автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Подбор охлаждающих приборов плодоовощехранилищ с учетом динамики теплопритоков

Введение.

Глава 1. Анализ состояния вопроса.

1.1 Действующие методики определения тепловой нагрузки на холодильное оборудование.

1.2 Методы оценки времени охлаждения тел.

Глава 2. Аналитические исследования теплового состояния штабеля продукции.

2.1 Анализ влияния внешних факторов на время охлаждения штабеля.

2.2 Влияние теплофизических характеристик на время охлаждения штабеля.

2.3 Разработка математической зависимости длительности процесса охлаждения тела с внутренними источниками тепла, являющимися линейной функцией температуры.

Глава 3. Разработка методики подбора холодильного оборудования камер.

3.1 Разработка методики определения тепловой нагрузки.

3.2 Разработка методики подбора охлаждающих приборов.

Глава 4. Разработка методики подбора холодильного оборудования децентрализованной системы холодоснабжения.

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Проектирование холодильных установок агропромышленного комплекса в настоящее время основывается на методике расчета теплопритоков согласно "Рекомендациям по проектированию холодильных установок" "Гипрохолода" (1962 г.) [38] , "Рекомендациям по проектированию холодильных установок мясной и молочной промышленности" (1987 г.) [39] и технологическим инструкциям (например, НТП-6-73, ОНТП-6-80 и т.д.).

Основная роль в общей тепловой нагрузке на холодильное оборудование камер в плодоовощехранилищах принадлежит теплопритокам от продукта: теплоприток на охлаждение самого продукта, тары его упаковки и на отвод теплоты дыхания. Расчет этих теплопритоков ведется по зависимостям стационарного режима, в то время, когда в реалии процесс носит явно нестационарный характер. Особенно ощутимо это на низовых холодильниках, принимающих продукцию с поля или сада.

Между тем, многолетние исследования технологов, и в частности кафедры общей и холодильной технологии ЛТИХП (СПбГАХиПТ), свидетельствуют о том, что уложенный в штабеля продукт достигает технологически требуемой температуры за период в недели, а не за 24 часа, как диктует методика расчета теплопритоков. При этом проектные организации подбирают требуемую поверхность охлаждающих приборов, исходя из тепловой нагрузки режима охлаждения в этих двухфункциональных объектах.

Реальную оценку динамики температурного поля штабеля продукции и, соответственно, обоснованный выбор теплопередающей поверхности охлаждающих приборов, можно произвести лишь на основе анализа нестационарности процесса охлаждения штабеля продукции. Для решения поставленной задачи необходимо:

-оценка времени охлаждения штабеля плодоовощной продукции в зависимости от теплотехнических свойств и интенсивности дыхания конкретного продукта;

-оптимизация работы охлаждающих приборов с учетом особенности эксплуатации камер плодоовощехранилищ.

Цель и задачи исследования. Целью проводимого исследования является модификация классических уравнений теплопроводности для негомогенного штабеля дышащей продукции и разработка на этой основе методики подбора охлаждающих приборов, гарантирующих поддержание требуемого технологического режима в камерах.

Основными задачами диссертационной работы являются: -анализ динамики температурного поля штабеля, как источника определяющей статьи тепловой нагрузки на холодильное оборудование;

-анализ динамики температуры воздуха камеры в период загрузки с целью обоснования применимости того или иного способа охлаждения.

Научная новизна. Она может быть сформулирована следующим образом: "Разработка методики проектирования охлаждающих приборов плодоовощехранилищ, учитывающей их технологические особенности.".

Основные положения диссертации, научная новизна которых защищается: -анализ влияния внешних и внутренних факторов на вход в режим штабеля дышащей продукции;

-анализ влияния нестационарности процесса холодильной обработки продукта на обоснованность подбора теплообменной поверхности охлаждающих приборов.

Практическая ценность работы. Разработка методики расчета теплопритоков, учитывающей их нестационарность, позволяет проектировать 5 камеры плодоовощехранилищ, в которых теплообменная поверхность охлаждающих приборов гарантирует поддержание температуры воздуха в технологически допустимых пределах при минимальных капитальных затратах.

Заключение.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1 .Предложено аналитическое решение задачи охлаждения параллелепипеда с внутренними источниками теплоты, являющимися линейными функциями температуры тела.

2.Доказано, что время охлаждения штабеля плодоовощной продукции массой 10 и более тонн составляет не менее 400 часов, что делает физически неверным расчет теплопритока от продукта по зависимостям стационарного режима.

