автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Методы выбора параметров воздухоохладителей водоиспарительного типа для нормализации температурно-влажностных режимов в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ р ^ ^ 0Д УНИВЕРСИТЕТ

, . /г а поп да

На правах рукописи

ШАЦКИЙ Владимир Павлович

МЕТОДЫ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЕЙ ВОДОИСПАРИТЕЛЬНОГО ТИПА ДЛЯ НОРМАЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫХ РЕЖИМОВ В КАБИНАХ МОБИЛЬНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН

Специальность 05.20.01 — Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ЧЕЛЯБИНСК 1994

Работа (выполнена в Воронежском государственном аграрном университете им. К. Д. Глинки.

Научный консультант — доктор технических наук, профессор Тарасенко А. П.

доктор технических наук, профессор Серый Г. Ф., доктор технических наук, профессор Косилов Н. И., доктор технических наук, профессор Сидоров А. И.

Ведущее предприятие — .Производственное объединение Ташкентский тра.кторный завод.

Защита состоится 22 декабря 1994 г. в 10 часов на заседании специализированного (совета Д 120.46.01 Челябинского государственного агроннженерного университета по адресу: 454080, Челябинск, пр. Ленина, 75, ЧГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « I"4 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук,

Официальные оппоненты:

профессор

В. Д. Саклаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Уровень условий и безопасности труда оператора мобильной с/х машины в большой море, определяет пгрос и ео конкурентноспособность на мировом рннкв, что достаточно актуально в настоящих зклнокических условиях. Кроме того совершено очевиден факт, подробно рассмотренный з широком круги исследований, что улучшение условий труда положительно сказывается на его производительности. Повышение мощности и усложнение системы управления современных мобильных средств вызывают необходимость более тща-. гел итого изучения вопросов создания оптимальных условий труда операторов.

Одним из основных факторов, наиболее влиянмим на «¡пнедеятельность и работоспособность операторов мобильных машин ' являйте ч микроклимат на рабочем месте, который в гигиеническом отношении состоит из комплекса характеристик воздушной среды, влияющих на теплорое состояние организма человека и его терморегуля-мрнмн реакции. Эти характеристики - температура, влажность и .■к,-,рп."гь Д1?и*.;нин воздуха, причем основную роль в определении ¡^плового состояния организма как в холодное, так и в теплое греми года играет температура воздуха.

Работа механизаторских кадров, которые играют ведущую роль к сельскохозяйственном производстве, протекает в Оолыяино ггу емучаяв в неблагоприятных температурных условиях. Результаты исследований показывают, что микроклиматические условия труда на тракторах не отвечают нормативным требованиям по температуре в теплый период на 6 °С-15 °С, а в холодный - на 3 °С-13 В

дискомфортных условиях механизаторы работают в весенне-осэнний периоды 5-12 %, а в летне-зимний - 53-76 % рабочего времени, что нередко становится причиной различных заболеваний, ряда патологических изменений в организме, а также причиной про-зедзврэкекной потери . профессиональной трудоспособности и дяке инвалидности.

Аног.;:з литературных источников и экспериментальных исследований показывает, что неблагоприятные условия труда операторов

мобилышл сельмоыэЖ*- гь^ньих ьшин олуслошмпм л основном недостатками проектирования сисчем кондиционирования воздуха на рйбЗЧиМ месть и других СИСТЕМ, ВЛИЯЮЩИХ НН условия труда. Повышение эффективности к-.т систем связано с правильна ш<я>рим их элементов, а также разработкой конструкций, приемлемой стоимости и сложности.

Такга образом, неблагоприятные темпе ратурьо-ьлазкностнш-1 параметры воздуха рабочей аонн яьдшадсй причиной гокучести и потери обществом наиболее кяалифицировшшх молмаиам-мрскик код -!►■<}<. Поэтому улучшении условий труда имеет огромшм социапыюи значение.

Работа вшольена согласно плацу ньучилх работ ВГАУ, ььпол-iiji.if.ii¡х по -тем* 19.4, предусматривающей разработку методой вы бора параметров водоиспаритсльных охладителей возд^а для ьа'аж МоОИЛЫШХ СОЛЪОКОЛ<.:3>»ЗОТВ61ПШХ МШ0Ш, а -П.Ю»« темп а Я'.Ч'ЗЛОП.

60:30 отраслевого плана ШОК И Мшшстипг.тп» трак-горн.-«'.-, и сельскохозяйственного машиностроения, пр.ш'сматригаичЫ'-. ботку и внедрения мероприятий, обеС1К>чт.алцпч гювш^-чи - ч'лхпич..-

СКОГО урОВНЯ И НаДмКНОСТИ ССрИЙ1ШХ '1р<|КТОрОВ.

Яумиврун вышесказанное, пн ¡¡[»'.ходим I; цели работы, которой является у^ушошь условий труда операторов мобильник СОЛЬОКОХОиййОТГнЧШиХ М.1..1Ш1 П /СРОДСТВОМ нормализации томпературно-ьлажностннх параметров воздуха рабочей зонп

(Г-ь'ППН.

Научная новизна работы состоит в разработку системного под хоча к выбору речшмов работы и параметров воздухоохладителей ь<«доиопарительного типа. Обссиовшш критерии создания в кабинах ^■оцлышх машин регламентируемых температурно-влашостных параметров, Разработаны и численно реализованы математические. модели, описывающие теплофизичвекие процессы, протекающие в испарительных блоках охладителей. Предложены и продемонстрированы методы оптимизации параметров охладителей, основанные на совместном расчете эффективности охлаждения и аэродинамического сопротивления вог■уховодных трактов.

Практический значимость работы состоит в получении количео-оценок характеристик кондиционеров, позволяющих достиг-

нуть регламентируемых ГОСТом томпературно-влажностных параметров в кронах мобилып.,х сельскохозяйственных машин.

Кроме того,

—разработан пакет программ, рключэкниий десять наименований, позволяющий производить анализ работы охладителей различных типов, а также оптимизировать основные параметры этих установок.

—разработанные метода теоретического расчета параметров воздухоохладителей могут применяться при проектировании различных конструкций охладителей водоиспарительного типа как для мобильных, так и для стационарных объектов. Эти методы позволят оущос-твено упростить расчеты, выбрать оптимальные конструкции воздухоохладителей, увеличить производительность машинно-тракторного' агрегата при выполнении технологических операций на 7-10 % за счет улучшений условий труда оператора, что подтверждается соответствующими актами.

Результаты исследований внедрены при разработке конструкции охладителя-отопителя СКМ-1, прошедшего Государственные испытания и внедренного в серийное производство на ТТЗ. Разработанные методы выбора параметров взяты за основу для теоретической проработки конструкций 'дальнейших модификаций воздухоохладителей. Опытные образцы охладителей косвенного принципа действия проходят технологическую доводку на ТТЗ, что подтверждается соответствующими актами.

Апробация. Результаты диссертации доложены и обсуждались на заседаниях Технического Совета КБ Ташкентского тракторного завода ( 1989 - 1992 гг. ), на научных конференциях БГАУ им. К.Д. Глинки ( 1989 - 1994 гг. ), на заседании Технического Совета Верхне-Чирчикского опытно-экспериментального завода ( 1990 г.), на республиканской конференции "Информационные технологии и системы, технологические задачи механики сплошной среды ( Воронен, 1993 г. ), на X всесоюзной тешгафизической школе ( Тамбов, 1990 г.), на международной тешгафизической шюую ( Тамбов, 1992 г.),на XXXII научно-технической конференции ЧГАУ ( Челябинск, 1993 г. ), на XXVI Воронежской зимней математической школе ( Воронен, 1994 г.), на Всесоюзной научной конференции "Понтрягйнские чтения-5" ( Воронеж, 1994 г.), на Всероссийской научной конференции "Современные проблемы механики я математике-

ской физики". ( Воронеж, ТЭ94 г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 29 печатных изданиям, в т.ч. получено два авторских свидетельства; среди публикаций 18 написаны лично, остальные в соавторстве. ООИее число публикаций по работе содержит 35 наименований.

На защг.'у выносятся:

1) Метод выбора параметров воздухоохладителей, позволяющих достичь в кабинах мобильных машин нормируемых температурно-влажностных режимов, основанный на анализе фазовой плоскости характеристик кондиционера, связывающей расход и глубину охлаждения воздуха.

