автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Разработка научно-технических основ и исследование комбинированного способа использования солнечной энергии для сушки и низкотемпературного хранения сельхозпродукции

<0 ^ АКАДЕЛШЯ СЕЛЬСКОХОЗЯПСТВЕННЫХ НАУК

^ СК? ТУРКМЕНИСТАНА

о/ им. ПРЕЗИДЕНТА ТУРКМЕНИСТАНА

% АКАДЕМИКА С. А. Ш1ЯЗОВА

ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

На правах рукописи УДК. 662. 997. 537. 22

МАГТЫМОВ ГАДАМ

РАЗРАБОТКА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ОСНОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО СПОСОБА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ СУШКИ И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХРАНЕНИЯ СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ

Специальности: 05.14.08 — 05. 14.04 —

Преобразование возобновляемых видов энергии и установки на их основе-Промышленная теплоэнергетика.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

АШГАБАТ — 1996 г.

Работа выполнена в Туркменском государственном педагогическом институте им. С. Сейди. Институт механизации и технологии переработки сельскохозяйственной продукции АСХНТ им. Президента Туркменистана академика С. А. Ниязова.

Научный консультант: академик АСХНТ и АНТ, доктор технических наук, профессор Байрамов Р. Б

Официальные оппоненты: доктор технических наук, чл. корр. АСХНТ Гурбанязов О. А.,

доктор технических наук Ашырбаев М. X. доктор технических наук, профессор Хандурдыев А.

Ведущая организация: Туркменский политехнический

институт.

16» сревра/м шб г.

Защита состоится « 10 часов на заседании специализированного совета

по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора (кандидата) наук при Институте механизации и технологии переработки сельскохозяйственных продуктов Академии сельскохозяйственных наук Туркменистана им. Президента Туркменистана академика С. А. Ниязова (744032, ш. Ашгабат—32, м. Бекреве, ИМ и ТПСП АСХНТ).

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке АН Туркменистана.

Автореферат разослан «

1Ъ> ЛН&а^Я 1996

г.

Ученый секретарь , Специализированного совета, кандидат технических (.наук

М. А. РАХМАНОВ

-3 -

01 ¡ЩЛЯ ХЛРЛКГКРИИТИКЛ РАБОТЫ лкту/иыкхп'ь ртгт

Сокращуни» потерь сельскохозяйственной . продукции является приоритетным направлением с решении проблемы обеспечения страны продовольственными ресурсами. поскольку помимо снижения уровня чкстенсивного и интенсиьного развития сельского хозяйства, и, как следствие.снижения числа трудоспособного насело-ния.занятого м&'ю.чМектиьнмм тру дом, приводит к снижению энергозатрат, к снижению вредного воздействия топливно-мнергетического комлекса на окружающую среду я виде выбросов парниковых (COj. , СН^и др).кислотных (SO, N0 и др.) газов и золы.

К числу теплотехнологичееких приемов сокращения потерь растительного сырья относятся его консервирование и,в частности, тепловая сушка,и содержание с го при низких температурах в специальных помещениях.

Очевидным и перспективным направлением расширения сферы использования одного иг нетрадиционных возобновляемых источников энергии-энергии Солнца в условиях Средней Азии является много-напраЕленное ее применение не только в системах солнечного теплоснабжения коммунально-бытовых потребителей,но. и видимо в первую очередь,в перерабатывающих отраслях агропромышленного комплекса.

Для разработки концепции энергоснабжения перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса необходимо точно определять тепловые нагрузки в хранилищах с искусственным охлаждением и в сушильных установках,как наиболее энергопотребляющем оборудовании и энергосберегающие мероприятия.

Многочисленность факторов,влияющих на энергозатраты в теп-лотехнологических процессах сушки и хранения сельхозпродукции, привела к обилию научно-практических работ,в которых исследовалось количественное влияние их на эффективность материально-технической базы,обеспечивающей эти процессы.Необходима систематизация имеющихся сведений для выявления рациональных режимов как сушки,так и хранения.а также работы теплотехнического оборудования при организация этих процессов.Следует отметить противоположность конечных результатов сушки и хранения растительного сырья.Если в первом случае необходима повышенная интенсивность обезвоживания, обеспечивающая минимальные энерго-

затрат;: и приводящая к скорейшему достижению кондиционных параметра!-, хысушенной продукции,то во втором -необходимо сшдчние уолииии.и и первую очер-дь микроклимата в хранилищах,обоспечи--!!ак>ших минимиздцю» интенсивности обеавожиьания,не ухудшающую качество хранимой продукции.

г'л-'"- десятки научно-практических работ, затрагивали :■: эту проблему посвящены: знергетическому потенциалу солнечной радиации и перспективам его реализации при превращении в теплоту,работу. электричество;разработке низко-и высокотемпературных ге-лиотех.чологий и опыту их промышленной реализации: разработке, исследованию и методам расчета осноеных элементов солнечных установок (коллекторов,аккумуляторов теплоты,опреснителей,теплиц, сушилок и т.д.); оптимизация и оценке термоэкономической ''фиктивности использования гелиосистем;изготовлению и эксплуатации солнечных' установок.

Как видно,широкий круг задач,решение которых может обеспечить эффективное вовлечение солнечной энергии в решение одного из важнейших вопросов-повышение благосостояния народов,вызывает пристальное внимание многих специалистов.К сожалению,пытаясь решить одновременно все указанные выше проблемы,научные работники . являясь специалистами в узком круге вопросов,допускают неглубокую проработку далеких от их интересов составляющих общей проблемы. Поэтому .разделяя общепризнанное в мире мнение о необходимости расширения использования экологически чистого возобновляемого источника энергии ( солнечной радиации') для консервирования и хранения сельхозпродукции.обратим внимание на малоисследованные аспекты этой грандиозной проблемы.а именно:на возможность энергосбережения в солнечных установках для сушки и хранения продуктов растительного происхождения,на повышение точности методов расчета кинетики обезвоживания в различных средах,на вопросы создания автономных малотоннажных установок, позволяющих перерабатывать приходящую в некондиционное состояние продукции сельхозхранилищ и др.

Комплексное решение вопросов снижения потерь сельхозпродукции при одновременном снижении энергозатрат на эти мероприятия путем органичного соединения хранилищ и сушильних установок яв - лнется актуальной народнохозяйственной прикладной проблемой, решение которой в настоящее время сдерживается недостаточным к ней вниманием,отсутствием ряда основополагающих концепций

и научно-практических ненов обезвоживания различных представителей растительного сырья.

Ц^лы» раооты является научно«.' '^основание методов обобщения и расчета кинетики ооезвожинапия растительного сырья и разработка основ создания анергосберогающих гелиотеплотехнологий комплексного хранения и сушки растительного сырья.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы частные задачи исследований.основными из которых являются:

- разработка физических моделей и теоретических основ расчета тепло-и маесоооменн при сушке сильноус.чживающихся материалов;

-обоснование математических моделей сушки при переменных ре - жимах в замкнутый конвективный гелиосушилках и установление путем вычислительного эксперимента основных закономерностей обезвоживания;

- выявление влияния неравномерности распределения физических параметров в тепломассоооменной камере на энергетическую эффективность ее работы и изыскание энергосберегающих мероприятий;

-совершенствование методоЕ обобщения основных кинетических закономерностей обезвоживания при хранении и сушке растительного сырья и создание на их основе компьютерного банка данных по гигротермическим и кинетическим характеристикам сельхозпродукции;

-разработка научно-технических основ комплексного решения проблемы снижения потерь сельхозпродукции в послеуборочный период; совершенствование существующих и разработка оригинальных методов расчета составляющих теплового баланса хранилищ и режимов работы оросительных камер;

-разработка принципиальных схем энергосберегающих теплотех-нологий хранения и сушки растительного сырья и оригинальных конструкций гелиосушильннх камер для обезвоживания сильноусажи-вающихся материалов;

-разработка алгоритмов и программных продуктов для исследования и проектирования основных элементов теплотехнологических схем хранения и сушки.

Научная новизна работы заключается в том,что в итоге выполнения работы:

-уточнена физическая модель процесса конвективной сушки ани

:-'1тропн.ч уоажикмячцихея митрриалоп,получены аналитические peni ним математических задач для частных практически важных случали:

• впервые аналитически решена задача описания закономерное--T>'íi изм^ния коэффициента массоотдачи обрегмчииагаих снижения "«(¡•'ргочатрат я равномерное но высоте камерной сушилки висушива-И№> усаживающихся материалов и доказана зависимо; гь оптимально -г" профиля от времени:

-доказана и ревизована возможность обобщения на Сазе моно ■ к полимоликулярной теории адсорбции опытных данных по гигро-термическому равновесию влажных материалов:

- показано необходимость осушения воздуха в гелиосушил-ка:<,получены аналитические решения для изменения температуры воздуха и насадки в регенеративном конденсаторе плотного слоя и определены периоды проскока теплого и холодного воздуха в зависимости от геометрических, теплофизических.гидродинамических и термовлажностных характеристик в аппарате;

-расширена область использования нового метода обобщения опытных данных по кинетике обезвоживания,базирующегося на обобщенной кривой скорости сушки и получены конкретные аппроксима-ционные зависимости для широкого круга практически важной сельхозпродукции;

-впервые теоретически и экспериментально обоснована необходимость использования переменных по влагосодержанию сушильного агента режимов конвективной сушки и определена продолжительность периода смены режима;

-аналитически решена задача определения потерь тепла через пол при кусочногладких граничных условий первого и третьего рода;

Практическая ценность работы заключается в том,что: -разработана методика расчета сушильной установки для сушки сельхозпродукции с произвольной кинетикой обезвоживания,учитывающая неравномерность распределения физических параметров сушильного агента и сушимого материала,зависимость интенсивности сушки от влагосодержания сушильного агента,изменение конфигурации к геометрических размеров сушильной камеры,которая может быть использована при проектировании установок,оптимизации по натуральным или стоимостным режимных параметров сушки и геометрии сушильной камеры при тепловом обезвоживании произвольных

- ? -

представителей илодоноовощной продукции;

-разработана методика аналитического расчета потерь тепла или теплипритоков через пил плодоовищехранилищ,позволяющая компьютеризировать расчет» их тепловых режимов;

-разработана методика оптимизации процессов неравномерного массообмена в капельнигазовых смесях (камеры орошения,градирин, смесительные теплообменники для утилизации ниэкопотенциального тепла и т.д.),позволяющая качественно и количественно оценивать влияние неравномерности различных распределенных величин (скорости газа,начальной скорости и размеров и капель,угла раскрытия факела распыла жидкости и т.д.),на интенсивность массообмена.траекторию движения капель и,как следствие,на геометрические размеры аппарата.его знергетические характеристики.разрабатывать нетрадиционные неизвестные ранее приемы энергосбереяения в СВ.СО и СКВ; выполнять расчет геометрической формы факела распыла и габаритов массообменной камеры,обеспечивающих полное испарение распыленной «идкости;

-разработан алгоритм и программный продукт для построения Н-г диаграмм для сред произвольного состава,необходимых для расчета статики хранилищ в том числе и срегулированной газовой средой, сушильных установок,систем кондиционирования и других теплотехно-логических систем;

-создан компьютерный банк гигротермических свойств сельхоз -продукции,позволяющий автоматизировать расчеты кинетики обезвоживания в сушильных установках и хранилищах на базе единого подхода к аппроксимации кинетических зависимостей для этих процессов;

- предлокены и реализованы оригинальные конструктивные и схемные решения практических задач сушки и хранения сельхозсырья.

Реализация полученных результатов.

Основные разработанные теоритические и экспериментально подтверкденные полокения реализованы при создании и эксплуатации полупромышленной гелиосуиилки с площадью гелиоколлектора 22 и и полупромышленной гелиосуиилки с плокадью гелиоколлектора 20 и н<3 гелиополигоне ТГПИ им, С.Сейди (ш.Чарджев ), в результате чего продоляительность сушки дыни сорта "Вахарман" сократи-

- & -

лась нн !.'■> 18 часов в зависимости от [»гиш.чурмого [»ежима.

