WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Г- выхлоп, Д-затравка; 1- всасывающий трубопровод, 2-регулировочная заслонка,

3- тройник, 4- гибкий рукав, 5- рама, 6-рукав ввода в камеру, 7- распределительная решетка, 8- камера кипящего слоя, 9- рычаг уплотнительного устройства,

10- выпускной трубопровод, 11- перепускной трубопровод, 12- вентилятор высокого давления, 13-электродвигатель.

Основными требованиями, предъявляемыми к льдогенераторам, как и к другим теплообменным устройствам, является простота конструкции, низкая стоимость материалов для их изготовления и высокая интенсивность процессов теплообмена. При определённых условиях эксплуатации этим требованиям в достаточной степени отвечает аппарат, экспериментальная модель которого была разработана и создана для определения режимных параметров процесса льдообразования в кипящем слое. Схема установки показана на рисунке 4.

Экспериментальное устройство относится к аппаратам для контактирования в двухфазных системах твёрдое тело – газ (воздух) и может быть использовано для проведения технологического процесса получения искусственного гранулированного льда, используемого в промышленных целях и для охлаждения пищевых и молочных продуктов.

Работа установки осуществлялась следующим образом: по всасывающему трубопроводу 1 и гибкому рукаву 4 вентилятором 12 засасывался холодный атмосферный воздух. Поток этого воздуха через тройник 3 по патрубку 6 подавался через решетку 7 в камеру кипящего слоя 8. Привод вентилятора осуществлялся электродвигателем 13, причем его крепление, как и крепление вентилятора 12 с патрубком 4, самым жестким образом осуществлено на раме 5.

Загрузка камеры 8 ледяной затравкой осуществлялась через верхний фланец выпускного трубопровода 10 с уплотнительным устройством рычага 9.

С помощью регулировочной заслонки 2 нагнетательный поток воздуха Б регулируется по своей величине: от режима начала кипения - до режима устойчивого псевдоожижения при максимальных размерах гранул льда. Избыток воздуха сбрасывается по патрубку В.

Во время кипения гранул через отверстие в выпускном трубопроводе 10 циклически впрыскивалась вода, размер капель которой можно оценить как 0,4-1,8 мм. Оценка производилась с помощью фотосъемки. Цель экспериментов на установке – определение удельной скорости намораживания воды в интервале слабого мороза с температурой от –5°С до –15°С, что соответствует погодным условиям начала зимы. Можно с уверенностью говорить, что при этих температурах кипящий слой в промышленном варианте может дать удельную производительность порядка 9-11 т льда в час с 1 куб.м рабочего объема кипящего слоя.

Полученные в таких условиях гранулы можно характеризовать следующим образом:

  1. Температура выходящих из кипящего слоя гранул от –3°С до –6°С, и соответственно они имеют низкую механическую прочность.
  2. Хранение такого льда в условиях недостаточного холода атмосферного воздуха требует мер против режеляции гранул, например пересыпкой гранулированной массы льда небольшим количеством древесных опилок.

Достоинством установки кипящего слоя, кроме высокой производительности, является низкий уровень энергетических затрат, поскольку гидравлическое сопротивление слоя невелико: 100–120 мм вод.ст.

В четвёртой главе исследована кинетика адиабатического намораживания льда.

Кинетика роста гранул льда исследовалась в статических условиях и условиях кипящего слоя.

Статические условия:

Целью эксперимента являлся сбор данных, характеризующих процесс льдообразования на поверхности гранул за счет их внутреннего холода в статических условиях, а сам эксперимент осуществлялся по следующей схеме:

  1. Измерение начальных диаметров охлажденных гранул.
  2. Измерение начальной массы охлажденного набора.
  3. Опускание гранул в предварительно охлажденную до 00С воду на некоторый промежуток времени.
  4. Измерение диаметров гранул после опускания в холодную воду.
  5. Измерение массы набора после опускания в холодную воду.
  6. Обработка данных, заключающаяся в подсчете изменений диаметров и масс гранул.

