WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Определяющие факторы в выражении (2) являются функциями температуры, поэтому процесс распыливания воды может быть существенно интенсифицирован ее нагреванием. С увеличением температуры возрастание производительности распыливания вызывается только ростом числа капель аэрозоля, при этом изменение степени его дисперсности не происходит. При распыливании воды с помощью фокусирующего УЗ излучателя, производительность зависит от величины уровня жидкости, причем её оптимальное значение (Hопт.) в большинстве случаев равно фокусу (Ф) излучателя (рис. 1). Hопт. может незначительно отличаться от величины Ф в зависимости от мощности УЗ и физических свойств распыливаемой жидкости.

На образование новой поверхности при распыливании жидкости одним квадратным сантиметром рабочей поверхности распылительного устройства за 1 с расходуется акустическая энергия (Ен.п.) в соответствии с равенством (3):

(3)

где П’ – фактическая скорость распыливания жидкости.

Подставив в выражении (3) вместо П’ расчетную величину скорости распыливания П’р =, равенство (3) примет вид:

(4)

Поток звуковой энергии (Рзв), вошедший в струю «УЗ фонтана», большей частью, расходуется на рабочем участке фонтана, где наблюдается кавитация и происходит распыливание жидкости. При этом, величина Рзв является некоторой долей всей акустической энергии (Р), излучаемой преобразователем; отношение Рзв/Р представляет собой коэффициент кавитационного использования акустической энергии () и зависит от режима распыливания. При напряжении на излучателе, незначительно превышающем пороговое, 0,34, а в режиме большой мощности 0,65. Отношение Ен.п./Рзв определяет эффективность диспергирования кавитацией (). Произведение коэффициентов и представляет собой величину дис - эффективность диспергирования звуком ( 1%). Однако величина дис не является энергетической характеристикой, на основании которой можно объективно оценивать эффективность процесса с практической точки зрения. Эффективность диспергирования другими, неакустическими способами, также низка.

В третьей главе, «Разработка математической модели процесса увлажнения и методики проведения экспериментальных исследований», произведено математическое моделирование процесса увлажнения вентиляционного потока увлажнительным агентом, генерируемым УЗР-У; разработана конструкция экспериментального стенда и опытного образца УЗР-У, предложена методика проведения экспериментальных исследований.

Увлажнение ВП осуществляется посредством введения в него увлажнительного агента. При скорости ВП более 0,6 м/с капли аэрозоля диаметром до 10 мкм движутся практически заодно с потоком совместно с локальными объемами, окружающими капли, т.е. неподвижно относительно потока воздуха. В условиях неподвижной среды одним из главных критериев, характеризующих тепломассообменные процессы, является число Нуссельта (Nu), определяющее соотношение между интенсивностями теплообмена за счёт конвекции и за счёт теплопроводности. Тепловой поток через шаровую поверхность капли воды определяется следующим выражением:

(5)

Преобразовав равенство (5), при условии, что d1 = dк; d2 =, имеем:

(6)

Капли воды, движущиеся вместе с увлажняемым ВП, не омываются воздухом, то есть термический (Nu) и диффузионный (Nu’) критерии Нуссельта равны наименьшим значениям; при этом первый критерий устанавливает подобие температурных полей, а второй - подобие полей парциальных давлений пара на границе «вода-воздух». Величина Numin, может быть определена из выражения (6), разделив обе его части на :

(7)

В соответствии с теорией подобия полей концентрации пара и температуры, минимальное значение коэффициента массообмена (min), определяется из условия Nu’ = Numin= 2:

(8)

где – коэффициент диффузии водяных паров в воздухе.

Таким образом, используя предельные (минимальные) критерии Нуссельта, для описания тепломассообменных процессов могут быть применены следующие выражения:

- для потока теплоты: (9)

- для потока массы (воды): (10)

Основными факторами, обуславливающими процесс изменения состояния воздуха при увлажнении УЗР-У, являются: начальные параметры (tнач и dнач), температура распыливаемой воды (tв), мощность ультразвука (Руз). На основании этого могут быть сформированы модели процессов в виде линейных полиномов:

1 -

2 -

3 -

4 -

5 - (12)

6 -

где tнач и dнач – соответственно начальные температура и влагосодержание воздуха; tВ – температура распыливаемой воды; tт – температура потока аэрозоля (тумана), выходящего из УЗР-У; Руз – мощность УЗ колебаний; d – изменение влагосодержания обрабатываемого воздуха.