2) Методы определения оптимальных режимов работы установок водоиспарительного охлаждения воздуха для достижения регламентируемых условий с помощью уравнений состояния влажного воздуха и уравнений баланса тепла в различных случаях водоиспарительного охлаждения.

3) Методы построения и реализации математических моделей, описывающих процессы теггло-массопереноса в охладителях различных принципов действия для-анализа возможности достижения необходимых характеристик водоиспарительными воздухоохладителями.

4) Метод оптимизации геометрических параметров охладителей водоиспарительного типа, основанный на совместном расчете эффективности охлаждения и аэродинамического сопротивления воздухо-водннх трактов.

5) Принципиальные схемы охладителей кабин мобильных сельскохозяйственных машин, их конструктивные и режимные параметры.

Структура к объем работы. .

Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов, библиографии, включающей 241 наименование, и двух приложений. Работа изложена на 403 страницах машинописного текста, включая 27 таблиц и 109 рисунков.

СОДЕРЯАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность проблемы и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассматривается состояние условий труда операторов мобильных сельскохозяйственных машин, анализируются

санитарные нормы параметров микроклимата в кабинах. Кроме того, исследуются пути нормализации т*М1мратурио-ьлй<шос гннх параметров в кабинах научаемых объектов. В подразделе 1.4 с.,иснв,-1ится основные типы кондиционеров водспсиарительного типа, рассматриваются их преимущества и недостатки. Подраздел Т.5 посвящен обзору исследований и конструктивы« решении в области водоиспари-тельных охладителей. Раздел завершается выводами и формулировками задач исследования.

При разработку, систем кондиционирования воздуха в кабинах мобильных сельскохозяйственных средств основными исходными данными служат требуемые температурно-влажностние параметры микроклимата на рабочем месте водителя и расчетные внешние условия почвенно-климптических зон, в которых работают данные малины.

При проведении исследований автор использовал результаты работ по кондиционированы*) воздуха Аршк.ва Г.Р.., Архипом В.Г., Ванхиди Л., Баркалова Б.П., Керписа Е.Е., Еоропина Г.П., Кокори-на О.Я., Крума Д., Рибертса Б, Ляха Г. Д., Смоли В.И., Пекера Я.Д., Ммрднрн 15.я. и др.

Проблеме безопасности и .улучшения усл.виЛ Щ'да поевглены работы Михайлова М.Р., Малнренко Л.Г., Михайлова В.А., Хохрякова В.П., КОКОрИНа О.Я., У-ЯИЦКОГО Е.Я., l'abpitHOlîKO А И., Дорошенко A.B.,Гусевой C.B. .Соболева P.A., Бл>Уг.л> А.П., Супруна A.C., Шабанова В.М., Шкрабака B.C., 4 Гепринпеьа д.Д., Варнерова Б.В., Рослякова Ь.П., Сидоров;. А.И. и др.

Ряд работ посьяшен oibii«e t «деловой нырузки ка ;u-j чаемый объект за счет тегмопри соков различного нроисхен.шкя. ß работах Хохрякова Б.П., Крьмаренки W.A., Козырева В.В., ГiBi пчоы'.о А.И., Кодырона U.K., fyrebuii с.П., Михайлова Ь.А., Щйгшыа A.A. и др. рассматривается те.Г!*>М1<г нагрузки на ьз&шу /рак г о;.а я различные модели теплового Лиллчс.-и. Эти исследования лосшолчьт оценить прюшкаемые технические ]*№чия и выбирать наиболее рациональные с точки зрения умевыу.чшя те.плопритоков я снижения экономических и энергетических з-ират на кондиционирование воздуха в кабинах тракторов и сел! хезмтеин.

Б последние голы как в отечес^еннзм, так и зарубекпом тракторостроении начали применп\ь кэнлрционери воздуха испарительного типа. Такими кондиционерами оснащаются трактору T-DjG,

Т-70С, M'L'3-SJ, ДТ-75 и др. Находят они применение и на транспорте. Кондиционеры водоясларительного типа просты по конструкции, не требуют квалифицированного обслуживания в эксплуатации, для их изготовлении но нужна д«фщ1шш материалы-, они экологически безвредны, имеют низкую потребляемую мощность, саморегулмруимы по эффективности охлаждения в зависимости от температурно-влааностиого состояния охлаждаемого воздуха.

При анализе возможности применения ьодоиепарительного охлаждения кабин мобильных сельскохозяйственных машин возникает следующее противоречие. С одной стороны, как показано выше, водоис-парителыше кондиционеры обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с другими тинами охладительных установок. С другой стороны, параметры существующих охладителей водоиспарительного типа в большинстве случаев не дают возможности достижения регламентируемых темлературно-ьлажностных режимов в кабинах мобильных машин.

Это противоречие приводит нас к научной проблеме разработки системного подхода к выбору параметров работы водоиспарительных воздухохладителей различного принципа действия для достижения регламентируемых температур и влакностей кабинах мобильных сельскохозяйственных машин.

Исследованию и конструированию воздухоохладителей водоиспарительного типа посвящены работы многих авторов: Вигуркинского В.Н., Майсоценко B.C., Михайлова М.В., Маляренко Л.Г., Михайлова В.Л., Хохрякова В.П.,■ Кокорша О.Я., Циммермана А.Б., Зексера U.V., Чумака И.Г., Тарана В.А., Лавричонко Г.К., Дорошенко A.B., Демьяненко Ю.И., Блажко A.M., Яуравца И.Б., Супруна A.C. и др.

Теоретические исследования работы воздухоохладителей водоиспарительного типа основываются на уравнениях баланса тепла с привлечением расчетов состояния влатаого воздуха по J-d диаграмме. Этот подход позволяет оценить эффективность работы охладителей по хододопропзводительяости и глубине охлаждения, но не позволяет проследить динамику изменения температуры в основном элементе установок - испарительной насадке, что, в свою очередь, не дает вогожноети проводить выбор оптимальных геометрических параметров воздухоохладителей. Кромэ того, расходные характер/готики охладителей,'которые зависят от геометрии конст-

рукций установок и играют рякнойшую роль я оценки эффективности их работы, не могут !"< учитываться к моделировании физических процессов, проход..,цих в изучаемых объектах. Отсюда следует, что получение желаемых результатов невозможно без глубокого ана/'Ч^а тепловых процессов, проходчитх непосредственно п основах узлах воздухоохладителей, а также без учета взаимосвязанных параметров в изучаемых установках.

['з.чокенное дав позволяет высказать научную гипотезу, состоящую в том, что охладители водоиспарительного типа, выбор и оптимизация параметров которых проводится о помощью математических моделей, гключащих в себя уравнения состояния воздуха, системы уравнений тепло-мэссоперэноса и полного аэродинамического, сопротивления воздуховодных трактов с учетом напорных характеристик конкретных силовых вентиляторных блоков, позволят создать регламентируемые температурно-влатостше режим» в кэбинах. мобильных сельскохозяйственных машин.

Исходя из поставленной цели работы становится ясным, что предмэтагги исследования являются закономерности изменения том-горатурно-влажностного состояния воздуха в рабочей зоне оператора; Физические процессы, протекающие в основных элементах воздухоохладителей, критерии эффективности работы воздухоохладителей водоиспарительного типа, ведущие к созданию оптимальных конструкций, позволяющих достичь в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин регламентируемых тешературно-влакностных режимов.

Объектами исследования являются функционирование и режимы работы воздухоохладителей водоиспарительного принципа действия для кабин «обильных сельскохозяйственных машин .

Для достижения поставленной цели с учетом сформулированной научной проблемы в работе предусматривается решение следующих основных задач исследования^

1) теоретическое обоснование критериев эффективности работы кондиционеров различных типов в мобильных е/х машинах:

2) разработка методов моделирования физических, процессов для количественной и качественной оценки работы водоиспвритель-них охладителей;

3) построение математических моделей подоисгтаритольного охдзвдэшя и алгоритмов их численной реализации.

-84) разработка методов оптимизации параметров охладителей водоисггарительного типа для кабин мобильных машин.

Б) разработка конструкций и обоснование режимов работы охладителей кабин для улучшения условий и повышения производительности труда операторов.

' Второй раздел посвящен исследованию теплового баланса ограниченного объема применительно к кабинам мобильных сельскохозяйственных объектов. Анализируются уравнения состояния влажного воздуха, а также аппроксимируются табличные данные для ряда параметров с целью их дальнейшего использования в виде аналитических выражений в математических моделях.