При реконструкции системы технологического кондиционирования овощефруктохранилищ емкостью 1000 тонн на Сакарском консервном заводе использованы следующие научны* результаты:

- метод расчета системы теплоилажостной обработки воздуха в указанном онощефруктохранилище;

- метод расчета потерь Чт'рез пол;

- метод расчета кинетики усушки различных представителей сельхозпродукции для определения оЛадх потерь влаги хранимым сырьем.

По нашим предложениям 19Я5 г. роконсгруктирована периодическая сушилка путем установки в ней брезентовой наклонной стенки. Сопоставление результатов сушки дыни сорта "Кызыл Гуля-би" без и при наличии разделяющей стенки показало, что достижение требуемого конечного состояния высушенных дынь происходит на у и 10 часов быстрее в модернизированной установке.

Программы« продукт и рекомендации по снижению потерь сельхозпродукции при длительном хранении приняты к внедрению в перерабатывающих отраслях ЛеОапского велаята.

Личное участие автора в получении научнь:х результатов.

В течение 15 лет автор принимал непосрдественное участие и является основным исполнителем всех этапов данной работы, начиная от постановки задачи исследования, проведения комплексных теоретических и экспериментальных работ, разработки экспериментальных, полупромышленных, промышленных установок, кончая обобщением результатов, созданием, испытанием солнечных сушильных установок и овощефруктохранилищ.

Апробация работы. Основные результаты, полученные автором, докладывались на научно-теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава ТГЛИ им.С.Сейди (ш.Чарджев, 1980-1995 гг.); Всесоюзной научно-практической конференции "Восточно-Туркменский территориальный промышленный комплекс" (г.Чарджоу, 1982 г.); Научно-производственного совещания по увеличению производства, повышению качества, транспортабельности стандартизации дынь (г.Ташкент, 1081 г.): Всесоюзной научной конференции "Проблемы энергетики, теплотехнологии" (г.Москва, 1983 г.); на ученом Совете НПО "Солнце" АН ТССР (г.Ашхабад. 3982 г.); на научно-техническом Совете ТРСБОСа Чарджоуской области ТССР (пос.Саят Чарджоуской области, 1982 г.); Республи-

канской научной конференции молодных ученых и специалистов Туркменистана "Научно-технический прогресс и общество" (г.Ашхабад. 1УЧ1:'| г..); Республиканской научно-практической конференции "Использование солнечной энергии и народном хозяйстве", посвя-щеннной 70-литию чл.корр.АН Уз.спр Умарова Г.П. ГI*.Ташкент. 19Я1 !•.); .V Всесоюзной школы-семинара "Эксергетический метод анализа технических систем и экономия энергетических и материальных ресурсов" (г.Запорожье, 1992 г.); XXXIУ научной конференции профессореко-преподавательского состава, посвященной первой годовщине новой политики образования Президента Туркменистана "Новая политика образования: вопросы социально-гуммаии-тарных V. естественных наук" (ш.Чарджев, 1994 г.); Республиканская научно-техническая конференция "Проблемы энергетики теплотехнологии в отраслях АПК, перерабатывающих растительное сырье" (г.Москва. 1994 г.1.

Публикация по работе. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 3 брошюры, получено авторское свидетельство.

Оогем и структура работы. Диссертация состоит из введения. шести глав, заключения, списка использованной литературы из наименований и приложений. Она изложена на 49.5' страницах машинописного текста и включает в себя, рисунков, Я, таблиц.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ

Анализ работ Р.Байрамова,О.А.Гурбанязова, А.Хандурдыева, Дж.Мурадова, З.Таирова, Г.Умарова, В.З.Жадана, Б.И.Бодрова, А.В.Лыкова, П.С.Куца, С.И.Коновальцева и др..опубликованных в отечественной и зарубежной литературе по проблемам хранения и переработки сочного растительного сырья позволяет констатировать ряд положений.

1. Сокращение потерь сельскохозяйственной продукции в послеуборочный период является приоритетным направлением решения проблемы обеспечения населения продовольствием,поскольку позволяет без увеличения валового сбора сельхозсырья на 25-30% повысить выход товарной продукции.При этом одновременно снижаются интенсивность землепользования,удельные расходы минеральных удобрений,гербицидов,энергии.Последнее снижает нагрузку на топ-

- iO .

дш'но-яннрсетичсс.-кий комплекс. производящий энергию. и ■ как СЛеДСТНИе.умгШ.Шае'Г Й.ЧГрЯ.ЧЯ'МШн ПКрудаЮЩОЙ Среди ТОКСИ'к'СКИ-МИ, ПарНИКОТ'.ыми гп.ч.чми и ГЛЛ.НЬК'.

:;. Т<»п.!ютехнологич<'(:кчя сторона проблемы сокращения потерь сельхозпродукции связана с хранением ее в охлаждаемых хранилищах и консерьироканием путем тепловой сушки как ъ период сбора нлидоь и овощей,так и и период их хранения.

В настоящее время практически отсутствуют четкие,науч-но-обоснованные рекомендации rio вопросам проектирования,строительства и эксплуатация зданий Фруктохранилищ,в том числе и с регулируемой газовой средой.

■i. Многообразие причин потер!' растительных продуктов при хранении и большое количество факторов,влияющих на их величину, определяют многоплановость задачи сокращения потерь.

Одним из существенных факторов увеличивающих потери при хранении является отклонение реальных условий хранения от благоприятных. Многими исследователями отмечается неравномерность темлературновлажноетных условий в камерах.штабелях,контейнерах при хранении "дышащих" продуктов.

Создание,поддержание и управление параметрами микроклимата хранения и сушки растительного сырья является специфической и недостаточно изученной сферой применения теории тепло-и массо-г.ереноса. Учитывая противоположность конечных результатов хранения и сушки,а именно в первом случае-минимизация потерь влаги при заданных параметрах воздушной среды;во втором-максимальная интенсивность влагоотдачи для скорейшего достижения кондиционных параметров растительного сырья,решение обеих задач возможно только на основе системного,обобщающего теплофизического подхода.

4. Рассмотренные методы расчета и обобщения процессов тепломассообмена охватьшмют и первую очередь традиционные способы раздельного существования хранилищ и сушильных установок,разработаны для стационарных условий,что ограничивает области их применения.отдельные методики не учитывают особенностей работы систем технологического кондиционирования е хранилищах продукции, выделяющей теплоту и влагу, периоды хранения,загрузки и ох-лнждения продукции; длительного хранения;постепенной реализации продукции.

Ь. Комплексно« взаимосвязанное рассмотрение проблем хране-

-и -

мин и сушки сельхозпродукции можот привести к значительным снижениям энергозатрат на счет утилизации низкопотенциалы-юго тепла систем охлаждения и получения на базе абсорбционных термотрансформаторов и гелиоколлекторов сушильного агента с заданными параметрами режима.

6. Рассмотрение проблем конвективной сушки материалов растительного происхождения позволило выявить существующее ошибочное мнение,что в гелиосушилках рецеркуляция сушильного агента приводит к повышению эффективности их работы.Однако в практически используемом диапазоне начальных температур сушильного агента повышение его влагосодержания приводит к снижению интенсивности сушки,увеличению ее продолжительности.Существующие методики проектирования требуют уточнения.введения поправок на переменность интенсивности испарения.Учет этого фактора требует особого внимания к переменным по влагосодержанию сушильного агента режимам сушки, способам осушки воздуха.

7. Теплотехнологические схемы переработки и хранения расти тельного сырья,разрабатываемые для Среднеазиатского региона,как правило,в качестве одного из источников энергии содержат солнечную энергию. При этом считается,что солнечное излучение является возобновляемым источником энергии и поэтому разработку энергосберегающих мероприятий не предусматривают.Однако оценки количества влаги,подлежащей удалению в процессе сушки требуемого международными нормами количества овощей и фруктоЕ показывает, что солнечными коллекторами должны быть покрыты многие десятки квадратных километров территории Туркменистана.Последнее ставит проблему энергосбережения также в число актуальных.

Сказанное выше позволило сформулировать цели и задачи проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение и,разрабатываемой автором со своими коллегами в течение последних 15 лет.

;■:. КАМЕРАДЬНО- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

СЕЛЬХОЗПРОДУКТОВ КАК ОБЪЕКТОВ СУШКИ И ХРАНЕНИЯ

Исповедуя принцип "от свойств материала как объекта сушки к выбору способа обезвоживания и методов его интенсификации и далее к выбору аппаратурного оформления и режимных параметров процессов обезвоживания", однако несмотря на то. что известны успешные попытки обобщения и систематизации сведений по ряду

■ Ш

свойств мяч'чри.чюь как соч-ектов «ушки.мноп>ип{>азие объектов сушки и хранения.зависимость их свойств..в том числе.и от климатических условий и агропромышленных способов выращивания вызывает необходимость пополнения справочного материала, создание компьютерного оанка данных по исследованным представителям сельхозпродукции.Ь работе на примере одного ооъекта сушки-дыни, показана сложность задачи создания банка данных по свойствам растительного сырья и возможные пути решения отдельных вопросов этой проблемы.

В работе с помощь*» известных экспериментальных методов исследования определены теплофизические,спектральные терморадиационные .оптические.структурно-механические,гигрометрические характеристики материалов в зависимости от важнейших влияющих факторов.Приведенные на ркс.1 опытные значения теплофизических свойств дыни подчеркивают сложность получени^единой аппроксима-ционной зависимости во всем диапазоне изменения влияющих параметров. Нами получены зависимости для описания изменения коэффициентов теплопроводности,удельной теплоемкости,температурнопро-водности, плотности, линейных, объемных размеров и т.д. Обратим внимание на одну из важнейших характеристик-удельную теплоту дыхания,которая служит комплексным показателем лежкоспособности продукции.

Нами предпринята попытка апроксимации имеющих в литературе и полученных нами данных по теплоте дыхания с помощью зависимости вида:

Для четырнадцати представителей плодоовощной и ягодной продукции о помощью специальной программы ПЭВМ получены значения коэффициентов Щ4,^.

Предлагаемая нами зависимость , с нашей точки зрения,обладает тем преимуществом.что описывает экспериментальные кривые с различной кривизной.от вогнутых через линейную зависимость к выпуклым, что не позволяет сделать используемые в настоящее время зависимости. Расчетные значения теплоты дыхания составляют основу статистического расчета хранилища,определения нагрузки на систему кондиционирования.Главным условием сохранности

сочного растительного сырья следует считать поддержание его при температуре, необходимой по технологии хранения,с обеспечением оптимальных скоростей и относительной влажности парогазовой среды.

Выполненные,в том числе и нами.расчетно-экспериментаньные работы по влиянию аэродинамики хранилищ на скорость обезвоживания,а следовательно,и потери хранимой продукции позволяют учесть еще один ранее не обсуждаемый ньюанс этой проблемы,а именно,Елияние неравномерности скорости обтекания хранимой продукции сквозь штабель (контейнер),по высоте и вдоль штабеля (контейнера). В работе рассмотрены два частных случая обтекания воздухом хранимого материала:фильтрация сквозь слой ( активное вентилирование,продувка штабелей и т.п.) и Фронтальное течение воздуха вдоль материала.Комбинации этих двух простейших вариантов позволяет исследовать убыль массы в условиях неравномерного обтекания хранимого сырья под произвольным углом.

Расширяя область достоверного использования математического описания кинетики сушки,предлагаемого С.и.Коновальцевым на усушку продукции в овощехранилищах можно уравнение материального баланса по влаге представить в следующем виде:

Р-Ъ , м ^Кгглд^М (и)

ъх!)?; /эх 'эг ' '

Тогда с учетом переменности коэффициента масеоотдачи по

направлению движения воздуха и помня.что 'ЭР(Ы) _

__ /у

получим: д / М № \Ч Л* гдл

Откуда легко показать:

где ^ - коэффициент массоотдачи при Х = 0 •

Таким образом, для случая течения воздуха сквозь штабель или бурт соотношение между коэффициентом массоотдачи и движущей силой должно обеспечивать постоянство их произведения.