Для выявления корреляционных связей в моделях разработан экспериментальный стенд (рис. 2), имитирующий систему активного вентилирования, снабженную УЗР-У. Конструкцией стенда предусмотрены все необходимые устройства для имитации реального процесса увлажнения ВП. Генерирование УА осуществляется с помощью опытного образца УЗР-У, конструкция которого представлена на рис. 3. Для аппарата определена зависимость производительности от величины подачи аэрозолевыводящего воздушного потока (АВП) вентилятором (рис.4). График условно разделён на 3 интервала: «А», «Б» и «В». В интервале «А» наблюдается стабильное возрастание производительности; в начале интервала «Б» возрастание прекращается, и на всем его протяжении производительность находится приблизительно на одном уровне (от 378 до 950 см3/с величина производительности колеблется относительно отметки 350 г/ч). В интервале «В» кривая графика снова приобретает восходящий характер.

Рис. 2 Функциональная схема экспериментального стенда:

1 – воздуховод; 2 – теплоизолятор; 3 – УЗР-У; 4, 14 – весы; 5, 9, 11, 17, 21, 24 – датчики термометров; 6 – вентилятор; 7 – предварительный увлажнитель (парогенератор); 8, 16 – датчик гигрометра; 10 – датчик анемометра; 12 – выпускной проем; 13 – резервуар подпиточной воды; 15 – шланг; 18 – проем для забора атмосферного воздуха; 19, 22 – шибер; 20 – патрубок; 23 – электрический воздухонагреватель; 25 – проем для забора комнатного воздуха.

Рис. 3 Опытный образец УЗР-У: а - принципиальная схема; б - аппарат в действии.

В ходе экспериментов на стенде воспроизводились различные режимы увлажнения воздушного потока с помощью УЗР-У. При этом основные факторы, влияющие на процесс тепло-влажностной обработки воздуха, изменялись в достаточно широком диапазоне, характерном для реальных условий: относительная влажность – от 70 до 95%; температура – от +2 до +15 С; скорость воздушного потока – от 3 до 5 м/с.

В четвертой главе, «Основные результаты исследований», произведен регрессионный анализ экспериментальных данных. В результате полиномиальной аппроксимации получены модели многофакторного эксперимента; установлена аналитическая зависимость для определения энергоёмкости системы увлажнения, оснащенной УЗР-У; построены графические зависимости, позволяющие выявить оптимальные характеристики процесса; разработана методика инженерного расчета системы увлажнения картофелехранилища.

Зависимость производительности УЗР-У от мощности УЗ и температуры распыливаемой воды может быть аппроксимирована выражением (13), которое применимо для следующих интервалов определяющих факторов: tВ 16 – 80 С; Руз 0 – 199 Вт:

(13)

Разделив обе части выражения (13) на величину производительности УЗР-У (W) и выполнив соответствующие преобразования, получим аналитическую зависимость для энергоемкости процесса (Еуз):

(14)

Еуз отражает величину энергозатрат, необходимых для создания УЗ колебаний, которые обеспечивают процесс распыливания воды УЗР-У. Еуз является одним из слагаемых общей величины энергоемкости аппарата (Еузр-у). ЕУЗР-У определяется как сумма энергоемкостей всех электропотребляющих устройств, входящих в состав УЗР-У и задействованных при его эксплуатации:

(15)

где Евн и Евент – соответственно, электрические мощности водонагревателя (Рвн) и вентилятора (Рвент), отнесенные к величине W.

Величина Евн определяется в соответствии с выражением (16):

(16)

где с – средняя удельная изобарная теплоемкость воды (4190 Дж/(кг·К)); вн – КПД водонагревателя (ТЭНа): 0,95; tпв - температура подпиточной воды ( 5 С).

Евент определяется только величиной W, т.к. Рвент – неизменна:

(17)

В результате анализа зависимостей (14) – (16) установлено, что температура распыливаемой воды оказывает существенное влияние на энергоемкость УЗР-У. На рис. 5 представлены графики функций Е = f(tв). Экстремум (минимум) функции ЕУЗР-У= f(tв) соответствует наиболее экономичному режиму работы аппарата при данных условиях.

Поддержание tв в пределах допустимых значений (интервал tдоп на рис. 5) не приводит к значительному увеличению энергоемкости.

Анализ данных показал, что минимум функции ЕУЗР-У = f(tв) зависит от величины Руз; на рис. 6 графически представлена данная зависимость. Математически подтверждается и графически (рис. 5 и 6) иллюстрируется, что наиболее экономичный режим работы УЗР-У обеспечивается при поддержании tв на уровне 32 – 62 С, при этом мощность УЗ целесообразно устанавливать в интервале 15 – 40 Вт (см. рис. 6).