Так, например, зависимость плотности пара р и его парциальное давление Рн на линии насыщения, а также коэффициента диффузии Б от температуры в ее рабочем диапазоне (10 °С- 45 °С) определяется формулами:

•°пн = ЕХР[ О«0553'* - 5<165 }• кг/м3 Рн = 736.ЕХР[ 0,058-1; ], Па ;

Б=ш-Ь.ЕХР[ 0,00616-г + 0,719 ], м2/о .

Предлагается метод определения эффективности работы водо-испарительных воздухоохладителей с помощью введения понятия фазовой плоскости кондиционера.

В работе не рассматривается детализация теплопритоков в кабины мобильных машин. Этому вопросу посвящены фундаментальные работы указании выше ученых.

Источники теплопритоков в кабину мобильной машины с некоторым приближением могло разделить на две качественно различные группы. К первой отнесем относительно постоянные теплопритоки ( постоянство рассматривается как независимость от разности температур воздуха в объеме и вне его ). К ним можно отнести потоки 7'ль"а счет солнечной радиации, тепловыделений людей и обору-дпь'мл'а. на*"Дяи«гос.ч ь обьеме, и т. д. Объединяя эти теплопритоки в одну группу к учитывая, что мн рассматриваем стационарны»

процоеоы теплообмен?!, обозначим мощность ччрез Ос, Вт. ¡(о второй группа тешмфитоков СЬ ( они могут бить как положитолышми, так и отрицательными ) обнесем потоки тоопа, ооусловленкко увшкию -редачей чьрез ограничивающие объем конструкции. Эти лот<°пИ яшы-ются функциьй от перепада температур микду внутренним и вникшим воздухом, параметрами же являются коэффициенты теплопередачи отдельных элементов ограждения объема и ик геометрические ¡¡няни-ры.

Тогда уравнение теплового баланса обгона при работ« кондиционера имеет вид:

Ос + - I) + С-р-Г.^к - С-р.1М = О,

где I - температура воздуха в обгоме, °С; 1,1 и г*- еооть/кч нел -но температуры внешнего воздуха и парогазового потока па ^пюлс из коьдициодара, °С; С - объемный секундный расход воздуха, мэ/с; р - плотность воздуха, кг/м3; С - удельная гоплоыжнт. воздуха, ДкАкг-К).

N

Через к'/ - ^к! -БЧ в последней формуле обозначен средний 1=1

коэффициент теплообмена ограждений кабиш, Вт/К. Здесь через ^ и обозначены соответственно коэффициенты теплопередачи и площади 1-ой части ограждения кабины. Для кабин тракторов ТР.8Х4М и Л1ТЗ-80 к./ сотввтстяонно равен во Бт/(м2-Н) й 33 Вт/(м£.К); для кабины комбайяп Дон-ТСОО величина этого коофГициента составляет 45 ВтЛм"-->К).

Если зафиксировать ту температуру объема 11-, котируй трибу ют руководя!Цие документы, из последнего соотношения иожно но лучить связь между расходом и температурой воздуха, шкодящею из кондиционера, то есть характеристиками кондиционера. Зга связь определяется формулой: ■

- . ' • Со + - и ,

С.р. {- Ы

На рис Л показана фазовая плоскость характеристик кондиционера, кы которой изображена качвственьая картина ййьиримосги ( I ).

Люби« точка на Фазовой плоско,;ти нисот . информацию о характеристиках К01|ДИЦИ01!с[.Г|. ¡:С..Ы ЭТЯ ТОЧКИ ДОЖИТ НЙ 1'рПфИКв функции { I ), то температура и обьекте будет поддеркиьатьоя на Зг> -дамч-м уровне. -

Рис Л. Фазовая плоскость характеристик кондиционера. Связь между-расходом воздуха и его температурой на выходе из кондиционера. Граница гпт-для прямого и косвенного; 1пг-для РКВ.

Кроме связи с на величину расхода наложены еще несколько условий: первое из них заключается в том, что но условиям ГОСТа, воздух в объеме должен обмениваться определенное количе-стьо раз за фиксированный промежуток времени ( по ГОСТу 12.2. 120-83 для тракторных кабин такой обмен составляет 20 раз/ час ). Поэтому расход ограничен снизу некоторым значением йо. осуществляющим заданную кратность обмена. Во-вторых, расход воздуха должен поддерживать в объеме избыточное давление определенной велнчи'- ( по ГОСТу 12.2Л20-88 ета величина равна 10 Па ). Естественно, вто избыточное давление зависит не только от

расходя, но и от чкгад>апянтного отверстия. Р зависимоо-

ти от герметичности иопомнения ограждений объема нижняя граница расхода 01, обесп'ншк-аппого заданное избыточное давление, может как больше, так и меньше Ос. И, наконец, расход не должен нрегчшать величины О,. ,. при которой скорость движения воздуха в кабине выходит за ннрхнюю границу допустимой ( но ГОСТу 1?. .?..1?0-Г>п в зоне днхпчия \п«л » 1.5 м/с). Следует также уч(.ч ть, что в случае применения кондиционеров ьодойспарителмюго тина лтм<ггим, что охладители прямого или косвенного действия не мггут охладить воз,пух, имепзИ) ,т,емгг^ратуру 'п ниже темггературм мокрого термометра 1пт. которая зависит от влажности внешнего воздуха; охладители регенеративного тина имеют нижним теоретическим пределом глубины охлаждения то«ку роен 1;Пг ( < ). Таким образом, характеристики кондиционера при заданных ^ и *п дольны удовлетворять координатам точек, расположенных в криволинейной трапеции, представляющий заштрихованную область на рис.1.

Сравним теперь график характеристик кондиционера с графиком кривой постоянной холодопроизводительности П. Последний является графиком функции

С =--------------- .

С-р-^п - 1;к)

11з рис.1 видно, что у этих, двух графиков разные вертикальные асоимптоты и они совпадают только в том случае, когда регламентируемая температура в объекте равна температуре вне его. В этом случае график кондиционера представляет собой кривую постоянней холодопроизводительности.

Полученные соотношения и графики позволяют сделать вывод о том, что хотя холодопроизводИтельность и является одним из основных факторов, определящих эффективность работы кондиционеров, возможность достижения регламентируемой температуры должна опр еделяться из зависимости расхода и глубины охлаждения боздух.'., которая выбирается из фазовой плоскости характеристик кондиционера.

В ?тсм же разделе строятся балансовые уравнения в пр«ч->\<, косвенном к регенеративном охлаждениях и определятся парам- п:*

оптимальных по эффективности воздухоохладителей.

Классическое определение эффективности охладителей водоис-парительного типа проводится с помощью температурного коэффициента

Е =

tk

- 1т

(2)

Вполне очевидно, что оптимальной конструкцией воздухоохладителя прямого испарительного действия необходимо считать кондиционер, который при различных условиях эксплуатации дает температурный коэффициент эффективности, равный 1. В этом случае на выходе из испарительной насадки температура потока воздуха 1к должна равняться температуре наружного воздуха по мокрому термометру Оптимальной конструкцией при косвенном охлаждении является та, в которой воздух основного потока принимает на выходе из воздухоохладителя температуру , равную температуре на выходе из "мокрых" каналов при этом вспомогательный поток полностью насыщается паром. Таким .образом: 1к = 1"-а = 1т-

Балансовые уравнения"оптимальных установок прямого и косвенного охлаждения соответственно имеют вид

622.г-

ф1тРпн

Рн(гпи)

Р - У>п-Рпн Р - Рн(1:пт)

= С • £ — ^ ,

(3)

62?.Г.

фп"Ьпн Р - (рп'Рп„

Р - Рн(1аЛ

= С-<1 + к).(Чп - },

(4)

где г = ( 2500,6 - 2,372.1;пт ), Дж/кг - удельная теплота парообразования по отношения к I г испарившейся воды; Ркн^к), Р^пЫ и Рп„ - парциальные давления пара на линии насыщения, Па; фп -относительная влажность внешнего воздуха, %, к - отношение расхода основного потока воздуха к вспомогательному.