3.Разработана методика подбора охлаждающих приборов камер плодоовощехранилищ, позволяющая учитывать изменение тепловой нагрузки во времени.

4.Показано, то использование предложенной методики позволяет в большинстве случаев многофакторной задачи подбора холодильного оборудования снижать капитальные затраты на 20-70%, при примерно равных эксплуатационных затратах и максимально допустимых отклонениях технологически требуемой температуры воздуха камеры.

1. Алямовский И.Г. Охлаждение пищевых продуктов. Дис. . к.т.н.-Л.,1964.

2. Алямовский И.Г. Теплообмен при охлаждении и хранении плодов и овощей.-Холодильная техника, 1975, № 5, с. 29-30.

3. Боголюбов В.З. Теплопередача в дисперсном слое (теплопроводность почвы).- Всесоюзная академия сельскохозяйственных наук им. В.И. Ленина.-Сборник работ по агропромышленной физике. Вып. 3,- М.: М.Огиз.-Сельхозгиз, 1941.

4. Бражников A.M., Малковский Ю.В., Фешин А.П. Исследования процесса воздухообмена в дверных проемах холодильных камер,- Холодильная техника, 1984, № 10, с. 40-49.

5. Быков A.B. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин,- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.-248 с.

6. Быков A.B. Холод в рыбной и пищевой промышленности,- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1976,- 224 с.

7. Волкинд И.Л., Лобанова Л.С. Применение активного вентилтрования при хранении плодов и овощей.- М.: Колос, 1971.- 48 с.

8. Гиндоян А.Г., Грушко В.Я., Дуранов Е.Ф. Расчет мощности обогрева грунта основания холодильниковв в области температурного воздействия колонн,- В кн.: Труды ЦНИИпромзданий, вып. 7,1976,- с 88-107.

9. Гоголин A.A. О наружном теплообмене пластинчатых поверхностей.-Хододильная техника, 1969, № 12, с. 23-28.

10. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов.-Л.: Энергия, 1974,- 264 с.

11. Жадан В.З. Влагообмен в плодоовощехранилшцах.-М.: Агропромиздат, 1985.-197с.

12. Жадан B.3. Теоретические основы кондиционирования воздуха при хранении сочного растительного сырья. -М.: Пищевая промышленность, 1976.

13. Жадан В.З. Теплофизические основы хранения сочного растительного сырья на пищевых предприятиях.- М.: Пищевая промышленность, 1976.

14. Забодалова Л.А., Калюнов B.C., Олейник В.В., Филиппов В.И., Эглит А .Я. Рекомендации rio проектированию холодильных установок пищевых производств малых объемов,- С-Петербург- Владивосток, 1996.

15. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача.-М.: " Энергия, 1975.-486 с.

16. Исследование лежкоспособности и условий хранения картофеля, моркови и яблок зимних сортов. Отчет по научно-исследовательской работе. Тема №344. Инв. №№ 656841, 740178. Руковод. Березко А.В.-Л., 1977.

17. Карслоу Х.С., Егер Д.К. Теплопроводность твердых тел .-М.: Наука,1964.

18. Коган Б.Н. О проектировании систем охлаждения для плодоовощехранилищ.- Холодильная техника, 1983, № 6, с13-18.

19. Коган Б.Н. Проблемы проетирования холодильных установок для крупных плодоовощехоранилищ.- Холодильная техника, 1982, №10, с. 5-9.

20. Куприн Д.А. Определение интенсивности тепловыделений при хранении растительных продуктов.- Холодильная техника, 1980, № 7, с.30-32.

21. Куприн Д.А., Евреинова B.C., Сергеев A.M. Влияние воздухораспределения на температурно-влажностный режим в камерах хранения растительных продуктов,- Холодильная техника, 1978, № 4, с.30-32.

22. Курылев Е.С., Герасимов H.A. Примеры, Расчеты и лабораторные работы по холодильным установкам.- JL: Машиностроение, 1971, 187 с.

23. Курылев Е.С., Герасимов H.A. Холодильные установки.- Л.: Машиностроение, 1980.

24. Лыков A.B. Тепломассообмен,- М.: Энергия, 1972.

25. Лыков A.B. Теория теплопроводности.- М.: Высшая школа, 1966.

26. Метлицкий Л.В. Основы боихимии и технология хранения картофеля М.: Колос, 1972.

27. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи М.: Энергия,1973.

28. Моисеева H.A., Высоцкая О.М. Технологические вопросы проектирования и эксплуатации холодильников, строящихся в районах выращивания фруктов Холодильная техника, 1972, № 6, с. 13-16.

