WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ТЮПИН Сергей Владимирович

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЁМКОСТИ ПРОЦЕССА увлажнения вентиляционного потока В КАРТОФЕЛеХРАНИЛИЩАХ путём ПРименения ультразвукового РАСПЫЛИТЕЛЯ-УВЛАЖНИТЕЛЯ

Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск 2009

Работа выполнена на кафедре энергообеспечения производств в АПК ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Беззубцева Марина Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Савушкин Андрей Владиславович

кандидат технических наук, доцент

Овсянников Николай Владимирович

Ведущая организация - Государственное учреждение зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока им. И.В.Рудницкого (НИИСХ Северо-Востока им. И.В. Рудницкого)

Защита состоится «06» ноября 2009 года в 13-00 часов на заседании диссертационного совета КМ220.030.02 в ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 426069, г.Ижевск, ул.Студенческая, 9-315.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан и размещен на сайте www.izhgsha.ru

«02» октября 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Н.Ю. Литвинюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В соответствии с Федеральным Законом «Об энергосбережении» № 28-ФЗ от 3 апреля 1996 г., а также Распоряжением Правительства РФ «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» № 1234-р от 28 августа 2003, для обеспечения роста экономики и повышения качества жизни населения страны необходимо максимально эффективно использовать её энергетические ресурсы. Одним из главных приоритетов «Энергетической стратегии» является высокая значимость снижения удельных затрат на использование энергетических ресурсов путём рационализации их потребления, применения энергосберегающих технологий и оборудования.

Агропромышленный комплекс (АПК) Российской Федерации (РФ) является одним из крупнейших потребителей топливно-энергетических ресурсов, в том числе электрической энергии, которая часто используется нерационально. Данное явление обусловлено множеством факторов, одним из которых является завышенная энергоемкость различных технологических процессов, в том числе, весьма значимого в растениеводстве процесса – увлажнения вентиляционного потока (ВП) в картофеле- и овощехранилищах с активным вентилированием продукта.

Энергоёмкость процесса увлажнения ВП, главным образом, зависит от применяемого оборудования для получения увлажнительного агента (УА). Как правило, для генерирования УА применяют аппараты трёх типов: механические распылители жидкости (дисковые или ротационные), паровые увлажнители (парогенераторы) и испарительные («сотовые») увлажнители. Каждый из перечисленных типов аппаратов имеет свои достоинства, однако общим недостатком их применения является повышенная энергоёмкость процесса увлажнения.

В результате анализа существующих методов увлажнения воздуха и средств реализации данного процесса выявлено, что ВП целесообразно увлажнять аэрозолем, полученным иным, принципиально отличным от вышерассмотренных, способом – с помощью ультразвуковых (УЗ) колебаний, в частности, распылением воды в «УЗ фонтане». Данный способ получения УА имеет сравнительно низкую энергоёмкость, что обуславливает актуальность разработки увлажнительных аппаратов, работающих на данном принципе, применительно к системам увлажнения (СУ) хранилищ. Генерируемый таким образом УА представляет собой высокодисперсный водный аэрозоль (туман), который обладает высокой скоростью испарения в ВП, благодаря чему высокоэффективен и безопасен для хранящегося продукта. В этой связи потери массы от болезней, спровоцированных контактом капельножидкого увлажнительного агента с поверхностью продукта, исключены. УЗ распылители-увлажнители (УЗР-У), адаптированные для работы в условиях хранилищ, могут являться не только альтернативой существующим средствам увлажнения ВП, но и их достойной заменой как более экономичные и технологичные.

Целью работы является снижение энергоёмкости процесса хранения картофеля, уменьшение риска потерь массы продукта путем разработки способа увлажнения вентиляционного потока, основанного на принципе ультразвукового распыления воды.