С точки зрения количественных характеристик работы воздухоохладителей прямого испарительного действия, как показывают чис-лоьгнчд рйсч°ты, проведенные в работе, практически на всех режи-

мах работы значение относительной влажности ь объеме превышает регламентируемую. Эта влажность может быть достигнута ..'олько при-низком влагосодержании внешнего воздуха, поэтому охладители подобного типа рекомендуется применять в сухих жарких регионах. Если температура на выходе из кондиционера будет выше, чем 1г.т, то это позволит несколько снизить относительную влажность в охлаждаемом объекте, но при этом будет резко увеличен расход воздуха, что ведет к нео1гравданно ьысоким энергетическим потерям. Отметим, что можно приблизиться к требованиям действующего ГОСТа применением в качестве пластин испарительной насадки специальных пористых материалов, обладающих наличием дополнительного энергетического ресурса, связанного с затратами энергии на испарение влаги из капилляров ( этот ресурс может достигать значения, {(явного 2 ). В этом случае температура наружного воздуха по мзкрому термометру tnm будет иметь более низкое значение, чем в рассмотренных выше случаях. Формула (4) дает ко^моьсноеть определить значение к, при котором воздухоохладитель, имеющий на выходе из "мокрых" каналов полностью насыщенный поток, будет иметь максимальную холодопроизводительшеть. Это даст ьоомо::мость получить качественную картину наилучшего перераспределения потоков. На рис. 2 показаны зависимости условной величины холодопроизводите-льности ( качественного значения ) от величины к при различных значениях внешних параметров- Расчет дает возможность получить оптимальное но холодопроизводнтельности соотношение основного и вспомогательного потоков, которое достигаеюн при к 2,2.

Расчеты относительной влажности на выходе из охладителей косвенного принципа действии свидетельствуют о том, что имеется дополнительней резерв по влажности, вевдяи о чем мокно несколько доохладить воздух, ьыходлимй из косьенно-исиармольной насадки, с помощью блока прямого иопа;,ен'.:н. Ото позволит о.чизип» расход воздуха, что достаточно важно при реализации конструкции ьезду-

ХООХЛ8ДИТг.и»пОЙ УС ГЙН'/шСИ.

На jрафике рис. 3 нрлг.едены :.;Гчишан температуры и расходов основного потока во^-дух1! на :,н:<; из косвенного и косвенно-прямого охладительно; о .}.*л<..и а им достижения регламентируемых . температура м в¡uttoiou-i'ii ь объеме ъ зависимости от

oTfKertieüf.fii.ri B i;i.i.M.Mr;i bii.füi.(--го ¿духа. Как видно из. этих гра-

;>'j

ri-лу rtyMt i'. " ~ . rt !

3nm-.cm*í:CTI¡ услоипем TÍC IIIVÍIIEJII

XO ГШ Д(1Л1>иИи I : l: Jl Hl » ■ ¡ IЬ 11 tJ i L 14 (VI ХЛ l>ià lu

ке t-rjji ЗГ ni'«.".'.! псин (i mirf кои;' Ic-lij-ZO .

i()-.ju tt t »i-tii-ix, uc - lümi >¡t

4: .ulr.........

If. -------

I'ho . 3. Плиисимпсть Teiraji'iivrM сот: «у к л и i шкияг '.i^n.i ■

АНГЛИИ ОТ fsro Ц»[)Л"ОИ C)TH<í€*.irreHlbHOH Л a Kit II С. I'M ttïlil

дости ''.mímji rt- rii.iMr-.jï-r i!iv;oíiU>í н íí'^h'^i roa ; i - Kir пенник. Ü • nu'JXCTymiH'áai lie окиахпьнм? .

фиков, при малых влажностях внешнего воздуха температура на выходе двухступенчатой охладительной установки значительно ниш, чем после одного косвенного блока. Следствием этого является возможность резко;'о снижения расхода воздуха, что немаловажно при конструировании воздухоохладителей. При повышении относительной влажности наружного воздуха влажность на выходе из косвенного блока увеличивается и возможность доохлавдения падает, всвязи с наличием ограничения сверху по относительной влажности охлаждаемого объекта.

При работе воздухоохладителя типа РКВ энергетический баланс записывается в следующем виде:

r.Jd(tn,<pm) - d(tn,<pn)]= k-C.(tn - ta) + C.(tn - tm),. (5)

где tm и ta - соответственно температура вспомогательного и основного потоков на выходе из испарительной насадки; фт - относительная влажность "мокрого" потока воздуха на выходе, к -как и раньше, доля основного потока по отношению к вспомогательному. В оптимальной конструкции температура вспомогательного потока на выходе должна приближаться к температуре внешнего воздуха, при этом его относительная влажность должна быть равна 100 %. Уравнение (5) при этом примет вид:

Г«[ cytn) - d(tn,<pn) ] = k.C.(tn - ta).

Принимая в рабочем диапазоне температур значение г = 2430, С = (020, получаем:

, 100000.(1 - фп )-ехр(0,058-tn)

ta = t_ - -I------(б)

n k P - 73,6.exp(0,058.tn)

где P - барометрическое давление, Па.

3 зависимости от к температура на выходе из воздухоохладителя оптимальной конструкции ts может принимать различные значения. Очевидно, что при увеличении k t3 * tn, то ость глубина охлаждения стремится к нулю. При уменьшении k t3 уменьшается и

нижним пределом охлаждения в такой конструкции, естественно, является температуря точки росы 1;г. Принимая в формуле (К) температуру на выходе из кондиционера типа РКВ оптимальной '-'очст-рукцки равней температуре точки росы при заданных внешних условиях , можно определить то значение величины к, при котором она Судет достигаться. Результаты вычислений показывают, что для кондиционеров этого типа оптимальное отношение основного потока воздуха к вспомогательному зависит от входных параметров. Так, при температуре внешнего воздуха ^ = 40°С и относительной влажности фп =» 40% коэффициент к « 4,18, а при ^ = 30°С и фп = 50%

- к * г,5.

Всвязи с этим конструкщш воздухоохладителей, действующих по принципу РКВ, должны предусматривать возможность регулирования вспомогательного потока воздуха с целью применения установок этого'типа в различных регионах.

Воздухоохладители типа РКВ наиболее экономичны, так как допускают максимально возможную для кондиционеров водоиспари-телыюго типа глубину охлаждения, вследствие чего расход воздуха может быть несколько уменьшен. _ ,.

В третьем разделе выводятся основные уравнения тепло- мас-сопереноса в каналах испарительных насадок. Анализируется возможность моделирования этих процессов с помощью полной и осред-ненной моделей. Установлено, что

—уравнения тепло-массообмена в "мокром" и "сухом" каналах испарительной насадки представляют собой квазилинейные уравнения в частных производных параболического типа второго порядка относительно температуры и плотности пара.

—В реальных расходных режимах работы охладителей течение парогазовой смеси по каналам испарительной насадки лпминарно, что дает параболическое распределение профиля скорости

— Осредненные уравнения энергии представляют собой квазилинейные обыкновенные дифференциальные уравнения относительно температуры и плотности пара, включающие коэффициенты тепло- и мессоотдачи. Указанные коэффициенты в случае постоянной температуры стенки можно определять но известным критериальным уравнением с использованием принципа подобия.

^твертый раздал посвяшеи количественному к качественному

расчету работы ьодоиспарительных воздухоохладителей дл I выбора геометрических параметров испарительной насадки, позволяющей достигнуть максимальной эффективности воздухоохладителе?,. Строятся нелинейные математические модели процессов прямого и косвенного типов охлаждения а также охлаждения по регенеративной схеме. Численные расчеты реализованы модифицированными неявными схемами решения дифференциальных уравнений с частными производными и с помощью разработанных итерационных алгоритмов.

В еду ше прямо е охлаждения математическая модель тешю-массопбронл,а имеет ьид:

д^ ог\. д

р.У(у).С-----=. }.•—+ ( С - С )----(J.t) ,

их ау в . и Зу

ар б^р,.

7 (У).—а_ = и.—«_

ах зу2

с условиями на входе ь канал

Чу-О = гвх >

Р,1х=о = <(1м,Рпн(11,к)

где - относительная влажность входного воздуха в далях единицы; Рпц^вя) "" плотность насыщенного пара иря температуре вхо дного воздуха:

Рпн = °>П5оЗ.Т,вх - 5.165 ).

\ - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м«К).