Математическая модель массообм^нз хранимого сырьн и филь-

трунн&т'х:»! него воздуха имеет общий характер и может

бить иопользоьана для решения задачи массообмена в неподвижном воздухе и при его параллельном движении с материалом.

1< раг.ите приведены аналитические решения дифферинциалыюго уравнения.описывающего изменение приведенного влагосодержания ОТ Времени дли случая неподвижного, прямоточного и противоточ-ного движения материал?..¡.'случены выражения для определения времени достижения заданного приведенного влагосодержания и изменения последнего по координате.Подробно поиск и результат решения изложены в 115 ].

Неровномерность распределения параметров микроклимата ово-щефруктохранилищ обусловлена, в том числе, и неравномерностью массооомена в оросительных камерах кондиционеров. Практически важным является случай движения и испарения мелких капель воды, для которых справедлив предельный закон массоотдачи. Совместно с С.И. Коновадьцевым и В.Х.Худайбердиевым получена математическая модель движения в факале распыла испаряющихся капель. и В случае произвольного степного закона массоотдачи бЬ =с}Ре.

вводя обозначения с — т-1-^ и м — _ , можно свести задачу

ь-с и- ^

к интегрированию такого нелинейного дифференциального уравнения первого порядка: д ± А. !-<* 1

¿и = ^ Ц" М

5- ^ го

где И -движущая сила массоотдачи; X. -радиус капли; -плотность жидкости■. ^/ц -динамическая вязкость газа; Т>-бинарный коэффициент диффузии паров жидкости в газе. Хотя общей случай не поддается анализу можно рассмотреть различные частные случаи поставленной задачи. Е том случае, когда можно пренебречь силами аэродинамического сопротивления, переменные в неленейном дифференциальном уравнении первого порядка разделяются, и получается такое реше-

4 К> <7 и> 0 Р / Ш ч1*^!1« „

Г=(С "ттг-тг0 и ))

Зная зависимость скорости падания капли от времени, путем интегрирования можно определить зависимость перемещения в;апли от времени:

- 45 </-з*

Тогда можно получить зависимость радиуса капли и ее массы не только от времени,но и от перемещения по высоте:

Чтобы доказать.что неравномерность распыла снижает интенсивность испарения неооходимо сравнить массы капель через некоторое время после распыла или на определенном удалении от места распыла при равномерном ( рое (С") и т^еШ)) и неравномерном С^нрСЕ) и. ПЬрСН)) распыле.

Для случая переменной движущей силы массоотдачи и предельного закона массоотдачи в работе показано, что неравномерность массообмена, обусловленная неравномерность поля скорости газа, вызывает снижение средней интенсивности массообмена.то есть рост габаритов технологической установки или рост расхода жидкости, необходимого для увлажнения газа в заданной степени. Поэтому аэродинамическое совершенствование массообменной технологической установки является знерго-и ресурсосберегающим мероприятием.

Полученные аналитические решения позволяют предсказывать, каково будет в качественном отношении влияние неравномерности различных распределенных величин (скорости потока газа, начальной скорости, начальной массы капель и др.) на интенсивность массообмена: выполнят количественную оценку влияние этих факторов на технике -экономические показатели технологической установки. в частности, на величину капитальных и энергетических затрат; разрабатывать на этой основе нетрадиционные капитало- и энергоберегающие мероприятия.

Для расчета кинетики сушки, воздухообменных установок хранилищ овощей и Фруктов, оптимальных режимов сушки и хранения, энергии связи влаги с материалом необходимо определять равновесное содержание влаги в зависимости от гигротермических условий окружающей среды. Существует достаточное количество змпи-

рич^ских сиотноимжй. nii:j.í''jJ!Hioinnx н частных случаях описать •М^нт-нт*» кривые ряда материалов. В раоотс рассмотрены различны" подходы 1С опоощннии экспериментальных данных по кривым |.'1,)рг.!(ии к подробно наложен способ аналитического описания изотерм со^ции на оаза уравнений Л^игмшра. Брунаузра-'аммета Тел-.•¡••ра. ''имлса Uli.

Результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных !!•.' гигростатики свеклы и моркови приведены на рис. ;>.

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ Yj •!!ВНКТИЬН'.$ СУШКИ П/ШОРО РАСТИТЕЛЬНО!'и ЧЫГ'ЬН

''ушка является одним из важнейших способов консервации сочного растительного сырья так как высушенное растительное сырье малопригодно для развития сапротрофных микр^рганигмое и вреди-т~л«гй е-лъокиховяйстеенной продукции и может сохраняться в течение длительного времени без помощи низких температур,химической консервации, стериализации и тому подобных дорогостоящих методов.

Сочное растительное сырье представляет собой дискретный материал ,состоящий из сравнительно крупных элементов, и его кондиционирование пс завершении процесса сушки затруднительно.

При сушке сочного растительного сырья важно получить равномерный профиль конечного влагосодержания. Неравномерность конечного влагосодержания серьезно снижает качество готовой продукции .Особенностью сочного растительного сырья является отсутствие гигроскопического влагосодержания,поэтому его сушка целиком протекает во втором периоде.Процесс сушки такого материала притекает очень медленно,поэтому температура и парциальное давление водяного пара на поверхности сушимого материала близки к равновесным значениям, определяемым из уравнения изотермы адсорбции,внутреннее концентрационное сопротивление материала мало по сравнению с внешним концентрационным сопротивлением массоотдачи.сушка носит в гораздо большей степени кинетический. ч-?м динамический характер,расход тепла на нагое? материала мал по сравнению с расходом тепла на испарение влаги. Ути Физические особенности используются при разработке математической модели сушки сочного растительного сырья.

Проблема математического описания кинетики сушки такого ма-

териала (.'(«."Гейт г. том,что последний подвержен.как правило,зна

ЧИТАЛЬНОЙ утлке о !!0( "ПП1 ИНОЙ ИЛИ Ш'.М'-'ННКИаеЙСЯ поверхностью испарении .

I: работе математически докарываетоя.что система дифференциальных уравнений материального баланса сушильной установки для сушки материала,подверженного усадке, может быть записана в ви-

где Т - ср->мя. X - координата, отсчитываемая но толщине слоя материала в направлении движения сушильного агента. С- - погонная масса сухого материала на единицу толщины слоя, Ь - массовый расход сухого сушильного агента, Б - погонная площадь поверхности сухого материала на единицу толщины слоя. 3"Чи)~ генетическая Функция первого рода, учитывающая снижение парциального давления водяного пара во втором периоде сушки и сокращение плошади поверхности материала в результате усадки по мере уменьшения приведенного влагосодержания. Система дифференциальных уравнений <3. 1} в равной мере применима к сушильным установкам периодического действия с не подвижным материалом и непрерывного действия с подвижным материалом,причем процесс сушки в этих установках развивается соответственно в пространстве или во Бремени при непрерывном или при периодическом действии.

Исключая влагооодержание сушильного агента из системы дифференциальных уравнений ( 3.] ), получим одно квазилинейное гиперболическое дифференциальное уравнение второго порядка, описывающее поле приведенного влагоеодержания материала:

<ъ и 1 ¿ГШ) Ж +

ъхъг яи) ¿и. фх <ъг ^ ^х ж

РС ^ Я") ** } ^

Исноль:.ун шряхчша интегрзлыюи экспоненты Е^, (Р^ можно

-а -

у равнинно (;/..." ! записать к следующем виде:

Ъ С / С. (33)

К''!!:епий уравнения ( у. у ) позволяет найти такой профиль ко-мгДОиииента массоотдачи,который обеспечивает полное выравнивание скорости сурки пи толщин^ слоя материала. Лил чтпго выражение ('./■.<-') {к«'<:ттривг»>т как дифференциально-.' ур-д&ненй- относительно переменного коэффициента массоотдачи .полагая приведенное нлагосолерхани-.' материала и обобщенную скорость сушки постоянными, и- зависящими от координаты X. .поичем справедливо еоотно-

где^Д0- коэффициент массоотдачи и влагосодержание сушильного агента на входе в слой материала.

В дифференциальном уравнении ( Г^.ч ; разделяются переменные, и в результате получается следующее решение:

___(35)

Переменный коэффициент массоотдачи по толщине слоя материала может быть создан путем укладки материала с переменной плотностью по толщине слоя,путем создания переменного по толщине слоя проходного сечения для сушильного агента.Особенность профиля коэффициента массоотдачи.задаваемого уравнением (3.5),заключается в том,что существует предельное значение координаты

Х __аи-г.)

по достижении которого коэффициент массоотдачи становится бесконечно большим, а проходное сечение для сушильного аг-нтьа соответственно становится бесконечно малым.

В последнее время появились камерные сушильню? установки периодического действия для сушки дискретных материалов с переменным. .Л'ЖИРа'ОЩИМСЯ ПО длине Проход!»!!М 0-Ч>.'ИИ*М ДЛЯ сушильного агента.но необходимость изменения гчюм*трии сущилькой камеры

ил и масе. Ц'.пги расхода сушильного агента в и времени для оптимизации пушки акторы чтич конструкций нн сознают. Зтот способ «лп тимизации г ушки применим только к дискретным материалам, например, к сочному растительному сырь*), ни не к дисперсным.

При постоянном коз^Фициенте массоотдачн,при наличии порап• номерной сушки диф^-решигальное уравнение ('■"->. 3 ) нельзя решить '.¡И. ЫШТИЧесКИ. За исключением ТрИГ.И.'иП.НЫХ Случаев ГИ'рВОГО периода сушки (Г(Ц") = 1) или бесконечно малой обоощенной скорости сушки С^Е^О ~>0У Необходимо численное решение.В работе подробно описаны 0бе;-р;;змериванме ЛйфК'Р^ЯЦИачЬНОГО уравнения , Д!1г'Кре'Г-ны'л аналог.поиск аппроксимации интегральной экспоненты,кинетической Функции второго рода и получение разностной схемы,ь которой конечные разности образованы не приведенным влагосодержа-нием и обобщенной скоростью сушки,а некоторыми функциями от пик. Рассмотрены два способа вычисления по разностной схеме с точки зрения быстродействия и устойчивости. Двумерное непрерывное поле приведенного Елагосодержанияи и обобщенной скорости сушки N заменяют дискретным аналогом |Ч#с ь точках

с координатами — ¿&Х, 3 бТ.

Г'рани'-шмс условия имеют вид: = N о при 1/(?-Ц> пРи

Вычисления при помощи разностной схемы (3.7-3.8» органику чггея следующим образом. По заданному профилю приведенного клаго-епд'-ржанпя в момент времени Т при помощи формулы (3.7) строится :;роФиль обоощонн.ой скорости сутки тот же момент времени Т , после чего при помощи формулы ( 3.8 ) определяется профиль вла-госодержания в следующий момент времени Т+ ьТ . Далее весь процесс повторяется,пока не будет достигнуто среднее приведенное влагосодержание материалу

1-0

где ир- заданное кондиционное конечное приведенное влагосодержание материала.в таком случае время сушки.необходимо для его достижения удовлетворяет неравенству^-!) йТ<Т<.]лТ результаты численного моделирования сушки сочного растительного сырья в камерной сушильной установке периодического действия показали,

•ч\> <• ростам покн:-чт-ля кин-тики сушки т наблюдается увеличений примени «-ушки и лиене|и-ии кон^ииги мчгосодержчкия материала., НеПОДЬ:'У"МЫЙ ДЛЯ СНИХИШЛ Н-рЧКНОКИ'рНОСТИ сушки технологический нри-.-м: ивм-чн'-ни- тшр-дм^ния днйл-ния сушильного агента ' р'.'р.ирСИЯ ! при сушке СОЧНОГО расТИТе.ПВН-.Л'О сырья, для которого показатель кинетики сушки мал (п~1—о,ь). приводит к сокращению ■• рем-чи сушки, хотя для других вид^в наиболее- часто под-

вергаемых сушке, вроде травы, с»-н,ч. :--нрна. ведущих себя как тонкие волокнистые мат-рначк <. т реверсия увеличивает время сушки.