Задачи исследования:

- проанализировать существующие методы и средства увлажнения вентиляционного потока в картофелехранилищах и определить основные факторы, влияющие на энергоемкость процесса увлажнения;

- выявить физический механизм процесса распыления воды в «УЗ фонтане» и обосновать возможность и целесообразность применения в картофелехранилищах такого способа;

- разработать математическую модель процесса увлажнения вентиляционного потока ультразвуковым распылителем-увлажнителем, позволяющую выявить оптимальные параметры работы аппарата;

- обосновать технико-технологические параметры ультразвукового распылителя-увлажнителя;

- разработать конструкцию ультразвукового распылителя-увлажнителя для картофелехранилищ и изготовить его опытный образец;

- экспериментально исследовать процесс увлажнения вентиляционного потока ультразвуковым распылителем-увлажнителем;

- разработать методику инженерного расчета системы увлажнения картофелехранилища, оснащенной ультразвуковым распылителем-увлажнителем.

Объект исследования. Процесс увлажнения вентиляционного потока в хранилищах и технические средства для его реализации.

Предмет исследования. Определение оптимальных технических и технологических параметров ультразвукового распылителя-увлажнителя.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- теоретически обоснован способ увлажнения вентиляционного потока в картофелехранилищах с помощью ультразвукового распылителя-увлажнителя;

- разработана математическая модель, описывающая процесс увлажнения вентиляционного потока ультразвуковым распылителем-увлажнителем применительно к условиям хранилищ;

- разработана конструкция ультразвукового распылителя-увлажнителя для систем увлажнения картофелехранилищ, новизна которой подтверждена патентом РФ;

- установлены аналитические зависимости для определения энергоёмкости системы увлажнения, оснащенной ультразвуковым распылителем-увлажнителем.

Практическая ценность работы. Изготовлен опытный образец ультразвукового распылителя-увлажнителя для эксплуатации в условиях картофелехранилищ в качестве источника высокоэффективного увлажнительного агента. Благодаря низкой энергоемкости, аппарат представляет собой элемент энергосберегающих электротехнологий. Генерируемый УА (туман) является безопасным, т.к. в силу быстрого испарения не способен достигнуть в виде капель хранящегося продукта; тем самым, исключается дополнительное провоцирование болезней продукта, и связанная с этим потеря массы.

Аппарат может использоваться как в качестве источника увлажнительного агента, так и в качестве генератора аэрозоля из водных растворов фунгицидов, регуляторов роста и иных агрохимикатов, используемых в хранилищах; может применяться в медицине и быту для увлажнения воздуха и дезинфекции помещений.

Разработанная методика расчёта системы увлажнения может быть применима как для картофелехранилищ, так и для хранилищ другой сочной с.-х. продукции, в которых организовано активное вентилирование.

Предложена методика оценки экономической эффективности использования ультразвуковых распылителей-увлажнителей в качестве источников увлажнительного агента в системах увлажнения картофелехранилищ.

Реализация результатов исследований. Опытный образец УЗР-У внедрен в технологический процесс хранения продовольственного картофеля в ЗАО «Культура-Агро» Ленинградской области, что подтверждается соответствующим актом. Ожидаемый экономический эффект от внедрения УЗР-У составляет порядка 84000 руб/год.

Разработан и внедрен в учебный процесс кафедры ЭОП в АПК энергетического факультета СПбГАУ экспериментальный стенд, содержащий УЗР-У и применяемый в качестве лабораторной установки в курсе изучения энергосберегающих электротехнологий в АПК.

Материалы исследования УЗР-У отражены в опубликованных методических указаниях и лабораторном практикуме, которые также используются в процессе обучения студентов специальностей 110302.65., 140106.65.

Основные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель и результаты экспериментальных исследований процесса увлажнения вентиляционного потока ультразвуковым распылителем-увлажнителем;

- аналитические зависимости для определения энергоёмкости системы увлажнения, оснащенной ультразвуковым распылителем-увлажнителем;

- методы расчета системы увлажнения картофелехранилища, оснащенной ультразвуковым распылителем-увлажнителем.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях ФГОУ ВПО СПбГАУ на секциях энергетического (2007 – 2009 г.г.) и инженерно-технологического (2006 – 2008 г.г.) факультетов. Основные тезисы работы представлены в программе международного агропромышленного конгресса «Роль автономных энергетических и инженерных систем в устойчивом развитии сельских территорий» («АГРОРУСЬ – 2008», Санкт-Петербург, ВЦ «Ленэкспо», 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных научных работ, в том числе 1 монография, 4 научных статьи (3 из которых – в рецензируемых ВАК журналах), патент РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа выполнена на 145 страницах машинописного текста, содержит 41 иллюстрацию, 8 таблиц, приложения; библиографический список включает в себя 155 наименований, в том числе 9 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, изложены состояние проблемы, цель и задачи исследования, представлены основные аспекты, отражающие научную новизну и практическую значимость работы.