На границе х=-Ь ( на оси сечения канала ) выполнены условия отражения:

аг

дУ

На поверхности пластики у=0 задан тепловой поток и плотность пара, принимаемая равной плотности насыщения:

-о; Зг

6У

= О

сН

л------ л^ - С.л.( Л Г. ) ,

ЗУ '

где К - удельная теплота парообразования, раьнья

И = ( 2500,Г, - 2,372.1. ).Ю3 Д*;/кг ,

с"'Р п • .,

J - -р.—"- - плотность потока пара, кг/(м'--.с). с..'

Илдекоы "ь", "и" и "ж" определяют значения коэффициентов соответственно для воздуха, пара и жидкооти. -

. Математическая модель косвенного испарения имеет вид:

¿¡V 3*1 о

р,У(у).С.-:— = Х------ + ( Св- - Сн (Л-и ,

Зх

«ЗУ

оУ

др.. дгрп у(у).—а- = Б.—--

ох ау-

св.р&Ув(у).--

<П ах

а21

= Хг,---->

в зу2

л . -п.^ ЗУ

■3 Г (У-Ь)2 1 3 Г ( У+б+Ьа)г1

31 I о1з

К.Л = X.---- - Ац------

ЗУ | у-0 ЗУ

+ С - I )

ж ж п

зь

Ь------

д У

. - г ) ,

у«—5 о

" Рп

((1П) - 0,0553-- 5,165 ] ,

сП

ау

а^

= о. —-ау

V >, " 1 = 'в*' »о г Ч*

Здесь индекс "3" означает, что соответствующий параметр относится к "сухому" каналу, б - толщина пластины, м.

Расчет но полученным математическим моделям позволяет прослеживать динамику изменения температуры по длило пластин,что позволяет ь сбою- ичередь выбирать минимальную длину испарительной насадки, при которсй сохраняете»! максимальная эффективность работы установки, а расход матери^/,а значительно снижается.

Результаты счета показывают, что воздухоохладители ьодсис-паритвльного типа являются саморегулмруемыми установками, так как эффективность охлаждения возрастает с увеличением ть^эрату-ры обрабатываемого воздуха. Кроме того, в случае прямого и косвенного охлаждения численная реализация полученных математических моделей показииот практическое постоянство температуры поверхностей пластин на большинстве режимов работы воздухоохладителей ( см. Табл. I /, что позволяет использовать для моделирования и расчетов более простые осреднешше математические модели.

Осреднешше математические модели ногут быть получены негю-средсвенным моделированием процессов, теши-маоеопереноса обыкновенными дифференциальными уравнениями с привлечением коэффициентов тепло- и массоотдачи ( а и ¡5 ) при условия осреднения скоростей потоков воздуха и их температур по сечеты каналов.

Мы пошли по пути непосредственного интегрирования основных уравнений тепло-маосоперецоса по сечению каналов о привлечением известных понятий ореднерасходних величин, в результате чего получень следующие ооредненные математические модели:

прямое испарение:

С.р.у.И.--- - а.( 1Л - I ) - ( Сп - Сь ,

Гибаицс 1.

ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО ДЛИНЕ ПЛАСТИНЫ

ПРОГРАММА КОСВЕННОГО ИСПАРЕНИИ /КОБОНЕ/ РАСХОД ВОЗДУХА ПО МОКРЫЙ'КАНАЛАМ- 250 расход воздуха по су;;им клилплп- иао ТЕМПЕРАТУРА НА ВХОДЕ В'МОКРЫЙ КАИАЛ=40 ТЕМПЕРАТУРА НА СХОДЕ В СУХОЙ К(чНАП.= 40 СХОДНАЯ СЛА»||ОСТЬ= 50 ЧИСЛО ПЛАСТИН- 107 СГ.ЧСНИЕ МОКРОГО КАПАЛА В 2

СЕЧЕНИЕ СУХОГО КАНАЛА В ..I.!,- С скорость на входе е мокрый канал- 3.24507 СКОРОСТЬ НА В.'ХДЕ П СУХОЯ 1САНАЛ= 3^4507 ДЛИНА ПЛАСТИНЫ В .<ин- 160 ТО'ШИНА ПЛАСТИНЫ В ,(.„■= 1 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПЛАСТИНЫ- 1 ГОРИЗОНТАЛЬИШ РАЗМЕР УСТАНОВКИ- ¿00 ВЕРТИКАЛЬНЫЙ РАЗМЕР УСТАНОВКИ^ 100 ПОРИСТОСТЬ- 1

мнояитель развитости повЕп:;насти= 1

МНОЖИТЕЛЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ Д0БАВ1СИ- 1

X см

Т МОКРОГО

Т СУХОГО

ВЛАЖНОСТЬ т пластины

2 37.5935 37.5899 62.0574 31 . 7600

4 36.2413 36.2057 69.9127 31 .0035

6 35.2291 35.177 76.3091 31 .0484

0 34.4603 34.4020 81.4846 ' 31 .0802

10 33.3767 . 33.3201 35.6179 31 .9256

12 33.4320 33.3803 83.8814 31 .9445

14 33.0947 33.0478 91.4361 31 .9669

16 32.8371 32.7962 . 93.4229 31 .9798

ГЛУБИНА ОХЛАКДЕНИЯ ПО СУХОМУ ВОЗДУХУ^ 7.20377 ВЛАЖНОСТЬ СУХОГО ВОЗДУХА- 74.774 V.

УДГЛЬНЫИ РАСХОД МАССЫ НА УСТАНОВКЕ, КГ7ЧПС/КВ.М = .432915 ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНССТЬ УСТАНОВКИ, ВТ^ 587.107 .ЧАСОВОЙ РАСХОД МАССЫ НА УСТАНОВКЕ, КГ/ЧАС = .82675

v.i,.-^- . р.(Рпн--Рй)

J = I'n " Рпн ) '

P,

ГГН

= EXrf 0,0553-tn- 5,165 ]

« + vJ

косвенное испарение:

dti

dx

C.p.Vt.hL---- = -R.J - Os.J.(tR - tni) - (Cn - CB).J.tni,

dt2

Cr.Dr-V2------ = 02-( t - tg ),

В в. ,rlx пг

dp

Vn.h,.---- = ß.( pm - рп ) ,

г OLZ'Ô -,

(X2-Í2 - (R-J - ai-ti +-------I

t = ------------------------------1----

П1

{ «г-б -, «г + ai • [1 +

0C1 -è

1 +-------J

аг-ö

- V -,

I ------j

3,77.А 11

6-у 94,8. Ш'6

Р =--- и--------,

)1 11

а

1|х-о " 1вх ' = Фвх .

. В этих уравнениях индексом "1" обозначены'параметры, относящиеся к "мокпому" воздуху, индексом "г" - к "сухому".

Отметил, что расхождение результатов расчетов по полной и осредненной моделям зависит от скорости течения воздуха по каналам и от их сечения. Это происходит оттого, что при увеличении значений скоростей и сечений увеличивается длина гидродинамического начального участка ( см. рис. 4 и 5 ).

Регенеративное охлаждение формально моделируется системой уравнений косвенного испарения, так как тот факт, что потоки движутся во встречных направлениях, учитывается только знаком скорости в уравнениях энергии и переноса массы в "мокром " канале испарительной насадки. Но это различие в знаке скбрбсти несет, на самом деле, более глубокий физический смысл. Решение задачи пошаговым движением вдоль оси X одновременно для двух потоков с Формальной подстановкой отрицательного знака скорости у вспомогательного потока невозможно. Дело в том, что при отрицательной скорости в уравнениях энергии и массопереноса в "мокром" канале возникает противоположность в знаках обеих частей уравнений параболического типа, что ведет к некорректности постановки задачи. Эта некорректность аналогична той, что возникает при решении обычного уравнения распространении тепла в стержне, когда появляется желание определить "историю" процесса, то есть решить задачу с обратным ходом времени. Всвязи с этим нам пришлось использовать некоторый итерационный процесс, идею которого мы сейчас опишем.