Эксперименты проводились в широком температурном диапазоне от -50С до -420С, при различном времени погружения гранул в воду от одной до 50 сек (результаты всех измерений вносились в рабочий журнал от 27.10.05г).

Результаты эксперимента обобщены в виде графика зависимости прироста массы (m, г) от времени (t, с) опускания льда в воду с температурой 0оС (рис.5).

Условия кипящего слоя

Схема эксперимента в кипящем слое:

  1. Взвешивание пустой камеры кипящего слоя.
  2. Охлаждение воды для подачи в камеру кипящего слоя, до 0С и ее взвешивание.
  3. Охлаждение камеры вместе с установкой (прогонка вхолостую).
  4. Охлажденные гранулы засыпаются в камеру кипящего слоя и взвешиваются. Получаем чистый вес льда.
  5. Процесс наморозки.
  6. Взвешивание камеры вместе с гранулами после намораживания.
  7. Обработка полученных результатов.

Предложен новый способ получения моноблока льда. Приготовление водно-снеговой суспензии и применение ее для заливки порозного пространства слоя гранул приводит к уменьшению доли жидкости в снежно-гранульном континууме. Подвижность водно-снеговой суспензии всецело зависит от соотношения содержания снега и воды и при некотором его значении суспензия не перемешивается мешалкой и не перекачивается насосом. Рассчитано соотношение - лед: вода: снег (рис.8).

Рис.6. Начальные размер Рис.7. Размер гранул

гранул после эксперимента

В пятой главе предложено практическое использование гранулированного льда

Рис.9. Наращивание ледовой переправы:

1-вода реки, 2, 4 - бурты, 3-гранулированная масса,

5 – ледяное полотно реки

Ледовые переправы, построенные с применением гранулированного льда, могут иметь следующие преимущества:

- повышение несущей способности;

- сокращение сроков строительства;

- применение простейшего оборудования без ледорезной техники;

- усиление монолитности ледяного покрова;

- сокращение сроков и стоимости подготовки переправы;

- увеличение сроков эксплуатации переправы;

- удешевление сооружения.

ВЫВОДЫ

  1. При помощи математического моделирования поставлена математическая модель адиабатического намораживания воды для сферических частиц, а также найдена функция зависимости максимально возможного радиуса гранулы льда от его начальной температуры. Найден закон изменения температуры внутри гранулы в процессе намораживания льда.
  2. Предложен и реализован алгоритм численного решения поставленной модели.
  3. Разработана методика экспериментального измерения кинетики намораживания льда в статике и условиях кипящего слоя. Экспериментально получена кинетика роста льда при различных температурных режимах.
  4. Показано, что предложенный метод использования гранулированного льда в строительстве ледовых переправ значительно ускоряет процесс.
  5. Выявлена область самозамораживания ледяных моноблоков при использовании гранулированного льда.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Тихонов, А. Н. Уравнения математической физики / А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. – М.: Наука, 1977. – 736 с.
  2. Гольдман, Н. Л. Обратные задачи Стефана. Теория и методы решения / Н. Л. Гольдман. – М.: Изд-во МГУ, 1999.
  3. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. – М.: Высшая школа, 1967. – 599 с.
  4. Майрманов, А. М. Задача Стефана / А. М. Майрманов. – Новосибирск: Наука, 1986.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