В первой главе, «Анализ методов и средств увлажнения вентиляционного потока в картофелехранилищах», произведен обзор существующих методов и средств увлажнения ВП в картофеле- и овощехранилищах, выявлены их основные недостатки, а также факторы, влияющие на величину энергоемкости.

Вопросам увлажнения ВП посвящен ряд научных трудов, среди которых труды Жадана В.З., Волкинда И.Л., Бишопа К.Ф., Мондера У.Ф., Майстренко С.М., Дячека П.И., Широкова Е. П., Василива П.А. В работах Волкинда И.Л., Бишопа К.Ф., Мондера У.Ф., Василива П.А. подробно рассматриваются методы и средства для увлажнения ВП, среди которых выделяются дисковые (ротационные) распылители, паровые увлажнители (парогенераторы) и форсуночные распылители. При этом авторы отдельное внимание уделяют вопросам энергоемкости аппаратов. Обзор конструкций увлажнительных аппаратов для крупных (от 500 тонн) хранилищ показал, что с начала 2000-х годов в России стали широко применяться испарительные («сотовые») увлажнители.

В качестве главных недостатков рассмотренных увлажнительных аппаратов выделены: повышенная энергоемкость процесса увлажнения, генерирование крупнокапельного аэрозоля (дисковыми распылителями и форсунками), который может спровоцировать развитие болезней в результате случайного контакта с поверхностью продукта, сравнительно высокие капитальные и эксплуатационные затраты на широко применяемые импортные средства увлажнения. Работа с научными и патентными источниками позволила выявить альтернативный и даже более эффективный (в определенных критериях сравнения) способ получения УА - распыление воды в «УЗ фонтане». Акцентировано внимание на том, что в современных СУ хранилищ не применяется увлажнительный агент, полученный данным способом. Подчеркивается важность, перспективность и целесообразность разработки увлажнительных аппаратов, работающих на принципе УЗ распыления, применительно к СУ хранилищ; новые увлажнители могут быть более экономичны, эффективны и технологичны.

Во второй главе, «Физический механизм и средства реализации процесса распыливания жидкостей в «ультразвуковом фонтане», проанализирован физический механизм процесса распыления воды в «УЗ фонтане», установлены определяющие параметры энергетики процесса, обоснована возможность и целесообразность использования в картофелехранилищах ультразвукового распылителя-увлажнителя.

«Ультразвуковой фонтан» образуется, если из толщи воды к её поверхности направить УЗ волну определенной интенсивности. При этом одновременно с фонтанированием в средней и верхней части фонтана образуется высокодисперсный аэрозоль (туман). Механизм аэрозолеобразования при распыливании воды в «УЗ фонтане» неоднозначен; его теоретическое описание ученые представляют с точки зрения двойственности природы явления, предлагая кавитационно-волновую гипотезу: периодические гидравлические удары кавитационных пузырьков приводят к параметрическому возбуждению на поверхности фонтана стоячих капиллярных волн конечной амплитуды, из гребней которых образуются капли аэрозоля. Наиболее часто встречающиеся (НЧВ) размеры капель аэрозоля имеют значения 0,02 – 20 мкм. Существует зависимость НЧВ размеров капель от частоты УЗ колебаний:

(1)

где d – НЧВ размер капель аэрозоля; a - коэффициент пропорциональности 0,3; к – длина капиллярных волн; - коэффициент поверхностного натяжения; – плотность распыливаемой жидкости; f – частота УЗ колебаний.

Основными факторами, обуславливающими энергоемкость процесса распыления ультразвуком, являются производительность (по аэрозолю) и величина потребляемой электрической мощности. Гершензон Э.Л. и Экнадиосянц О.К. установили зависимость производительности распыливания в «УЗ фонтане» от физических параметров распыливаемой жидкости:

(2)

где П – производительность распыления; рн – давление насыщенных паров; - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; - коэффициент динамической вязкости жидкости.

Pages:     || 2 | 3 |






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