Сначала на "сухой" поверхности пластины интуитивно задается температура 1зп, которую мы выбирали убывающей вдоль пластина по линейному закону. Далее методом прогонки решается уравнение энергии в "сухом" канале при граничном условии первого рода нв поверхности и условии четности на оси сечения канала. Выход-

Q

.Ht

20U0

I «

1500

Í ГЛ1П

((.(.'■iß O.J! I n.Ki,' O.P.23 na

Рис . 'I. Cp.^ynriïîif1 ЧО îliî Jîf.1 ПРОК? 1Л (ï ¿í 11 Y l? Iî Ь í I tí O T f î ÏHÏ Д

поделим: t. - яолнап, 2 - ос|>однсмн ая.

a, вг

Л i un ,------

klJUtJ

l'JOO

1 uuu

I VOt )

ItULl

1ГЗОО -------

О .7"

4—

1 . П

1 . П

J . b

I . 4 Í1H III

l'itc: . 'Jj . Cj'jiiir.itnc xo ncrtOJil-оно riCíAH r e pï- n CMÏTW na nfrvh

HÏ'ili'ilHb : .*! ■ ПИГ1ПН, ~ .

h - - •• -i..vii'v .'v r: .

M

ная температура tsBUX(y) ооредннется и принимается равной температуре t на входе в "мокрый" канал. Далее на каждом шаге-в поперечном сечении пластины определяется температура ее "мокрой" поверхности. Затем методом прогонки решаются уравнения энергии и уравнение переноса массы в "мокром" канале по ходу течения вспомогательного потока воздуха при граничных условиях первого рода на поверхности с включением точечных источников тепла отрицательной мощности и условии четности на оси сечения канала. Параллельно этому проверяется выполнение условия непрерывности теплового потока в каждом сечении канала. При отсутствии указанной непрерывности температура "сухой" поверхности пластины корректируется и вычисляется невязка. После коррекции температуры "сухой" поверхности по всей длине пластины пролрамма возвращается к решению уравнения энергии в "сухом" канале. Счет заканчивается, когда поперечный тепловой поток можно считать с достаточной степенью точности непрерывным, о чем несет информацию вычисляемая максимальная невязка.

Данный алгоритм реализован числинным счетом по программе "RKV". Фрагмент результата счета приведен в табл. 2, где показана динамика изменении состояния воздушных потоков. Очевидно, что этот итерационный процесс может быть применен при исследовании разнообразных вопросов противоточных теплообменник аппаратов.

Пятый раздел посвящен построению методов оптимизации геометрических и расходных параметров воздухоохладителей с привлечением учета сопротивлений воздуховодного тракта испарительных насадок и напорных характеристик силовых блоков. При прохождении потока воздуха через насадки рассматриваемых нами -типов он встречает два вида сопротивлений: потери давления по длине канала ( транспортные потери ) и потери давления на местных сопротивлениях, которые могут представлять собой сопротивления при внезапных сужениях и расширениях, при поворотах на 30 и 180 градусов, а также при прохождении через выходные декоративные решетки или жалюзи.

Потеря давлении в каналах определяется формулой:

L'v

др = 217------- Ш"6,

тр h2

Таблиц* 2.

ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАСТИНЫ ПРОГРАММА КОСВЕННОГО ИСПАРЕНИЯ /ГТКУ/

расход соза'/хд по но;?рым ¡сакйпап=. 200 ¡сус. м/час

РАСХОД ВОЗДУХА ПС СУХИМ 1САНАЛС.М= 600 КУБ. II/ЧАС

ТЕМПЕРАТУРА НА ВХОДЕ= 40

СХОДНАЯ ПА'гРССТЬ= -ТС "

ЧИСЛО ПЛАСТИН' 222

СЕЧЕНИЕ МОКРОГО КАНАЛА В и-,«,- 2

СЕЧЕНИЕ СУХОГО КАНАЛА В inm= 7

СКОРОСТЬ НА ВХОДЕ В МСКРЫП КАНАЛ— 2.502502 и/с СКОРОСТЬ НА ВХОДЕ В СУХОЭТ КАПАЛ= 7.507507 м/с ТОЛЩИНА ПЛАСТИНЫ В inm= .7 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПЛАСТИНЫ^ .7 ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ РАЗМЕР УСТАН0ВКИ= 600 мм ВЕРТИКАЛЬНЫЙ РАЗМЕР УСТАНОВКИ= 100 ми ПОРИСТОСТЬ- 1

МНОЖИТЕЛЬ РАЗВИТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ - 1 МНОЖИТЕЛЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ДОБАС!СИ= 1

X Т МОКРОГО Т СУХОГО ВЛАЖНОСТЬ Т ППАСТИН1.1

0 52. 2S26 40 100 36. 4 i 2V.4

2 31. 27787 ЗБ. 418Б9 100 33. 26774

4 30. 45771 37. 5364 100 32. "35С97

6 29. 65458 • 36. 70936 100 31. 52 / «Г- 7

S 2В. 07В11 35. 89259 100 . 30. 73217

10 • 28. 13651 3*J. 07759 100 29. 95285

12 27. 43761 34. 26433 100 27. 17172

14 26. 79934 33. 45557 99.70029 • 4546В

16 26. 22953 32. 65534 99.11374 27. 74923

13 25. 74612 31. 86855 98.03147 "27. 08363

20 25. ЗА754 3) . 10074 96.57065 4661U

22 25. 11311 30. 35712 74.49524 23« G77i.ll

24 24. 96079 29. 62692 91.61728 Zí-it» 26307

26 26. 7789S 26. 77898 84.02227 2". 79521

ВЛАЖНОСТЬ НА ВЫХОДЕ^ 54.02227 V. ГЛУБИНА ОХ Л АЖ ДЕНИЛ- 13.22102

УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД МАССЫ НА УСТАНОВКЕ, КГ/ЧАС/КВ.И = .4075617 ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕПЬИОСГЬ УСТАНОВКИ, ВТ= 1615.902 ЧАСОВОЙ РАСХОД МАССЫ НА УСТАНОВКЕ, КГ/ЧАС = 2.56377

где V - скорость потока в канале, Ь - сечение канала, Ъ - длина пластин насадки.

Потеря давления при внезапном сужении определяется формулой:

р-У2

ЛРс = £о-------

2

где

£с = 5,6-Ре-0'4 - 0,12 + [ 0,6 - )-0,5,

То/Ту - отношение площади проходного сечения насадки к площади сечения участка перед входом в нее.

Потеря давления при внезапном расширении определяется формулой:

р-У2 2 ДРГ = Ср-—— ,

где

/■ о о 427 . , Ро ,

£р = ЕХР| -117-10 9-Не2----] + ( 0,5 - ---- -1,6 .

1 Не ) ^

Кроме перечисленных потерь давления в работе аппроксимируются табличные данные сопротивлений при поворотах и при прохождении решеток.

Суммируя потери давления в воздуховодном тракте охладителя, мы можем получить зависимость этой потери от скорости или от расхода воздуха: ДР = ГИО.

С другой стороны, любой фиксированный вентиляторный блок обладает зависимостью напора от расхода: ДР = Гг(С). Приравнивая левые части полученных зависимостей, получаем трансцендентное уравнение для определения расхода воздуха при выбраьой геометрии насадки. После этого мы можем просчитать динамику изменения температуры и влажности по длине насадки охладителя. Установлено, что основным геометрическим параметром насадки, влияющем на ее сопротивление, является сечение каналов ( см. рис. 6 ).

При фиксированных' геометрических ризмерах насадки можно определить оптимальное сечение каналов, при котором холодопроиэ-водительность установки Судет максимальна ( см. рис. 7 ).

В качеств« силовых блоков боле« предпочтительны высоконапорные вентиляторы, которые работают на всасывание потоков воздуха, так как они осуществляют более равномерное иоле скоростей. Для охладителей типа РКП выгодно использование двухко-нсольных выооконапор'шх вентиляторов, позволяющих осуществлять более равномерною подачу обрабатываемого воздуха в испарительную насада.,. Для гарснтироьапного расхода вспомогательного потока воздуха при регенеративной схеме охлаждения также рекомендуется установка крыльчаток, работающих на его всасывание.

В шестом разделе представлена реализация разработанных ь работе методов. Там я» даючся рекомендации к конструированию воздухоохладителей для кабин мобильных сниьскохозяйстьеннык машин и расчитывается социально-экономический зФ1»кт от их установки в тракторных кабинах.

Выбор указанных оптимальных геометрических параметров ;:]«>--водится по следующему алгоритму.

1. Сначала фиксируются неизменяемые геометрические параметры испарительной насадки. К ним мы относим ее ширину, которая лимитируется возможностью установки воздухоохладителя в охлаждаемом объеме, а также высоту,, которая ограничена возможностями "фитильного эффекта" при нижнем подводе влаги.

