього середовища, температура теплоносія на вході в сушильну установку, температура теплоносія на виході з сушильної установки - відпрацьованого теплоносія, температура конденсату пари в калорифері. За результатами числового експерименту встановлено, що зі зростанням початкової температури повітря корисні затрати питомої ексергії на випаровування вологи зменшуються, а зміна видатності сушарки на загальні ексергетичні втрати не впливає. Встановлено, що енергетичний або тепловий і ексергетичний ккд сушарки суттєво відрізняються. За розрахунками ексергетичний ккд камерної сушарки, який відображає її термодинамічну досконалість не перевищує 14,5 %. Порівняння ексергетичного ккд з енергетичним або тепловим ккд сушарки СКРР-400 показало, що тепловий ккд сушарки значно вищий (50,4 % проти 14,5 %). Висунуто гіпотезу, що це викликано тим, що тепловий ккд не враховує явищ незворотності процесів тепло- і масообміну. Встановлено, що втрати з відпрацьованим теплоносієм в ексергетичному балансі складають 8 %, а в тепловому - 33,2 %. За результатами проведеного числового експерименту показано, що підвищення ефективності сушильних установок можна досягти за рахунок вдосконалення їх нагрівальних пристроїв і зниження в них втрат.

Процес одночасного вироблення теплової та електричної енергії має більшу енергоефективність порівняно з роздільною схемою енергопостачання, коли теплова енергія виробляється на парових або водогрійних котельнях, а електрична енергія постачається з централізованих джерел - теплових електричних станцій, що сприяє декарбонізації енергетичної галузі та сповільненню процесів глобального потепління. Впровадження комбінованого енергопостачання в системах централізованого теплопостачання надає переваги щодо диверсифікації та надійності постачання теплової та електричної енергії, зменшення навантаження на об'єднану електромережу, зменшення нерівномірності завантаження електроенергетичної системи, посилення енергонезалежності країни. Як об'єкт дослідження вибрано водогрійну котельню системи централізованого теплопостачання. Визначено економію умовного палива в разі встановлення на базі опалювальної водогрійної котельні газопоршневих двигунів Jenbacher. Показано, що економія умовного палива становить 1,7 - 7,3 % для когенераційної системи в порівнянні з роздільною схемою енергопостачання, де за основу взяті показники ефективності вугільних теплових електричних станцій. Визначено річне зменшення валових викидів оксидів вуглецю, оксидів сірки та оксидів азоту в навколишнє середовище в разі впровадження децентралізованої когенерації. Визначено вплив співвідношення цін на газ та електричну енергію на економічну ефективність комбінованого вироблення теплової та електричної енергії з використанням природного газу. Показано, що використання когенераційної установки для покриття власних електричних потреб є економічно доцільним у разі співвідношення цін на електричну енергію та природний газ більше ніж 2,4. Підтверджено, що когенерація є економічно доцільною, але має значні терміни окупності інвестицій.

Показано, що відомі математичні моделі, побудовані для описання процесів у шахтних сушарках, містять змінні коефіцієнти, які важко ідентифікувати, і класичні фізичні величини, які складно виміряти, вимагають проведення трудомістких експериментальних досліджень, а лінійні моделі сушильного процесу, що базуються на використанні лінійних функцій питомого потоку, нечасто забезпечують відповідність з натурним експериментом. Тому використання цих моделей з метою автоматичного керування тепловологісними режимами роботи шахтної чи колонкової сушарки є досить складним. Запропонована математична модель, яка відтворює такі режими сушіння в шахті конвективної сушарки: традиційний режим, за якого температура зерна плавно монотонно зростає, а вологість зменшується; режим, який реалізовує практично горизонтальну ділянку на температурній залежності в зоні з постійною швидкістю вологознімання; режими в шахтних сушарках зі щільним рухомим шаром сировини, за яких на температурній кривій нагрівання зерна в зоні максимальної швидкості вологознімання відбуваються температурні коливання, а також режим з "провалом" величини температури і величини вологості внаслідок зупинення подачі теплоти і відволоження насіння. З використанням запропонованої математичної моделі проведено числовий експеримент, побудовані температурні криві, характер яких збігається з результатами експериментальних досліджень. Результати числового експерименту показали, що модель відтворює як теоретично, так і практично можливі режими сушіння. Отже запропонована модель є фізично коректною, гнучкою, має невисоку чутливість до малої варіації параметрів, тобто вона є грубою і водночас математично коректною. Математичну модель можна використовувати для різних зерносушарок, які реалізують спосіб сушіння конвекцією в щільному рухомому шарі. Коефіцієнти моделі є сталими і їх відносно легко визначити, а модельні коефіцієнти можна виміряти з точністю, прийнятною для практичних цілей. Простота математичної моделі і відповідність реальним процесам дають можливість застосування її для завдань автоматичного керування процесами сушіння в шахтних зерносушарках зі щільним рухомим шаром сировини.