ростам ••<».. "ш-нч--и к-поети сушки на входе

,'!о. то есть практически с ростом т-мпер-ггуры сушильного агента на входе, ннолюдаетсн снижений времени су.аки и дисперсии конечного влагосодержания материала.причем влияние реверсии на продолжительность сушки при этом О;?лаоеьн-;т. Время сушки снижается быстрее.чем возрастает температура сушильного агента и их произведение пропорцианальное энергетическим затратам,убывает стремясь к конечному пределу, нто означает.что сушку выгодно осуществлять сушильным агентом с максимально возможной температурой на входе,которая ограничивается только двумя факторами: максимальной температурой.которую может выдержать материал Оез снижения качества, и максимальной температурой,которую можно получить в подогревателе сушильного агента, входящем в состав конвективной сушильной установки,например.в гелионагревателе.

Результаты аналитических и численных исследований позволяют определять динамику изменения параметров сушильного агента,продолжительность сушки.выявлять влияние кинетической неравномерности на интенсивность сушки или определять профиль коэффициента массоотдачи.обеспечивающий равномерную сушку усаживающего материала и т.д. Однако при этих исследованиях предполагается известными массопоре.чосные характеристики сушимого материала. Использование нового подхода к обобщению кинетики сушки через обобщенную кривую скорости сушки позволяет учесть особенности сушимого материал^', как объекта сушки через кинетическую Функцию- I и И рода. Для расчета кинетики сушки необходимо апп-роксимацконная зависимость обоощенной кривой скорости сушки,для чего требуется хотя бы одна экспериментальная кривая сушки от начального до равновестного влагосодержания.

Экспериментальные исследования кинетики конвективной сушки

-ад ■

были предприняты с целью:изучения особенностей изменения скорости сушки и температуры материала,представляющего собой объект растительного происхождения с большим количеством внутриклеточной влаги;сопоставления интенсивности сушки при постоянных и переменных (в условиях непрерывного повышения и понижения темцнратуры сушильного агента) режимах сушки и определения коэффициентов тепломассообмена от воздуха к сильно деформирующемуся материалу;экспериментального получения кинетических характеристик сушимого материма в условиях конвективной сушки; исследования влияния геометрической формы сушимого материала на кинетическую функцию первого рода;получение обобщенных зависимостей по кинетике (.ушки для реализации вычислительного эксперименту.

Экспериментальная установка,включала незамкнутый конвективный контур с рабочей камерой,вентилятор,алектрокалориферм,узлом взвешивания и контрольно-измерительную аппаратуру.

Опытная база,методики обработки экспериментов.анализ, полученных данных подробно описаны в Г ].Автором самостоятельно и совместно с В.Нааарклычевым исследованы в условиях конвективной сушки кинетические закономерности изменения массы и температуры материала десяти различных форм и сортов дыни,используемых в практике сушки в настоящее время и в перспективе при изменении технологии послеуборочной обработки дынь. Показано.что несмотря на значительное количество внутриклеточной влаги и сильную усадку кривая сушки имеет выраженный период постоянной скорости сушки.Последнее можно объяснить тем,что усадка приводит к изменению условной поверхности теплообмена,оставляя практически неизменной действительную поверхность раздела.Увеличение извилистой поверхности приводит к местным срывам пограничного слоя сушильного агента и уменьшению влияния длины обтекаемой поверхности на средний коэффициент теплообмена.

Исследования проводились в условиях переменных режимов, при непрерывном увеличении и снижении температуры сушильного агента. Темп изменения температуры сохранялся неизменным во время опытов.Для выявления влияния темпа изменения температуры на коэффициенты теплообмена опыта проводились при - 'С/час и кПд=±10°<;у.1ас что соответствует темпам изменения температуры в промышленных условиях. Исследования при постоянных и н<^прерыв-нпм!?няющихся режимных параметрах (рис. 3 ! позволили подтвер-

- за

дить предполагаемый г.ьп'.'.е! о том. чти при. столь малых скоростях изменения температуры материала, которое имеют место в солнечных сушильных успногкчх. !1"Стационарность тепловых процессов не сказывается на-их интенсивности.

Серия мк(;перименто!'..приведенная при пяти значениях температур и двух значениях скорости сушильного агента для дыни сорта Рахарман, позве-ляет констатировать большую значимость изменения температуры, ч-м изменения скорости,поскольку с увеличением температуры воздуха на и скорость сушки меняется соответс-

твенно на у5 У. и на Ю ?,. Практическая проверка подтвердившая адекватность ми-тматкчеокои модели сушки,пригодной для установления закона изменения коэффициента массоотдачи,обеспечивающего равномерную сушку ус.ажиьаюшихся материалов.окончательно производилась на полупромышленной установке совместно с В.Назарклы-чевым.

•г. НАУЧИ')-ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХРЛНЕНИЯ СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ

Для рассмотрения вопросов энергосбережения в хранилищах важно в первую очередь.достоверность тепловых расчетов овощеф-руктохранилищ. однако на ряд важных аспектов повышения точности определения теплолритокоз в хранилищах,путей энергосбережения, практики эксплуатации систем поддержания микроклимата практически Не Обращается ьнимания.

Общий тепловой поток определяется из уравнения теплового баланса в результате предварительного расчета его отдельных составляющих.

Анализ статики оьошефруктохранилищ показывает,что каждая из двух наиболее весомых составляющих теплового баланса, а именно теплопритоки через пол за счет теплоты дыхания.достигают 40% от требуемой холодонроизводительности.Очевидно,что точность определения этих составляющих обуславливает рациональный выбор холодильного оборудования.

Общая задача исследования теплового режима полов заключается в установлении зависимости между внешними и внутренними источниками тепла и основными характеристиками температурновлаж-ностных полей элементе»?, конструкции пола. Анализ опубликованных методов приближенного расчета теплопередачи через пол, проведенный нами совместно с Коновапьцевым С.И.и Худайбердыевым

изложен в lie I. Один ив выводов,сделанный нами по результатам анапиза,указывает на необходимость поиска аналитического решения задачи с более верной Физический картиной,

Рассмотрим случай, в котором полуплоскость изображает

массив, грунта, а граница этой полуплоскости. прямая у-0, предоставляет сооой поверхность грунта, отрезок границы - Xhi представлят собой пол хранилища шириной , а остальная часть границы Х^-^ч Л >ht изображает открытую поверхность грунта. Тогда математически задачу можно записать в виде эллиптического дифференциального уравнения Лапласа

vlZ + =г о М

^Х1

удовлетворяющее граничным условиям:

у=9 при X £ h± } У = 0. ^

= при x^-h, и хА±)У=о

ги у

где - избыточная температура. с< - коэффициент теплоотдачи.

Используя биполярные координаты выбираем два полюса.Окружности Const проходят через оба полюса и соответстуют в нашей задаче эквипотенциальным линиям, то есть изотермам, а окружности t = co»i&t окружают каждый из полюсов и соответствуют в нашей задаче линиям тока. В переменных (£">£") решение краевой задачи должно построено внутри полосы

0<(?-<5Г, ~oo<ct<roa (43)

причем верхняя граница полосы соответствует границе фундамента, а нижняя граница полосы соответствует открытой поверхности грунта. Полуплоскость конформно отображается на полосу. После контрольного отображения из задачи теплопроводности через массив грунта получается задача теплопроводности через плоскую стенку. Тогда решение имеет вид:

и 3г

При граничных условиях третьего рода на открытой поверхности грунта близким к истине будет предположение,что суммарное термическое сопротивление .пиний тока и теплоотдачи составляет

СЧ.5)

Тогда плотность потоки тепла приближенно равна

и 9 _ 1

а= е =

I я

ЯГ

4 лг<* '

(4.6)

и окончат»-.'::,!

_ ч^ье

1

v лгл

¿П

ТТН ж

-I 5»

"ХйГ

лчл-сЦ-аУ)

\ZjToth' - \/лт«<ь-а.У

тери

чёняог выражение позволяет аналитически рассчитывать пои теплопритоки) через грунт. Для условий средней Азии проведено сравнение результатов числе НИ:.

Для ним хра;

счета по формуле (4-7) и СНиП.

расчета статики обезвоживаний и систем кондиционирова-илищ необходимо определять тепловые и массовые характе-

ристики среды: энтальпию,влагосодержание,парциальные давления .относительную влажность и и т.д.Существующие Н-2 диаграммы, облегчающие инженерно-техническом персоналу определение указанных величин и установление пределов их возможного измене -ния.построены в основном для бинарной смеси "воздух водяной пар" и для Фиксированных значений барометрических давлений.Однако г этих диаграммах затруднено построение линий,изменение состояния влажного Еоздуха в процессе его взаимодействия с водой, отсутствуют предпосылки к построению линий нулевой и отличной от нуля движущей силы массообмена (изокин).отсутствуют возможности граФонаяитичоского определения минимального расхода тепла на единицу испаряемой влаги.Управление процессом массообмена между хранящимся материалом и воздухом благоприятно отражается на качестве хранимого материала.Поэтому представляют научный и практический интерес условия.при которых движущая сила масссоомека исчезает.скорость процесса массообмена равна нулю. Движущая сила массообмена р/и с учетом концентрационной диффузии и потока Стефана может быть вычислена эквивалентным друг ДРУГУ формулам:

где 6 - барометрическое давление я камере, (0)-дан,ление насыщения паров влаги как функция температуры, У - отношение молярных мясе паров влаги и сухого воздуха, индексы N и К - ооотв»»т-'■тв-нно ядро потешка воздуха и поверхности материала.

1 'Чевидно, что движущая и".дн мас^х^кенн исчезает при выпол-нснии одного из оледуютих условий.зквивачентных друг другу:

Р.^^ад^Р^), 1„=гв. (Ч.е)

В работе ПОДРШНО расСМОТр-Нн вопросы построения изокин в Н-2 диаграмме, пример которой приводен на рис 4.

Для расчетов статики ооезвоживания в регулируемых газовых средах в работе рассмотрен алгоритм построения диаграммы влажного газа для сред произвольного состава и создан программный продукт для ПЭВМ, обеспечивающий построение Н-2 диаграмм в произвольном диапазоне изменения параметров. Из сказанного очевидно, что появляются в соответствии с изменяющимися условиями возможности регулирования микроклимата хранилищ так, чтобы свести к минимуму обезвоживание хранимой продукции.

В работе показана нефизичность используемой в настоящее время маесообмениой характеристики для расчета кинетики усушки из-за субъективности выборе» ее величины.Нами для прогнозирования усушки адаптируется к условиям хранения и используется метод расчета по единственной кривой сушки конкретного материала в произвольных условиях.позволяющей определить обобщенную кривую скорости усушки.называемую.' с.И.Коновальцевым кинетической функцией 1 рода ЗГУ^)-

Задача расчете! кинетики усушки заключается в определении зависимости скорости усушки от влагосодержания хранимого сырья, или так называемой кривой скорости усушки,причем скорость усушки связана с интенсивностью испарении жидкости из хранимого сырья очевидной зависимостью:

«=4 ' (ич

где 5- площадь поверхности хранимого сырья, М - его масса.

Используя закономерности,характерные обобщенной кривой скорости обезвоживания можно показать,что для любого материала, сорбционные свойства которого описываются произвольной изотермой десорбции, скорость обезвоживания может быть вычислена

fi О,S 0,7 0.6 0,5 0,1| 0,5 o¿ 0:i

Ьт/f-l «

Î.2 5.1

1 ь ^

I 1 /

\oJ~-. ' к* Й: \

! ✓ л г о -

1* /у«

и j •

с - I о

t>7/c

Ï0 so чо so ьо то t.c

Puc. i.

Изменение теплофчзимеаи» ларалтернстил сЬежмк ПЛОАОЬ jLbiHu Ь процессе нагреЬа i.ê.-s-ч : Ц5,о • ?~Cj>.