2. Затем при некотором технологически кин.-шльном г-'иачении сечения каналов насадки и максимально козмотк-й длине пластин, которая также лимитируется возможность и установки Есмдугодла-дитоля к охлаждаемом объеме, определяются ее полное аэродинамическое сопротивление, которое является функшдеЗ от расхода воздуха.

3. С учетом напорных характеристик &эн!илят.".рн ;лэ блока решением трансцендентного уравнения определяется рчсход воздуха. Если точка, соответствующая тому расходу .1 (¿акопмялт.' возможной глубинэ охлаждения, попадает в фезовун плоскость кондиционера, го по программе, аналогичной программа прямого испарения расчитывается динамика изменения температуры и относительной влажности по длине пластины. Если полное насыщение потока

Др, Яа

lbU

l-.l'J J Ol»

j au í.i i> Jon

зо — о .ч

I'iJI: . 6 .

- «

i. i

1 . 3

i .s

1 .7

1 .15

hx JO fu

Заj'iiriîfioiM i с&л:>гг»>лл(!11»п ¡исзлии or гачсшт tcan¿itniíi и прямом оу.пажд«*1*ии

Длина nílJtiHilli - Cl, J. м ; I Щ'И л опт int miiï

IKiUHtilt " О , ti M, Uüp-rnHälltHtlH pjlHt!«' - О , liVtl ь ;

xi)'iiKïci>HciHiia Bi!tiiHJmiü]Va: p — Xti-J t;-^ ~ iibO U^. Ont ncintiioc сечение канала - h "(!,0П13 и

i: uni

i л IÜ

t .'ПО о-

I J1IÚ

jyoo

у / / ¿1

/ /

1

V

1J on

О .9 1 . J .3 J .S 1.7

l*Hc: .V. 3tv«4t'HHocïl» voinj до ирих:* unttnit мьмостм e r сечения Hai: ,\j4íti. X - 11Г-;Ш0С, ф f| "MtiX; Ь - tf.--<HJ°D, Vp ,,-<11!/: .

i .<> ti>i ilT' 3(

парами влаги происходит раньше достижения конца насадки, то длина пластин корректируется и мы возвращаемся к пункту 2 данного алгоритма. Это происходит до тех пор, пока юо % влажность не станет достигаться в конце насадки. Если точка не попадает ь Фазовую плоскость кондиционера, то сечение канала увеличивается и мы переходим к пункту 2.

4. Определяются расход воздуха, материалоемкость испарительной насадки и другие необходимые величины.

5; Значение сечения канала увеличивается и мы переходим к пункту 2.

в. Блок программы останавливается, когда при достаточно большом сечении канала воздух не полностью насыщается паром при максимально возможной длине пластины.

7. Далее, в силу определенного критерия качества, к которому могут относиться минимизация энергозатрат, материалоемкости испарительной насацки или некоторого другого показателя, диктуемого конкретной задачей, выбираются те геометрические размеры, которые дают минимум одной из указанных величин.

Отметим, что если критерием качества является материалоемкость испарительной насадки, то она просчитывается по описанному алгоритму также при минимальном расходе воздуха, выбранном из криволинейной трапеции, при температурах на выходе из воздухоохладителя более высоких, чем минимально возможная.

Если критерием качества является минимизация энергозатрат, то очевидно, что наилучшим режимом работы является воздухоохладитель, параметры которого соответствуют точке минимально но:1-можного расхода воздуха на фазовой плоскости кондиционера. Зг:н течка, естественно, соответствует максимальной глубине охлаждения .

В шестом разделе устанавливается также, что применение в пакетах пластин новых материалов, имеющих капиллярно-пористую структуру и одновременно обладающих высокой теплопроводностью существенно изменяет характер испарения влаги в сторону явной интенсификации, вследствие чего не изменяя эффективности установки можно уменьшить площадь испарительной насадки. Кроме того, оно дает возможность рр?ко уменьшить поперечное термическое сопротивление, увеличить жесткость и прочность пласт/ч и обеспечить

-30-

идентичность каналов в пакете.

Проведен расчет экономического эф1»жта на основе сравнения средник экономических показателей работы трактора Т-28Х4М с воздухоохладителем "СНМ-1" и "ТО 2-2:1", схема которого приведена на рис. 8. Расчитывается, что эксплуатация тракторов, оснащенных воздухоохладителем "ТО 2-2:1" по сравнению с установкой "СИМ-!" дает народнохозяйственный аффект на один трактор, равний 2,6 % от его себестоимости. Кроме того, так как охладитель "ТО 2-2:1" имеет большую степень эффективности, которая позволяет ему создавать в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин регламентируемые температурно-влажностные параметры даже в экстремальных погодных условиях, несомненен его вполне определенный социальный эффект.

В заключении нам представляется целесообразным проанализировать результаты, полуденные при решении поставленных, в нечале работы задач исследования.

Эти результаты можно сформулировать в виде следующих общи? выводов. '

1. Введено понятие Фазовой плоскости характеристик кондиционера, связывающей расхода воздуха и глубину его охлаждений-Доказано, что для создания регламентируемой температуры в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин режимы работы охладителя необходимо выбирать из вполне определенной области, конфигурация которой зависит от типа охладителя, регламентируемы: условий, конструкции кабины и теплопоступлений.

2. Предложен метод теоретического расчета работы охладителей водоиспарительного типа для кабин мобильных сельскохозяйственных машин, основанный на моделировании физических процессов I помощью уравнений баланса тепла и состояния влажного воздуха. ( помощью этого метода определяются необходимые параметры силозы: вентиляторных блоков кондиционеров, которые позволяют создать : кабинах маши регламентируемые температурно-влажностныв парамет ры, а также соотношения между основным и вспомогательным потока ми воздуха для достижения оптимальной эффективности работы охла дителей косвенного принципа действия.

3. Построены математические модели, представляющие собо см-ч'.'нгкые задачи для систем уравнений с частными производным

параболического типа, описывающие совместные процессе тепло-массопереноса, протекающие в испарительных насадках во..1 "испарительных охладителей различных типов. Обоснованы возможнаоти применения более удобных для численной реализации математических моделей, представляющих собой замкнутые системы обыкновенных дифференциальных уравнений.

4. Для исследования динамики изменения температурно-влажностного состояшн воздуха в охладителях водоиспарительного тина предложены и реализованы как известные численные методы решения этих математических моделей, основанные на неявных разностных схемах для уравнений параболического типа, так и оригинальные итерационные алгоритмы.

5. Выявлены зависимости эффективности работы охладителей от различных факторов, к которым относятся кок тсмггера-урно-влакностные характеристики обрабатываемого воздуха, так и основные конструктивные характеристики охладителей кабин сельскохозяйственных малин. 3\'И зависимости позволит' прогнозировать качество работы кондиционера при выборе его расходных и геометрических параметров.

6. Предложен метод оптимизации геометрических параметров охладителей кабин мобильных машин установок, основанный на определении расхода воздуха при фиксированных силовых вентиляторных блоках с известными расходно-напорными характеристиками. Этот метод предлагает построение нелинейных функциональных зависимостей, атгрокоимируюищ справочные данные, евнзывамзде потери давления в основных конструктивных элементах ьоодухогодного тракта охладителя со скоростью потоков воздуха. С поноиьк »тих зависимостей может быть определен расход воздуха как функция от геометрических параметров насадки охладителя.

7. Доказано, что математические модели, помволпь^о выбрать оптимальные параметры воздухоохладителей, способсих создать в кабинах мобильных свльскохозяЯстэннкх: маши;? рвглгмвиа'рубмив температурно-влакностные параметры, долшш основываться не только на балансовых уравнениях, а включать в себя уравнения состояния влажного воздуха, системы уравнений топло-ыассоперепооа в каналах испарительноЯ насадки а математические модели полного аэродинамического сопротивления воздуховодах трактоз о учетом

нвисричх характеристик конкретных силовых вентиляторных блоков, что цодт^^да«!' высказанную в начало работы ньучм'у*> гшютзу.

8. Разработан системные подход к оОисноганию параметров рнбс '¡ь хоохладит^лиП дхн досхижгшм регламентируемых т«мив-ратул и Пл-икноот-ьй ь кабинах малин, основными алемныами которого к-.'ЛлУН:Ч1

—режимов работы охладителей, иаьи-зящих от конструкций кабины внешних факторов;

— гЫ-ОО СЛЛиЬаХ вентиляторных бл^хв;

--{¡.¡■•-•ч.'зт и оптимизация геометрических параметров конструкции.