С помощью модели (13) разработана методика инженерного расчета системы увлажнения картофелехранилища.

1. Определяется суммарное количество влаги (Wсумм), которое необходимо непрерывно

вносить в ВП, чтобы насыщать его до требуемой величины относительной влажности (кон = 95 %).

При этом, расчет производится на максимальную величину Wсумм, которая соответствует лечебному периоду хранения картофеля, когда исходные параметры ВП составляют tнач +15 С; нач 75 %.

2. Вычисляется фактическая максимальная производительность одного УЗР-У (Wmax), в котором используется ПЭ преобразователь известной модификации (тип излучателя УЗ и величина РУЗ известны). Температура воды (tВ) принимается с учетом обеспечения санитарных требований, эксплуатационной надёжности аппарата и экономической целесообразности.

3. На основании вычисленных значений Wсумм и Wmax определяется необходимое количество УЗР-У (N). С использованием модели (13) определяются энергозатраты (РN) на эксплуатацию каждого N-ного УЗР-У, которые в дальнейшем послужат основой расчета энергоёмкости (Е) процесса увлажнения в целом.

аэрозоля, во-вторых, сокращено стесняющее воздействие канала на расширяющееся при движении «облако» аэрозоля, что в совокупном эффекте снижает энергоемкость УЗР-У.

В пятой главе, «Технико-экономические аспекты использования УЗР-У в картофелехранилищах» рассмотрены основные технико-экономические показатели, учитываемые при оценке экономической эффективности использования УЗР-У в качестве источников УА в картофелехранилищах. К числу основных факторов относятся:

- снижение энергоёмкости процесса увлажнения ВП;

- сокращение потерь массы продукта от болезней, спровоцированных контактом капельножидкого увлажнительного агента с поверхностью продукта;

- снижение капитальных затрат на оборудование системы увлажнения;

- снижение эксплуатационных затрат, включая мероприятия водоподготовки, дезинфекции и технического обслуживания.

Особое внимание уделено фактору снижения энергоёмкости процесса увлажнения, так как в последние годы наблюдается существенное увеличение тарифов на электроэнергию, в том числе для предприятий АПК. Энергоёмкость (Е) может быть определена как величина, равная отношению суммарной электрической мощности (Р) приборов и устройств, входящих в систему увлажнения, к общей производительности (по аэрозолю) системы увлажнения при данной потребляемой электрической мощности (Wmax):

(18)

При использовании в картофелехранилище в качестве источника (источников) увлажнительного агента ультразвуковой распылитель-увлажнитель, система увлажнения будет содержать следующие приборы и устройства:

- УЗР-У, содержащие в своей конструкции оборудование для получения ультразвука, вентиляторы для выделения аэрозоля, ТЭНы для нагрева распыливаемой воды, системы автоматического управления клапанами подпитки;

- контроллер, осуществляющий управление УЗР-У в зависимости от изменяющихся параметров внутреннего и наружного воздуха;

- реле включения УЗР-У.

В соответствии с определенной комплектацией системы увлажнения определяется энергоёмкость процесса увлажнения; с учетом продолжительности эксплуатации и величины тарифа на электроэнергию определяется величина денежных затрат.

Сопоставим величины энергоёмкостей двух систем увлажнения для обслуживания одного и того же хранилища; в одной из систем используются УЗР-У, в другой – парогенератор (см. табл. 1).

Сравнительные характеристики систем увлажнения, оснащенных парогенератором и УЗР-У

Таблица 1

ВЫВОДЫ

  1. Выявлено, что существующие методы и средства увлажнения вентиляционного потока в картофелехранилищах имеют существенные недостатки: создают повышенную энергоёмкость системы увлажнения; могут представлять опасность для хранящегося продукта. Главной причиной данных недостатков являются особенности принципа действия и конструкции устройств для генерирования увлажнительного агента.
  2. Теоретически обосновано, что генерирование высокодисперсного водного аэрозоля распыливанием воды в «УЗ фонтане» является менее энергоёмким и более технологичным способом получения увлажнительного агента по сравнению с применяющимися в настоящее время в хранилищах. Данное сравнение корректно при всех прочих равных параметрах увлажнительного агента (дисперсность и т.п.).
  3. Разработана математическая модель процесса увлажнения

вентиляционного потока ультразвуковым распылителем-увлажнителем, объясняющая зависимость производительности аппарата от двух факторов: температуры распыливаемой воды и мощности ультразвука. Анализ модели позволяет выявить оптимальные значения факторов, соответствующие минимальной энергоемкости процесса увлажнения; при этом, их значения находятся в интервале установленных ограничений.

Pages:     | 1 || 3 |






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