0,7 5

060

0^5

0 30

0,15

о 0,1 0.S OS 0.1) 0.5 Об 0.7 О.S 0.9

Рис. 1

üS

ТСчас)

Рис.3

л - Fnp = cons-t

+ - Гчр=1ХгллЯ Т= Юм, Fnp^Fjt ЭЛЯ Ху 10Ч о - Ьозраиение к. FH черег кажйые \0часоЬ

ьавоты ССУ

* Tnp= Var. по-закону асал^и лыии

?! 50 75 I о о ISS z

Рис. ч

H- Z AWQrpaNvtvrta АЛ»

Ьла жцо? о Ьотдуха

ж -

по формуле:

где "^-Л - кинетическая функция X рода, или

"кГ-гсГк-р '

обобщенная кривая скорости обезвоживания, причем т ^ ш-тлГкр)

""ъ-щъъг-тъг.я&^уо "Г"

п <ту -^-иг^ч ^ у 0< гл < ат- гсг^

и < «Г I иг- гхГкр У '

ИГ, "цГ*р . тр-куи|ее, критическое и равновесное ила-г ос од ржан ие матн} > иапа.

Уравнением ( ) выражается инвариантность формы кривой скорости ооезпо-1кивания с точностью до линейного преобразования при изменении температуры Т^ и влагосодержания Ъц парогазовой смеси ьдали от поверхности хранимого сырья. Тогда

для второго периода

- дЛя первого периода Используемая форма обобщения экспериментальных данных по кинетике через обобщенную скорость сушки справедливо для случая При снижении приведенного влагосодержания = иГр дДЯ обеспечения ассимптотичеекого приближения его к нулю,необходимо . использовать другую зависимость,в которой степенная зависимость переходит в линейную.Поскольку используемый метод обобщения предполагает наличие экспериментальных данных по обезвоживанию продукции при хранении.полученных в опытных или полупромышленных условиях, то в качестве опытной установки нами использовался гигротермостат ни баз« холодильника "Бирюса". Относительная влажность воздуха поддерживалась с помощью концентрированного раствора серной кислоты. Циркуляция воздуха со скоростью 0,! м/с внутри холодильника обеспечивалась малогабаритным вентилятором типа "Ветерок". Образцы исследуемого материала (яблоки, дыня, морковь, груша.свекла, гранат) располагались на проволочных продуваемых опорах. Измерение с помощью медь-константановых термопар с диаметром электродов 0,1 мм поля температур около образцов показал наличие установившегося температурного режима

&& -

при Ь- 1*:'V. Некоторые результаты полугодичного эксперимента приннднны на pne.ii.

Как видно и:-, рис. 5 естественная убыль, например, свеклы за первые две недели са/ставила ю£.в то время как предельные нормы при длительном хранении имеют значение Ул..

обработка полученных данных на 'аНМ позволила установить следующие значения <№ : для дыни- О/фО '. для свеклы-для яблок -.для груш 1,3.6 .

Для расчета количества испаряющейся влаги необходимо пошагово (через сутки или несколько суток »по Функции ! рода вычислять РЫ) и. соответственно, текущ-е значение ЪТ-ИГр ^ ц

ь. ивсониваниб целеооовразнос'гн ИОП'ДйЬЭОВЛНйй компрессионно- абсорбционных ('хе.м комбинированного т кiиюх) 1ад оонабжения систем послеуборочной переработки и хранения продукции сельского хозяйства

Б процессе рассмотрения усушки в хранилищах сельхозпродукции установлено,что существует инверсии интенсивности испарения обусловленная наличием двух деижущих сил массосбмена-концентрационной диффузии и конвективного потока Стефана.

Интенсивность испарения жидкости за счет концентрационной диффузии с ростом влагосодержания сушильного агента убывает,а за счет конвективного потока Стефана-возрастает. Кроме того,интенсивность испарения жидкости за счет конвективного потока Стефана зависит от температуры сушильного агента сильнее, чем интенсивность испарения жидкости за^концентрационной диффузии. Б результате суммирования этих двух функций влагосодержания сушильного агента убывающей и возрастающей.в зависимости от температуры сушильного агента получается либо убывающая.либо возрастающая функция,либо функция, имеющая минимум.

Температуру среды,при которой интенсивность испарения з чистый пар и в сухой гаг равны, называют температурой инверсии. Инверсия движущей силы испарения как Физическое явление характеризует тремя температурами:температурой инверсии и двумя граничными для переходной области значениями температур верхней границы ¿|с и нижней границей переходкой области ¿«с На рис. € показан характер изменяя границ переходной области и температуры

инверсии при и.'-.мннении показателя степени К при температуре в зависимости кояодшциента маесоотдачи ß от температуры материала.

Kaie видно на рис.б переменность коэффициента масссоотда-чи р приводит к широкому диапозону изменения температуры инверсии -Ц на в люоом пр.актически возможном случае, ее величина не опускается ниж>* *(\ Подобные температурные режимы, как правило, не используются при сушке еельхозеырья, следовательно, интенсивность испарения при ic^ii будет с увеличением влагосодержания сушильного агента уменьшаться.

екмпэнное подтверждается экспериментальными данными по сушке дыни сорта Гпхрамнн урожая 1993 г.,полученными Б.Назарклыче-вым под руководством и непосредственном участии автора fill.

Аналитически были получено решение дифференциального уравнения. описывающего изменение влагосодержания сушильного агента в замкнутой сушильной установке при Ч известном начальном

влагосодержании

гДе Мл.Мв -молекулярные массы пара и воздуха, масса сушильного агента.

Выражение (5.1) показывает.что влагосодержание возрастает практически по экспоненциальному закону.

Совместно с В.Назарклычевым был рассмотрен более сложный случай, когда коэффициент маесоотдачи не зависит о непрерывно-изменяющегося влагосодержания сушильного агента,а интенсивность испарения линейно уменшается при увеличение парциального давления пара в ядре потока,выбирая в качестве движущей силы маесо-обмена градиента концентрации пара на поверхности сушимого материала и г. ядре потока сушильного агента.

Будем считать,что производительность установки по испаренной влаге \дГ снижается пропорционально разности концентраций пара. Тогда

мент времени.

Л»?Ф«р,.шда<<льн'>> уравнение изменения концентрации в сушиль •

Ьо

(5-1)

ной камере объемом V. в которой происходит частичная ашена сушил!.него агента снежим воздухом, причем его количество вычисляется в долях "и" от обгема камеры, имеет вид:

а!с =(ёсСо-8с ¿г (5.3)

Решая уравнение (5.3) получим:

* —. Рп[*~С Й. (С~Са) 1 С5.Ч)

~ Спи-с0 у\т0 а-Со)^

Онижение производительности установки при увеличении концентрации пара в сушильном агента приводит к увелечению более чем на порядок времени достижения заданной концентрации.

Данные расчета,выполненные применительно к реальным диапазонам изменения температур теплоносителя и напряжеиноетей сушильных установок по испаренной влаги, ставят подсомнение возможность использования рассмотренного способа.

В рассмотренных выше случаях интенсивность сушки выбиралась априори,что позволило лишь показать связи между интенсивностью сушки и продолжительностью переходного процесса изменения вла-госодержания сушильного агента и обосновать необходимость осушения воздуха. Обратим внимание на то, что осушение воздуха требует дополнительных затрат энергии,так же как и переход к сушке с однократным использованием сушильного агента.Возникает оптимизационная задача поиска рационального промежутка времени й^л^,....,^ смены Блажного воздуха в сушилке на свежий, влагосодержание которого меньше,чем выбрасываемого из сушильной

р^с^ырг^цг

Б работе представлено аналитическое описание переходного по влагосодержанию процесса в замкнутой сушильной установке подробно изложенное в С ¿1 ].

Используя разработанный алгоритм был выполнен расчет изменения влагосодержания сушильного агента при сушке дыни сорта "Вахарман". Сопоставление результатов экспериментов и аналитических расчетов (рис.7) подтверждает .адекватность разработанного метода физической сущности процессов тепло-и массзобмена в замкнутой сушилке и,следовательно,возможность его использования при решении оптимизационных задач по выбору основных параметров предложенного оригинального режима сушки.

В качестве осушающего воздух устройства рассмотрен галечный регенератор- осушитель.аналитически и экспериментально проанализирована его раиота.

Изм^н-нис* температуры ятч'^рного воздуха и насадки в регенеративном конденсаторе МО.Т.е'," П|,П'1. описано системой дифференциальных уравнений в мастных производных,которая при исключении температуры атмосфер;«-,;',/, воздуха,сводится к одному уравнению гиперболического типа:

О^Г. - ^ р ^ (5.5)

гдХЪ? 'ЪХ \rTj_ 0£

где Ь - температура насадки. 17" - температура атмосферного воздуха. - полная погонная теплоемкость наездки на единицу

длины регенеративного конденсатора, - полная теплоемкость

атмосферного воздуха. Р - погонная плоишь поверхности насадки на единицы длины регенеративного конденсатора, - коэффициент теплоотдачи от атмосферного воздуха к насадке, X - координата по длине регенеративного конденсатора, - время.

Решение исходного гиперболического дифференциального уравнения, удовлетворяющее поставленным граничным условиям и найденное методом операционного исчисления,имеет вид:

где 10 (дУуТ;'^"о') - модифицированная функция. Бессеил первого ро~

да. Критерием проскока является существенное отклонение от единицы величины неполной гамма-функцией Р(Т*-1,Х) ,где под аргументом X понимается безразмерная величина длины регенеративного конденсатора.

Как показали рассчетные исследования подобный регенеративный конденсатор в течении дня будет конденсировать влагу,но поскольку все приведенное справедливо по отношению не только к прогреву, но и к охлаждению насадки в течение ночи его не удастся в нужной степени охладить.При циклическом режиме работы большая част!, насадки оудет использоваться в холостую,не нагреваясь и не охлаждаясь. Очевидно, что время проскока для подобных устройств обязательно должно быть соизмеримо с длительностью рабочего цикла.

Для проверки достоверности полученных аналитических решений под руководством автора была создана В.Наварклычевым простейшая экспериментальная установка,позволившая путем измерения изменения температур парогазовой смеси по длине и во времени определить время,в течение которого осуществляется зарядка такого ак-

-Ъг. -

кумуляторч.идин из показательных результатов приведен на рис..-'•.

Рассмотрение энергетического аспекта комплексной проблемы хранения и переработки сельхозпродукции позволяет априори г.ред-полагат! пснользивани- тепловых насосов.поскольку в хранилищах н-возм'>;к') обойтись без холодильных машин.г. которых теплота К!\ЧД''!!'.' ¡КИИ мсжл'Г ОЬП'Ь НСПОЛЬзована полезно ДЛЯ снижения чклр-гоемкост::. например сушильной установки.Комбинирование холодильной установки и теплового насоса ставит ряд новых задач »••-р-1;: проектировщиком: во-первых.сушилка и хранилище должны находится в '^посредственной близости;во-вторых тепловые мощности совмещаемых процессов должны быть сопоставимы;в-третьих необходимо предусматривать варианты отдельной работы двух еис-T"M;f ЧеТЬ-рТЫХ.ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ комбинирования Не-ооходиме снижать перепад температур между источником к приемникам теплоты.

Предлагаемое решение в виде теплового трансформатора нового ¡¡окаления разделительного типа способствует, по нашему мнению, белее детективному решению проблемы, В этом случае подвод тепла осуществляется при Тг.а отвод То и Та так,что выполняется соот-!1..Ж.'!ИеТа>Тг?%.

Коподьгуя энергетически взаимосвязанную-систему "хранилише-сушильная установка",в основе которой лежит тепловой трансформатор расщипительного типа,в работе показана ее перспективность с термодинамической точки зрения.Вычислительный эксперимент показал, что тепловая эффективность реального процесса ju может изменятся (рис. у ) в пределах 0,2-г-0,8,а показатель необратимости процесса в пределах 0,5 -f- 0,8,причем существует граница по температуре в овощехранилище,превышение которой оставляет постоянными эти показатели. С увеличением перепада температур между сушильным агентом и воздухом в овощехранилище значение граничной температуры уменьшается.