9. Прчтдполвник? н работа алгоритм в.ибора параметров Позволил создать олнтыю образ;;» Еюдоиепаратв.иных воздухоохладителей р1Гона?эгипко.-о принцип«. действия для 'гршстирннх кабин., которые грй .'К'мих полевых испытаниях б районе Ташкента кроме установленного СОЦИ^.СЬНО-аКОНОМИЧЬСКОГО 1*МыКТ* позволили достичь ь г-."пне р&кторь Т-&8Х4М температур!! 31-33 °с ири относительной ;ит.-глс-сгй Г0-[:.5 ^сведенные испытании ногазали «риииущества Ь'''Ног,:у;![У.В'!ИИЯ при наличие предварительного модедироианин работу ожсымх у зло г. установки с нельм оптимизации ее геометрических г паохоцных параметров.

/0. Доказано, что охладители видотчшрт^мьного принципа д-л.;>!.:чя ь сравнении с сущьствуадимй Фреоновыми кондиционерами Сол-;- просты по конструкции, не требуют кшимфиниронаииого обс-лууиклмя в акеппуатации, для их изготовления не нукни дефицнт-ше дотррделк, <;ни экологически бозвр«дны, имеют низкую потребляемую мощность, саморогулируемы по эффективности охлаждения в , зависимости от ьнеаших условий.

II. Подтверждается, что указанный подход к создании оптимальных конструкций воздухоохладителей водоиенарительного типа, при проектировании которых используются результаты проведенного обоснования*выбора их параметров, позволяют создать в кабинах регламентируемые параметры воздуха, улучшить условия и увеличить тюийводителыюсть труда операторов мобильных сельскохозяйственных машин на %.

СПИСОК OCHDBFHX ПШИКАЩЙ

1. А. с. СССР, 1632Я06, Кл. ч 60 Н П/06. Цен гробе таый вентилятор для транспортного средстгя ( ССС" ).- 4Р7033Я/а1-1!; Заявлено 30.03.-8?; Огубл. О".03.91, Бюл. .*Э.- ?. е.: ил. (соаз-торн Галкин F.A., Журавен Ч.Б. и др).

2. А. с. СССР, 1729834, Кл. В СО К 3/02. Охлад/тель воздуха ( СССР ).- * 4767667/21-11; Заявлено 12.12.8?; Опубл. 30. 04.92, Бюп. >У6.- 4 е.: ил. (соавторы Галкин S.A., Журяьяц И.п. и др).

3. К вопросу о моделировании противоточных охладителей водоиепарительного типа /./ Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Понтрягинские чтения-5", Воронеж,- 1994.- С. 153.

4. Математическое моделирование процессов "ошю- маосопе-реноса в охладителе водоиепарительного типа // ¿.остикения- агр»р-ной науки - стабилизации сельскохозяйственного производства: Сб. научных трудов / Воронек. гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1991. С. 119 ( соавтор Фатеев В.И. ).

5. Моделирование теплообмена в ограниченном объеме применительно к кабине мобильного энергетического средства // Боронен;. гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1989.- 16 е.: ил.- Рус.- Деп. в ВНШТЭИтракторсельхозмаш 28.03.39 № 1140-тс89 ( соавторы ;"у-равец И.Б., Миллер A.A.).

6. Нормализация температурно-влажностных параметров в кабинах мобильных машин // Повышение эксплуатационной эффективности тракторов и сельскохозяйственных машин.- Воронеж, гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1994.- С. 77-82.

7. О выборе оптимальных параметров водоиспарительчых конди ционеров /7 Тезисы докладов Всероссийской нвучкой ксн^эренпуи "Современные проблемы механики и математической Физики".- Воронеж.- 1994.- С. 109.

8. О гиперболических системах с двумя плоскостями особенностей // ДАН СССР.- 1978.- Т. 242.- № I.- С. 56-59.

9. О закономерностях влагопоглощения древесных материалов // Известия вузов. Строительство и архитектура.- 198В,- И 4.~ С. 12-15 ( соавтор Огарков Б.И. ).

10. О некоторых вырождающихся системах первого порядка в

областях с характеристической частью границы // ДАН СССР.-1982,- Т. 262.- № 6.- С. 1332-1335.

11. О перераспределении потоков воздуха в водоиспарительных воздухоохладителях косвенного принципа действия // Водоснабжение и санитарная техника.- 1994.- №10.- С. 21-25.

12. О пластинах в воздухоиспарительных охладителях воздуха // Тезисы докладов X Всесоюзной теплофизической школы, Тамбов 1990.- С. 106 ( соавторы Журавец К.Б., Галкин Е.А.).

13. О характеристиках косвенно-испарительных охладителей кабин мобильных машин // Тракторы и сельхозмашины.- 1994.- Л II.

- С 24-30.

14. Об одной краевой задаче для сингулярных операторов нечетного порядка // Некоторые вопросы качественной теории дифференциальных уравнений и управления движением: Межвузовский сб. науч. тр. - Саранск, 1980.- С. 66-69.

1Б. Об одной краевой задаче для сингулярных симметрических систем нечетного порядка // ДАН СССР.- 1979.- Т. 248.- № 4.-С. 006-809.

16. Об одной краевой задаче для сингулярных систем нечетного порядка в четверти пространства // Краевые задачи для нелинейных уравнений.- Ин-т математики СО АН СССР.- Новосибирск, 1982.- С. 151-153.

17. Определение температур основного и вспомогательного потоков воздуха в косвенных охладителях // Тезисы докладов X Всесоюзной теплофизической школы, Тамбов 1990.- С. 107 ( соавторы Журавец И.В., Галкин Е.А.).

18. Определение эффективности работы охладителей кабин сельскохозяйственных машин // Повышение эксплуатационной эффективности тракторов и сельскохозяйственных машин.- Воронеж, гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1994.- С. 72-77.

19. Охладитель воздуха для кабин мобильных энергетических средств // Тезисы докладов международной теплофизической школы, ТамДов, 1992.- С. 127-128 ( соавторы Журавец И.Б., Галкин Е.А.).

20. Охладитель воздуха тракторной кабины // Повышение эксплуатационных свойств с.-х. тракторов: Сб. научных трудов / Вороне*. гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1991.- С. 110-117 ( соавторы Хуравец И.Б., Галкин Е.А.).

21f Оценка эффективности работы охладителей кабин сельско-, хозяйственных машин // Тракторы и сельхозмашины.- 1994 .- № 8.-С. 28-32.

22. Применение высокотеплопрошдных пористых материалов в насадках водоиспарительных охладителей // Воронеж, гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1989.- 15 с.: ил.- Рус.- ,Цеп. в ВНММТЭИтрактор-сельхозмаш 12.08.91 JS 1243-тс91 ( соавторы Журавец И.Е., Овсянникова В.Ф. ).

23. Применение ггаристых металлов для испарительного охлаждения воздуха в кондиционерах// Достижения аграрной науки - стабилизации сельскохозяйственного производства: Сб. научных трудов / Вороне», гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, Т99ТС. 120 ( соавторы Журавец И.В., Галкин Е.А.).

24. Пути нормализации температурно-ьлажностных. пьрг ::тров в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин // Совершенствование технологий и технических средств для механизации процессов н растениеводстве.- Воронеж, гос. аграрн. ун-т,- Воронеж, 1993,-С. II2-II9.

25. Расчет геометрических параметров испарительных насадок воздухоохладителей // Информационные технологии и системы в учебном процессе и НИР.- Воронеж, гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1994.- С. 24-30.

26. Реализация магематйческоП модели противоточных нодоио-парительных охладителей воздуха // Информационные технологии и системы в учебном процессе и НИР.- Воронеж, гос. аграрн. ун-т.-Воронеж, 1994.- С. 78-93.

27. On huperbollc ays terns with two planets oi alJigularltlea // Soviet math. Dokl.- J978.- Vol. 19. - Ho. 5.- P. 1071-J075.

28. On boundary valua problem for singular sym-ROtrie ¡¡уя-teiiid oi odd order // Soviet math. Dokl.- 1979.- Yo* 20. - Ho. 5.- P. 1080-1084.

29. On some first order degenerate aysterns 1a domains with ohnracterlatlc part of the boundary // Soviet wath. Pok'.--

Vol. 25. - Ко. 1.- P. 258-261.