    1. Ащеулова, А. С. Математическая модель намораживания гранул льда для ледовых переправ в виде задачи Стефана / А. С. Ащеулова, А. А. Храпов, В. В. Рагулин, В. И. Полтавцев // Бурение и нефть. – 2007. – №4 –. С.17–19.
    2. Ащеулова, А. С. Задача Стефана для адиабатического намораживания воды холодом гранул / А. С. Ащеулова, А. А. Храпов, В. В. Рагулин, В. И. Полтавцев // Вестник КрасГАУ. – 2007. – №1. –С.26–30
    3. Ащеулова, А. С. Моделирование процесса послойного намораживания льда / А. Г. Селедков, В. И. Полтавцев, С. Ю. Гончаров, А. С. Ащеулова // Доклады научно-практической конференции «Тенденции и факторы развития агропромышленного комплекса Сибири». –Кемерово, 2005. –С. 185–187.
    4. Ащеулова, А. С. Моделирование задачи Стефана при намораживании воды на поверхности гранул льда / А. А. Храпов, А. С. Ащеулова// Материалы VI Региональной научно-практическая конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 10 апреля, 2006 г. – Новокузнецк: НФИ КемГУ, 2006. – С. 10–12.
    5. Ащеулова, А. С. Задача Стефана как модель адиабатического процесса намораживания воды на гранулах льда / А. А. Храпов, В. И. Полтавцев, А. С. Ащеулова // Вестник Кемеровского государственного сельскохозяйственного института. – №2. – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2006. – С. 193–199.
    6. Ащеулова, А. С. Алгоритм расчета задачи фазового перехода методом сеток / В. В. Рагулин, В. И. Полтавцев, А. С. Ащеулова // Вестник Кемеровского государственного сельскохозяйственного института №2.- Кемерово: Кузбассвузиздат, 2006. –С. 199-202.
    7. Ащеулова А.С. Гранулированный лед в строительстве ледовых переправ и зимников/ А.А. Храпов, В.И. Полтавцев, А.С. Ащеулова // Вестник Кемеровского государственного сельскохозяйственного института. – №2. – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2006. – С.235–242.
    8. Ащеулова, А. С. Использование холода в адиабатическом процессе получения ледяных гранул / А. А. Храпов, В. И. Полтавцев, А. С. Ащеулова // Доклады научно-практической конференции «Тенденции и факторы развития агропромышленного комплекса Сибири». – Кемерово, 2006. – С. 233–236.
    9. Ащеулова, А. С. Кондуктор для получения ледяной затравки / А. А. Храпов, В. И. Полтавцев, А. С. Ащеулова // Доклады научно-практической конференции «Тенденции и факторы развития агропромышленного комплекса Сибири». – Кемерово, 2006. – С. 256–258
    10. Ащеулова, А.С. Моделирование задачи Стефана в адиабатическом процессе намораживания гранул льда / А. С. Ащеулова // Материалы Всероссийской научной конференции молодых учёных «НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ».В 7 частях. – Новосибирск: НГТУ, 2006. – Часть.2 – С.259–260
    11. Ащеулова, А. С. Намораживание льда на поверхности гранул в условиях адиабатического процесса / А. А. Храпов, В. И. Полтавцев, А. С. Ащеулова // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Мосоловские чтения / Материалы межрегиональной научно-практической конференции. – Йошкар-Ола. – 2006. – Вып. 8. – С.257–259.
    12. Ащеулова, А. С. Операционный метод решения задачи адиабатического процесса намораживания льда / А. А. Храпов, В. И. Полтавцев, А. С. Ащеулова // «Проблемы рационального природопользования техногенного региона»: сборник научных трудов Международной школы - конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. 15-17 декабря, 2005, КГСХИ. – Кемерово: Кемеровский ГСХИ, 2006. – С.261-264.
    13. Ащеулова, А. С. Ледовые переправы: необходимость, стоимость, опасность / В. И. Полтавцев, Л. А. Полтавцева, А. С. Ащеулова // «Роль науки и образования в инновационных процессах регионов»: материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 50-летию образованию кафедры «Общеинженерные дисциплины». – Улан-Удэ: Изд-во БСХА им. В. Р. Филиппова, 2007. – С.153–155.

Принятые обозначения

начальный радиус

начальная температура

t

время

R(t)

радиус в момент времени t

U(r,t)

функция описывающая распределение температуры в грануле в любой момент времени

плотность льда

c

теплопроводность льда

плотность воды

q

энергия фазового перехода, потраченная на единицу массы воды

максимальный радиус гранулы при использовании ее холода

изменение радиуса за время

Подписано к печати 13.04.2007г. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная №1. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5.

Тираж 100 экз. Заказ № 37/

____________________________________________

ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет».

650043, г. Кемерово, ул. Красная, 6.

Отпечатано в типографии издательства «Кузбассвузиздат».

650043, г. Кемерово, ул. Ермака, 7.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»