В работе рассматривается принципиальная схема комбинированного использования солнечной энергии для сушки и хранения (рис. 11;.для которой оценены тенденции изменения отношения объема бака-аккумулятора и поверхности солнечных коллекторов от отношения их стоимости.

Расчетная оценка эффективности предлагаемой схемы несмотря на ее грсмозкость (4 отдельные системы:компрессионная холодильная установка для фруктохранилища: абсорбционная холодильная

гч эь »го

60 {-,с

Рис. 5- процесс охлаждения л5аоч (О) и сёеклы 1.Л) & 1и.грогпе.рм.ост1Х1пе при пгри-очигесколо ё^ёешив аник оора^ц

Рис ^

Рис £ Ьлиякие на темпеоатур-

ные границы цнЪе&сич к.сд.срсрицента масс ооглЭачи.

'ис. в СокостаЬяенне расчета и эксперимента Эля полей темпе ратур ^сл.'Эуха Ь сЛГобшенных переде нньи.

устанивк: t pai ли'-нлнющ-п: типа:солнечная система обогрева генератора ЛХУРТ-л-иот-ма теплоснабжения сушильной установки) показана Пелесо-лразнооть -.'с использования в комплексе хранилище-сушилка при небольших мощностях последней ( квт ). Снижение энергозатрат лаже при .келольнуемом перепаде температур Тг в ген>^рато-ре 4-rfi"' составил •■ -1-'.

¡-•..СТЛАНИК И ИСПЫТАНИЯ СОЛНКЧНЫл УСТАНОВОК 'УШУ. И ХГЛНКНИЯ 0|ЭДЬХШПРоЛУКТ<>Р

Рассмотрим .кишь три из предложенных т^гы'.отехнолигическнх схем.позволявших ¡шюльзовать полученные в раооте оригинальны* научные данны- но суок»- влажным воздухом усаживающихся материалов и три конструкции сушильных установок,позволяющих реализовать преимуществ--', предложенных способов сушки.

Стремление снизить энергозатраты при сушке сочного растительного сырья привело к использованию простейшего приема-рециркуляции сушильного агента.Несмотря на то,что в работе показано отрицательное влияние увеличенного влагосодержания сушильного агента на скорость и продолжительность сушки.простота реализации рециркуляции способствует распространению такого приема энергосбережении i 11- J.

'"•олнечная сушильная установка (ССУ)с аккумулированием тепла, построенная и испытанная нами совместно с Дж.Муратовым не, гелиополигоне Ti'ilH им.с.Сейди содержит гелиовоздухо-

нагревате.щ с застекленной поверхностью и наружным вводом воздуха. снабженным задвижкой.сушилку.аккумулятор .воздуховоды тепла приточного и ^циркулирующего воздуха.

Исследованию подвергались четыре режима работы установки: зарядка аккумулятор-; гелионагревателем,сушка с помощью ге.ли-онагревателя, сушка за счет аккумулятора и сушка от гелионагре-ват-? ля с одновременной зарядкой аккумулятора,дало возможность подтвердить достоверность математической модели процессов сушки и работоспособность тепловой схемы в целом.

В качестве ' простейшего способа повышения интенсивности обезвоживания г. сушильной камере,как было показано в предыдущих главах может быть использовано осушение сушильного агента перед подачей его в сушильную камеру.Столь очевидный прием практически не используется в инженерной практике,особенно в солнечных

сушильных уегшоккпх.и которых С ЦСЛЫ" повышения ОНерГетИЧеСКОЙ •■»ФФективнпсти (н-циркулирует значительную часть сушильного агента. запивая о снижении интенсивности сушки.увеличении материалъ-ных затрат на конструкцию '""ушилки.

Нами предлагается и реализуется те|клотекнологичсская схема '.'ели<""'ушилки для мат'''ри:и!ор..сушка которых продолжается в. том числе и более 40 часов 1 рис. £31 ). Отличительным "-лементом такой установки от существующих является наличие д»у:< двухсекционных регенераторов-осушителей по:п;олиюаих не только осушать

сушильный агент, но и утилизировать акв;умулированное насадкой т-пло. Применительно к автономным гс*ли1"н:у1иил1-ним установкам, расположенным, как правило,в удаленных районах страны,не обеспеченных квалифицированным обслуживающим персоналом, как показала практика регенератор-осушитель емкостного типа является наиболее желательным способом осушения влажного сушильного агента.

Рассматриваемая теплотехнологическая схема обладает универсальностью, обеспечивая повышение интенсивности сушки как в дневное,так и в ночное время суток.Наличие многочисленной (9-29) запорной арматуры окупается возможностью обеспечивать режимы кратковременной (до 10-12 часов) и многодневной (несколько суток) сушки сочного растительного сырья.

Отметим лишь некоторые из возможных режимов работы уставов ки: сушка с однократным использованием сушильного агента:сушка с использованием замкнутой схемы циркуляции с несколькими разновидностями (дневной режим: гелионагревателг.-сушилка;гелионаг-ре вате ль - сушилка- аккумулятор; гелионагревате.пь -су гаи.яка-ре ге ¡юра-тор-осушитель-аккумулятор: ночной режим:аккумулятор-сушилка:пеге-нераторо-осушитель -аккумулятор-сушилка к т.д.); режим зарядки аккумуляторов;режим охлаждения регенераторов-осушителей и т.д.

Результаты сравнения в полупромышленных условиях различных вариантов организации сушки,проведенных совместно с В.Назарклы-чеЕым и автором самостоятельно представлены на рис. ! 3.

Результаты исследования сушилки,в которой сушильная камера представляет собой теплоизолированный прямоугольный контейнер размерами: длина 2,68 м,ширина '1,47 м,высота 2 м и для удобства загрузки и разгрузки которой одна из боковых сторон сушильной камеры одновременно используется как уплотняющая дверь можно разделить на три группы:результаты.характеризующие установку с точки зрения конструкции,движение потоков и теплообмена;рекуль-

-ою-

-10 0,6 0,6

го ^о бо ео 100 -120 -ио -160 -180 Т->-

Рис. 3 ТеплоЬаЯ эсрфег<.гпмЬнос.ть

теплового расщ-еплеюнего трансформатора _ _ _ и__тепле 1>ая •асрсрек,-

тмЬ«ос.гль обратимого и с>ейст Ьигаель-Нога цикла .

Рцс . 10

1 - НолмиестЬо испаряемой за пеоЬый час рабогаы.аств» .2- КоличесшЬо испаряемом £

за песЬые ЭЬа часа Л - за 5 часа .

- за Ч часа , 5 - за -I ^ часоЬ ,

раб

Рис. а

ьГГо

1«оо

8оо

боо

1(Оо

еоо

¿а мкнутал Ц"р«уллцил

---°^><0кРагпнОе ЦСпои1Т)е£ами1

ТОО

Г 80

ьо

АО

го

Ь 10 15 14 16 гою 12 14 16 -16 £0 10 12 14 20(0 13 чч 1Ь ЧВ 20 1Ч~ 1Ы&20

I юааз * аоаэз_^ зо8Эг ^ ч.оа.'зг_в ьоб.э^, |

7 ов эг

Рислъ.

з.оа.дз

э ов эз

,0.08.95 И.06.91

Сравнение различны* спосоБок организации процесоЬ счшкч температура окрун<аиэ14&й среды температура после -гелчоколпе^тора

Ри с

та?;.:. xa;:.-ikt'4'Я:--ующИ'- ее как т-ми^ к мап•• -ооменныи аппарат при <•;/»:*• .'¡".иного материала; результаты. характеризующие npoif«:e сушки иссл-ду^миго материала и лайм- -и сушилк--.

У'":■':!!<нка испытана но вс~х s:.-<-.m'«i»IX комбинациях »Ч'ЛИ'жаг -аккумулятор-■.'училка. Дна.ni:;. ра:,ч>:т сушильной каморы но-ка:-'о; .- Ha'iHT-v^.iiyKi неравном-рнсет;. -'ушки ;:• высоте. Ооы;:аь'нио рась-т:;.-::-. и ''Ксперичситальных -.на ;•■!•::;: • < «•••:! ируЛолжкт»\Я1.ност1! еувки ■ •'меняется. видимо т^м.'П'о i. :кüop'.'MHoM (течении образцов дыни кнолта-тгя значительная усадка. Последнее приводит к снижен'.«' i.-KopouTH сушильного аг«нтн.а соответственно, и скорости сушки атом сечении. В каждом t::j fwt^'jiyw»« то ходу сушильного агента) слоев понижение температуры компенсируется повышенной скоростью сушильного агента так. что ереднеинтегральная интенсивность сушки остается практически постоянной. Рассматривая рис. 10 кинетику сушки образцов {;■_, гиде долек толщиной 30 мм ) дыни, видим, что наиболее интенсивно идет процесс в первые часы работы установки.На первые -0 часов.как правило, удаляется 300-ctoC'Z влаги.Опыты показали.что на количество удаляемой влаги влияет время начала процесса. На рис. приведены данные по испарению за каждый час работы уотанс» к« при начале работы в различные часы суток.Как видно из рис.¿0 при начале работы в 13.00 но местному времени количество удаляемой за первый чае влаги наибольшее. При этом наслюдаетея :: наибольшая неравномерность. Наличие неравномерного профиля скорости сушильного агента усугубляет положение, вызывая дополнительные капитальные и энергетически-' затраты. Компенсация неравномерности профиля скорости может оыть достигнута в камерной сушилке путем создания переменного по высоте профиля проходного для сушильного агента сечения и переменной по высоте скорости течения.

Вне зависимости от кинетических свойств сушимого материала неравномерная сушка по длине сушильной камеры будут отсутствовать, если профиль скорости сотекания удовлетворяет оптимальному. Простой закон изменения поперечного сечения сушильной камеры легко может быть реализован конструктивно.и это приводит к тому. чт"- сушка штучных изделий во всех частях сушильной камеры по ее длине осуществляется с одинаковой, равномерной скоростью,а дисперсия конечного влагосодержания штучных изделии практически равна нулю.

■'ушильные камеры для сушки штучных изделий могут иметь раз-

личную !'„■■■ ЧН'ТруКЦИМ. ОДЦОКамернан еушИЛЬНаЯ VOTaHORKa в продольном раарезе mi.wjt иметь форму трап» - цик, суАНВНЮщеиея от начала к кончу. от ¡-.хода i-уншльпого агента к его выходу,однако Оолео удопна i ц »с л л • 11'.' i» • м; trt нами двухкамерная сушильная установка, которая в продольном разрезе имеет форму прямоугольника.разделенного на две часги наклонными стенками.

Двухкамерна-я сучильная установка по сравнению с однокамерной имеет ряд преимуществ.Во-первых.укрепляя наклонную стенку на шарнирах и выполняя полки раздвижными или проникающими черев прорези в наклонной степк--. у гол ее поворота легко сделать регулируемым И менять В зависимости ОТ СВОЙСТВ сушимого М.аТ"рИа-ла-размера изделии и погонной площади их поверхности.Во-вторых, площадь поверхности наружных ограждений для двухкамерной сушильной установки меньше.чем для аналогичной однокамерной,так как одна и:< стенок.именно.- наклонная стенка.из наружной становится внутренней,что приводит к уменьшению потерь тепла в окружающую среду.В-третьих.загрузку влажного и выемку высуженного материала в каждой из двух камер сушильной установки можно осуществлять порознь.причем яругая камера в зто время продолжает функционировать. чт-"' ь два раза сокращает время простоев. Так как им*',,:> место равномерность скорости сушки,длительность рабочего чикла для обоих камер оудут одинаковы.

Нами подложен способ сушки сельскохозяйственной продукции путем подачи нагретого воздуха снизу одной из зон сушилки.перепуска его сверху через зазор в перегородке во вторую зону г. вы пуска воздуха снизу этой зоны и изменения направления воздушного потока.отличшшрйся тем. что продукцию размещают по высоте сушилки поярусно и вначале процесса воздух подают снизу через всю полость сушилки и выпускают сверху,а после частичной усушки всю продукцию перемещают в одну из гон,увеличивают скорость воздуха путем установки перегородки с наклоном в сторону атом зоны.а во вторую свободную зону загружают новую порцию продукции, перепуск воздуха осуществляют из зоны с частично высушенной продукцией и зону с новой порцией продукции,а изменение направления воздушного потока осуществляется после выгрузки продукции из первой зоны и нагрузки в нее новой порции,изменяя при атом наклон ijf-'{>егородки. В работе подробно рассмотрена эксплуатация ПреДЛ' >х. •иной диухкпмсрнй сушилки.

конструкция сушильной камеры в полупромышленных условиях

предполагала опытное сравнение прцесса сушки в камере с посто яняым и перем-нним сечением.Поперечное сечение камеры имело Форму трапеции причем площадь поперечного сечения первой камеры на выходе равнялась площади поперечного сечения второй камеры на входе. Ьыг)ранный угол наклона перегородки не соответствовал оптимальному . которые можно было получить исходя из теоретических расчетов.а определялся геометрическими конструктивными особенностями полупромышленной установки.

Проведение в сезон* 1993 года многодневная работа на этой установке подтвердила целесообразность использования наклонной перегородки.

Учитывая результаты теоретических исследований (гл.Ь),нами совместно с В.Назарклычевым были реализованы предложенные прерывисты« режимы сушки.обеспечивающие периодически снижение вла-гог-одержания сушильного агента до его значения в окружающей среде. На описанной в предыдущем подпараграфе прлупромышленной установке путем переключения соответствующих запорных устройств создавались условия попеременной работы в режиме замкнутой сушилки и в режиме сушки с однократным использованием сушильного агента.При этом продолжительность первого режима состовляла ;!'0.:?0 мин. ,1 час,а второго-30 сек.Стермление создать переменный г.о влагосодержанию сушильного агента режим приводил е моменты переключения к нестационарным тепловым режимам,однако продолжительность переходного процесса не превышала 8.3 мин.Типичный получаемый 'результат при сравнении двух крайностей:замкнутая и полностью разомкнутая схема-приведен на рис. .Скорость сушки в первые 12 часов (7.08.93) снижалась 22,5 1 до 15,8Х/час в случае работы по замкнутой схеме.Б предыдущем эксперименте ¡1.08.уз)несмотря на более низкие температуры сушильного агента на выходе из солнечного коллектора (йЬтси=?°С)окорость сушки за это же время изменялась с 30%/час.до 24.1 ,1/час.

Использование прерывистых режимов позволило снизить энергозатраты на процесс сушки на 177. по сравнению с режимом однократного использования сушильного агента,практически не изменив продолжительности сушки.Потери тепла с удаляемым 24 раза сушильным агентом составили~ООО кДж. С увеличением а Г до 1 часа эти потери снижаются почти вдвое.

геоультаты исследования температурив -влажпостных режимов при хранении сельхозпродукции.полученные при ооследовании и му-

дернизации 1.'ущг'<:т!'.ум№-г:> хранилшца(оакарском консервном заводе, .(¡•■папского [и.'.паята) д.-ют возможность оценить достоверность предлогаемых уточнений расчета отдельных составляющих теплового баланса.

Промышленные испытания проводились с соблюдением практикуемой технологии до1:тчнки. ¡«чгрузки и размещения продукции на хранение. При одноканальн.'й системе охлажденный воздух из воздухо-охлади те леи подаете« г. к.аки'ру но трем воздуховодам, смонтированным под перекрытием. каждому воздуховоду присоеден^ны четыре брезентовых рукока.по которым воздух подается вниз штабеля (на высоту О.Ь м от пола).

Результаты измерений скоростей воздуха показывот их неравномерность ¡1'' сб'ьему камеры V, штабеля.Значительные скорости воздуха 1до ¡.б м/с) наолюцаются на уровне пола.Большая неравномерность центилироьоопи воздуха наСхлюдается и но высоте камеры. Уже на уровне одного контейнера она резко падает до 0,0*0.15 м/с. н.а высоте ;-.'г5 контейнеров,в межконтейнерном пространстве и в массе продукции принудительного движения воздуха не отмечается.

Температурное поле ко оогему камер неравномерное.Единовременная разность температур по объему камер составляет (1.3-1 2,2) "С.По высоте камеры перепад температур составляет (0,5т1,3) "о. Температура воздуха по высоте камеры повышается.

Как показали,в том числе и наши исследования микроклимата хранилища для увеличения сроков хранения необходимо изменить поле относительной влажности в межконтейнерном пространстве.Из числа предложенных модернизаций возможных в период эксплуатации хранилища и не потребовавших значительных капитальных вложений использовались те. которые связаны с созданием более равномерного поля относительной влажности воздуха на выходе из оросительной камеры.При этом сравнивались два режима работы оросительной камеры:штатный и при двух включенных нижних рядах форсунок в первом по ходу воздуха стоике,л заглушённых нижних рядах форсунок во втором по уходу стояке и изменении угла наклона двух верхних рядов Форсунок.Сравнение результатов измерения относительной влажности воздуха показали,что во-первых возросла средняя по высоте канала относительная влажность с ^ - об.5/, до ^ - их,I ." за счет увеличения времени пребывания диспериро-еанной жидкости ;•.<•> взвешенном состояниях и во-вторых увеличи-

лась равномерность распределения относительной влажности но высоте канапа. Так в верхней части канапа средняя величина возраела с <? - 82,0 X до У - 9!Изменение поля относитель-ной влажности привело к изменению выделяемой "теплоты дыхании" в кснтейнерах, и, соответственно, к улучшению распределения поля т-мператур.

ТКХ11ИК<ьЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ КОМБИНИРОВАННОЙ СОЛНЕЧНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ И ХРАНЕНИЯ СЕЛЬХОЗПРОДУКТОВ

Несмотря на сложность принятия решений в период переходной экономики, следует проанализировать возможность оценки технических предложений. Оптимальным является такое техническое решение. которое соответствует принятому критерию экономической оптимизации. При рассмотрении сложных многовариантных задач стдного критерия часто недостаточно, тгобы полностью отразить все особенности этих задач на различных уровнях предприятия. Неоохедимо, в общем случае, использовать сочетание критериев, выраженных не только в стоимостной или натуральной формах, но в опенках термодинамического совершенства.

В стоимостной форме критерием оптимизации при народнохозяйственном подходе является минимум приведенных затрат,а при хозрасчетном подходе-минимум себестоимости продукции или при данных ценах- максимум долговременной баллансовой прибыли,а также максимум общей рентабельности в условиях выполнения задач предприятия.

К показателям,отражающим натуральные критерии (натуральные показатели),относятся расходы первичного топлива,сырья.металла, трудовых ресурсов и др.Помимо отмеченных показателей немаловажная роль принадлежит в ряде случаев как термодинамическим (зксергетическим). так и специальным (частным) критериям оптимизации.

однако применение "эксергетического КПД" для оптимизации различных технологических установок вызывает ряд возражений, особенно в тех случаях.когда эти установки не предназначены для производства работы.Первое возражение заключается в том, что подобный критерий в чистом виде как будто не подлежит оптимизации.

Второе возражение заключается в том. что и ходе эксергети-ческого анализа любая система рассматривается гак черный ящик,о степени ее оптимальности судят лишь по ее входам, и выходам то есть но способу подвода анергии к системе и отвода отходов технологического процесса в окружающую среду.Это связано с тем,что мксергик являются функцией состояния, а не процесса. То,что кажется преимуществом при анализ" теплосиловых циклон,после перехода к анализу производств. решающих технологически!1, а не энергетические задачи. оОрмне-лтоя ь свою противоположность. в серьезный недостаток. В раоотг на примере анализа влияния неравномерности распределения скорости в рекуперативном теплообменнике показано, что одно и то же явление, получающее совершенно однозначную оценку с точки уремия других критериев оптимизации, зксергетическими критериями оптимизации может одновременно оце-ниватся то позитивно,то негативно в зависимости от каких-либо малозначительных мероприятий.Подобные вопросы,в том числе и на примере сушильных установок,рассмотрены в монографии [41 ].

К числу натуральных показателен относится критерий оптимизации по совокупному расходу условного топлива.

Расход топлива в технологической установке не может служит критерием оптимизации,так как не исключено,что экономия условного топлива в самой технологической установке достигается ценой перерасхода условного топлива,затраченного на создание тех самых материальных или энергетических ресурсов,за счет которых осуществляется эта экономия.Ъ качестве критерия оптимизации может рассматриватся только совокупный расход условного топлива на организацию технологического процесса,проводящего к постоянному сопоставимому потребительскому эффекту, во всем хозяйственном комплексе.

Натуральные показатели,аналогично стоимостным,могут быть единовремнные,текущие и приведенные единовременные показатели учитывают затраты живого труда.расходы топлива.металла,материалов и т.п.сооружение объектов.Текущие показатели учитывают расходы указанных натуральных показателей при эксплуатации объектов. На основе единовременных и текущих показателей Формируется приведенные показатели.

Затраты условного топлива в каждом из звеньев хозяйственного комплекса входят в величину совокупного расхода условного топлива на организацию технологического процесса или на

- чч -

ПрОИЯВпДгТВО !'ОТОР.'">Й ПрОДУКПИИ ТаКИМ Же ООраЕОМ. КПКИМ В ВЕЛИЧИНУ инд-сл-'К производства входят затраты постоянного и премин-н< то капитала во всех звеньях хозяйственного комплекса.

Причинами, вызывающими в 1>яде случаев необходимость дополнения стои.'.'сетных критериев натуральными при оценке зсМектив-ности ;»керГ'"."Зер,"ак!щи>: мероприятий, являются: невозможность приведения сравниваемы»: вариантов технических решений к полностью сопоставимому виду:примерное равенство показателей по различным вариантам.отражающих стоимостные критерии;наличие ограничений по имеющимся материальным и трудовым ресурсам,необходимым для реализации отдельных вариантов;неопределенность исходной информации но рассматриваемым вариантам (установкам),главным образом, в части стоимостных показателей [11 1. Например: экономический эффект от использования вышеизложенных расчетно-.экспериментальных исследований вопросов тепломассообмена применительно к овокуфруктохранилищам может возникнуть за счет уменьшения капитальны;-: и энергетических затрат во вновь создаваемых конструкциях храдилщ. поскольку уточнен расчет ряда составляющих энергетического оиланса,за счет уменьшения потерь продукции при создании треоуемого микроклимата в объеме хранилища в условиях изменения газового состава, за счет учета влияния неравномерности распределен;::-; капелькой смеси в оросительных камерах кондиционеров.

Таким образом натуральные показатели эффективности, технических решений не всегда объективно отражают затраты на их осуществление. а принятие решения по стоимостным показателям требует не только наличия статистических данных по отмеченным выше показателям.но и их повседневном корректировки.

Последнее ставит под сомнение необходимость технике-экономических оценок результатов реализации диссертационных разработок.

<.>0!ювные выводы

1. Взаимосвязанное целенаправленное осуществление поставленных задач позволило решить _научную проблему разработки и создания научно-технических основ теплотехнологических мероприятий по снижению потерь сельхозпродукции, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Пр-"-ядожены новые и расширены области применения сущест-

нуищих м.чтсмнтич<-ч-ких моделей пГ1е;я',1 «икания растительных мат»." рИНЯОН 1! УСЛОВИЯХ ХраНеНИЯ ИДИ Т<Ч|.МеКОЙ СУШКИ. р. том число:

математическая модель изменения влагосодержания хранимого и онои1е([)руктохрани,яишах продукта, позволяющая учесть р.'шее не обсуждаемый т.юане.а именно,влияние неравномерности скорости оотекания хранимой продукции сквозь.по кисоте и вдоль штабеля:

- математическая модель процесса пупки влажным воздухом усаживающихся материалов с учетом периодичности процесса сушки .позволившая доказать.что неотационарность тепломассообменных процессов не сказывается на интенсивности сушки;

- адаптирована теории адсоронин к процессам гигротермичес-кого равновесия овощей и фруктов,пояшлившчя предложить новые способы обобщения экспериментальных данных по кривым Сорокин: создать компьютерный банк данных по гигротермическому равновесию;

- математическая модель динамики испаряющихся в оросительных камерах кондиционеров капель, отличающейся от ранее существующих учетом неравномерности массообмена и позволяющая выполнять качественные и количественные опенки влияния неравномерности скорости потока воздуха,начальной скорости и массы капель и т.д. на интенсивность интегрального массообмена и габарита камер;

3. Проведены численные исследования продолжительности сутки и дисперсии конечного влагосодержания сочного растительного сырья в камерной сушильной установке периодического действия .которые показали:

- влияние показателя кинотики сушки т. (зависимость кинетической функции первого рода во втором периоде сушки от приведенного влагосодержания 3" (и) = I/"1 на эффективность использования реверсии сушильного агента:установлено, что для коллоидных материалов ( ! реверсию следует применять, а для капиллярно-пористых волокнистых материалов ( т— ±,о ) реверсия увеличивает время сушки:

- установлен характер изменения отношения времени сушки в процессах без и при наличии реверсии Т^ от толщины слоя: при возрастании по линейному закону, при Х-О', Tl{-í,0 при

Х = 1,5 +1Д;Тл-»т/п; Тц возрастает по линейному закону

причем при Х~3,0;

- роет кратности реверсии при сушке коллоидных материалов

вед.-т к снижения врем,.щи сушки и дисперсии конечного ьлнгосо-/¡е ржания.

л. Реализован ряд л:«л>| «торных и полупромышленных установок для получения новых •'кспернментальиих данных (гигротермоста-ТЫ.установки по И.".уЧ<'Ж1К» конвективной и гелиосушки в условиях стационарного и н>м'?шв:'.'ннр!10г<.> чнергоподвода.установка по к:---у-чению раооты I*?!••*!!• 'риторн — осушителя, кинетики усушки хранимых материалов .универсально;! многопрофильной установки по изучению периодической . циклический, непрерывной сушки сельхозпродукции и Т.Д. )

Ь. Получены оригиналвнвр экепериментальные данные по тепло-фигическим.гигротермическим.структурным характеристикам дынь различных сортог. пополнивших справочные данные по этой проблеме: проведено широкое экспериментальное изучение усадки и кинетики обезвоживания ра* личных п;>едставителгй сельхозпродукции Среднеазиатского региона в условиях равномерной и неравномерной сушки; получены опытные данные,подтверждающие адекватность разработанных математических моделей сушки в условиях неравномерности параметров процесса.

6. В результате экспериментального исследования сушки дынь различных сортов установлены количественные характеристики, необходимые для анализа влияния режимных параметров на продолжительность сушки г. проектирования конвективных солнечных сушильных установок в условиях неравномерноменяющихся температуры, скорости и влагссодержанин сушильного агента.Показано,что

- нестационарность знергопровода в СОУ не влияет на коэффициенты тепломассообмена-.

- существует физическое объяснение факту наяичия видимого периода постоянной скорости при сушке коллоидного материала;

- влияние изменения температуры сушильного агента на интенсивность сушки более значительно.чем его скорости.

Получены новые экспериментальные данные по изменению скорости сушки от параметров режима.формы.размеров сушимых образцов, сорта дынь и т. д..использование которых позволяет оптимизировать сушку дын; в условиях кинетической неравномерности.при переменной геометрии сушильной камеры.

7. Разработаны

- метод построения линий постоянной движущей силы массооС-мека в Н-'£ диаграммах.реализован алгоритм и создан программный

чт-

ПРОДУКТ ДЛЯ '11:'||<М. 0С'»,С(1ИЧИ1'.:«1ЦИЙ автоматизированное ПОСТрОеНИ-!1 'Л диаграмм для произвольных оинарных смесей.г. том числе и для гааорогулируемых ог.ощ^Фруктохранилищ и нанесение на них вновь предложенных линий - иаокин;

метод расчета изменения влагосодержанин сушильного агента !; :*<мкнутой сушильной установке.учитывающий изменение интоисив-1:->-тй испарения в парогазовую среду изменяющегося состава:

■ методы расчета кинетики усушки сочного растительного сырья по обобщенной скорости сушки и кинетическим характеристикам еырьй; продолжительности усушки р. условиях паралельноточно-го прямоточного движкнии воздуха материала;кривых движения испаряющихся капель при неравномерном распыле,подводе воздуха, произвольном угле обтекания капель-.предложен метод расчета профиля сушильной камеры.обеспечивающей равномерную сушку в условиях усаживающегося материала и неравномерного подвода сушильного агента;предложены аналитические методы расчета тепло-пот-'рв и топлопритоков через грунт овощехранилищ,разработан метод расчета гравийного емкостного регенератора-осушителя.

а. Предложена и исследована комбинированная схема использования солнечной энергии для сушки и хранения сельхозпродукции с использованием абсорбционных тепловых насосов нового поколения;

у. Предложены и реализованы гелиосуюилки с рециркуляцией сушильного агента:с регенераторами-осушителями;двухкамерная сушильная установка для сушки дискретных материалов,обеспечивающая за счет оптимизации формы поперечного сечения равномерную сушку усаживающихся материалов;

10. Используя теоретические разработки по инверсии интенсивности испарения в высоковлажный воздух обоснована необходимость осушения воздуха в циклически работающих установках для сушки сельхозпродукции,предложен новый прерывистый по вла-госодержанию сушильного агента способ гелиосущки в замкнутых установках.

11.Полупромышленная и промышленная реализация разработанных мероприятий была осуществлена в хозяйствах Лебапского велаята.

'Яновной содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

I. Мурадов Дж., Байджанов р., Магтымов Г., лннакулыев Дж.

Использование солнечной энергии для сушки сельхозпродуктов - ВКН.: Тезисы докладов Всесоюзной научно - практической конференции по Восточно - Туркменскому ТПК. Чарджоу, Т.2, 1982, 136с,

2. Магтымов Г., Корнеичев В.У. Расчетно-аналитическое исследование замкнутых схем периодических сушилок. ВКН.:

Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции по проблемам энергетики, теплотехнологии. М.: Московский энергетический институт. 1383. т.1 с. 98-99.

3. Магтымов Г. .Бродянский В.М., Мурадов Да. Зксергетический анализ схемы солнечной сушильной установки с тепловым аккумулятором. -ВКН.: Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции по проблемам энергетики, теплотехнологии. М.: Московский энергетический институт, 1983, т.1 с. 43-44.

4. Магтымов Г,, Мурадов Да. солнечная сушильная установка-йшхабад 1984, Экспресс информ. вып. 15 30.с.

5. Магтымов Г.,Мурадов Да. Ступенчатый расчет солнечной сушильной установки: Деп: рукопись - Йахабад, 1384, N Д07/803 - 13 е.

6. й.С. 1128072 (СССР). Солнечная сушильная установка (Авт. изо-брет. Мурадов Дж., Магтымов Г. - Заявл. 12.04.83. й 3633608; опубл. в БИ. 1984, N 45; МНИ 26 В 3/28.

?. Мурадов Да,, Магтымов Г. Новая сушильная установка, "Сельское хозяйство Туркмении, 1984, N 1 с.30-31.

8. Магтымов Г.,Мурадов Дн..бродянский В.М. Зксергетический метод термодинамического анализа солнечных сушильных установок. Изв. ЙН ТССР, серия физ.-техн. химич. и геолог, наук N5. 1985.

9. Магтымов Г.,Мурадов Да. Некоторые закономерности усадки дыни. Тезисы докладов У01 Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов Туркменистана " Научно-техничесий прогресс и общество ". Ашхабад, 1986, с. 285-286.

10. Магтымов Г., Оабакулыев X. Зксергетический КПД солнечных ус-чновок. Тезисы докладов Республиканской науно-практической конфе-

-Ч 9-

ренции "Использование солнечной энергии в народном хозяйстве", пис-вященнпй 70-детию чл.корр.АН УзССР Умарову Г.Я. Ташкент.¡991. с.44.

11. Коновальцев С.И..Магтымов Г..Назарклычев В..Худайбердиев [5.Х. " Выбор критериев оптимизации термовлажностных установок ", Чарджев, 1993, с. 39.

12. Данилов О.Л., Магтымов Г..Назарклычев В. Новый режим сушки в замкнутых конвективных сушилках. Тезисы докладов XXXIII научной конференции профессорско-преподавательского коллектива.посвященной 1-ой ■одивщине политике образования ¡¡резидента Туркменистана.Чарджев.1994

131-137.

13. Магтимов Г.,Назарклычев В.Использование регенератора-конденсатора для интенсификации процесса сушки. Гезисы докладов XXXIи научной кончс-рокции профессорско-преподавательского коллектива,посвя-¡енной 1-ой годовщине политике образования Президента Туркменистана. !ард«ев,1334. с.143.

14. Данилов О.Л., Коновальцев С.П., Магтымов Г. Особенности рас-1ета кинетики с помощью обобщенных кривых скорости сушки. Тезисы до-гладов Республиканской научно-технической конференции 'Проблемы зне-гетики теплотехнологии в отраслях АПК , перерабатывающих раститедь-:ое сырьё". М.. 1994. с. 31-32.

15. Магтымов Г.,Розыев Р.А,,Данилов 0.Л.,Коновальцев С.И. Оптими-ации параллельно -точных сушильных установок в условиях неравнамер-ости. 1!ардкев. Ш4, с. 144-151.

К0г)0Бальцез С.И.,Магтымое Г. Энергосбережении при сумке силь-оусаживающихся материалов. Тезисы докладов Республиканской научно-ехнической конференции "Проблемы энергетики теплотехнологни в отрас ях АПК. перерабатывакщихратительное сырьё". М. 1994. с, 57-59.

I?-. Магтымов Г. .Коновальцев С .И. .Данилов Е..Худайбердиев б.обоб-ение сорйционных кривых материалов растительного происхождения.Те-исы докладов XXXIи научной конференции профессорско-преподавзтельс-ого коллектива.посвященной 1-ой годовщине политике образования Пре-

зидента Туркменистана. Чардшев, 1994,

¡8. Коновальцьв С.И.. Нагтымов Г., Худаййердиев Б. Кинетика усушки хранимого в обуафруктохранилииах сырья.Тезисы докладов XXXII) науч ной конференции ярафйссорско-лреподовагельского коллектива, посвященной 1-ой годоыцине политике образования Президента Туркменистана. Нардхев, 1994. с.

Гадам Магтымовыц техники ылымларын, докторы диен алымлыи дерецесини алкак учин "Оба хорлык энумлерини гуратмаклык ве кичи температура ларда сакламаклык учин гун энергидсинн уланмаклыгыц комбинирленен усулнны дер^еыеклик ве ылыы-техники эсасларыны ишлап дузмек" диен темадан язан диссертациясыньщ

РЕФЕРАТЫ.

Ишде илкин^и ггзек гурады^ы камеранкн бейиклиги боюнча маг саниц. ке-мелмегинин, профнлинин, козфицентини оптимизациялашдырмак иеселеси че-эудди.

йылылык сигямлы регенератор-гурадк^ы учин математики модель ду-зулди ве десганын конструктив елчеглеринин. гурадщы десганыц, ишлейиш мумкинчиликлерине тасмри евренилди.

Конвектив гуратмаклык процесси учин физики модель аныклашднрылды ве гуратмаклык процессинде материалы^. геометрики элчеглериниц. уйтге-йэнлиги хасаба алннди.

Чыглы материалларик, гигротермики денаграмлылыгшш моно ве полимо-лекуляр адсорбция теориясыниц усти билен умуныдашдырмагын мумкинчилик-дери геркезилди.

Н-г диаграммада изокина чызыгьш гурмаклыгыц методы бврилди ве онун, алгоритми дузудип йерите ишчи программам тайярланылды.

Дурли гернушли гун билен гурадыжы десгалары хедурленилди ве оларда гечириден экспериментлерин, нетижелери берилди.

Бакжа ве гек внумлери сакламаклнк процесслери дерненилди ве алинан нетинелер умумылашдырылды.