29. Общесоюзные нормы технологического проектирования зданий и сооружений для хранения и обработки картофеля и овощей (ОНТП-6-80).-М., 1981.

30. Пастольски Я., Груда 3. Замораживание пищевых продуктов.- М.: Пищевая промышленность, 1978.

31. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчет теплового режима твердых тел.-JL: Энергия, 1976.

32. Разработка и внедрение методов хранения и контроля качества картофеля, овощей и продовольствия. Отчет по научно-исследовательской работе. Тема № 649. Инв № 0285. 0008008 Руковод. Колодязная B.C., Л., 1985.

33. Разработка и совершенствование режимов и техники хранения картофеля и овощей. Отчет по научно-исследовательской работе. Тема №230. Инв №№ Б 433918, Б 544353, Б 576862. Руковод. Березко В.А., Л., 1976.

34. Разработка и совершенствование режимов и техники хранения картофеля и овощей. Отчет по научно-исследовательской работе.Тема №127. Инв. № 5221035. Руковод. Иванов В.И., Л., 1975.

35. Разработка норм естественной убыли картофеля, моркови и капусты в хранилищах №№ 34, 46 Калининской МРБ г. Ленинграда. Отчет по научно' исследовательской работе. Тема № 47. Инв. № 0291004365. Руковод.1. Колодязная В.С.-Л., 1991.

36. Рекомендации по проектированию холодильных установок. -М.: ВНИХИ, 1962.-95 с.

37. Рекомендации по проектированию холодильных установок мясной и молочной промышленности,- М.: ВНИКТИХолодпром, 1987.-116 с.

38. Рой Дж. Доссат Основы холодильной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.-516 с.

39. Скорикова Ю.Г., Яковлева Л.А., Гаврилишина Л.И. Хранение белокачанной капусты. -М.: ЦНИИТЭИпищепром, вып.5, 1980.

40. СНиП 2.11.02-87. Холодильники. М.: Стройиздат, 1987.-32 с.

41. СНиН 11-3-79 Строительная теплотехника.-М.: Стройиздат, 1979.- 32с.

42. Теплофизические характеристики пищевых продуктов и материалов. Гинзбург A.C. и др.- М.: Пищевая промышленность, 1975.

43. Файнзильберг Е.Я. Эксперементальное исследование охлаждающих систем холодильников-фруктохранилищ. Автореф. Дис. . к.т.н.- Одесса, 1970.

44. Фикиин А., Фикиина И. Теплообмен и продолжительность процесса охлаждения пищевых продуктов.- Холодильная техника, 1972, № 2.

45. Цвиговский Г.К., Чепуренко В.П. Расчет продолжительности снижения температуры груза в рефрежираторных трюмах.- Холодильная техника, 1980, № 10, с. 19-23.

46. Цинман М.М., Янюк В.Я. Холодильники для фруктов.-М.: Пищевая промышленность, 1969.

47. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсионных материалов,- М.: Физматгиз, 1962,- 456 с.

48. Чумак И.Г. Исследование охлаждающих систем производственных холодильников. Дис. . д.т.н.- Одесса, 1970.

49. Чумак И.Г., Чепуренко В.П., Чуглин С.Г. Холодильные установки.-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, 344 с.

50. Чумак И.Г., Шишкина Н.С., Кочетов В.П. Перспективы применения предварительного охлаждения плодов и овощей для снижения их потерь в послеуборочный период. Выпуск 11. -М.: Пищевая промышленность, 1981.

51. Чумак И.Г., Мурашов B.C. Определение геометрических размеров и гидравлического сопротивления штабеля для камер хранения пищевых продуктов. Теплообмен в камерах термической обработки холодильников.-М.: Пищевая промышленность, 1969.

52. Чумак И.Г., Файнзильберг Е.Я. Равновесная температура и относительная влажность воздуха в камерах фруктохранилищ. В сб. Холодильная техника и технология, 1968, № 6,- Киев, Техника.

53. Шавра В.М. Малые фреоновые воздухоохладители,- Холодильная техника, 1965, №5, с. 20-22.

54. Эглит А.Я., Грязев A.C. Особенности подбора холодильного оборудования овощехранилищ,- В сб.: Холодильные машины и системы низкопотенциальной энергетики,- СПб.-1997-1998,- с.79-80.

55. Эглит А.Я., Грязев A.C. Проблемы оценки времени охлаждения штабеля груза-В сб.: Совершенствование процессов и оборудования низкотемпературной техники и пищевых технологий,- СПб.- 1998.

56. Эглит А.Я., Грязев A.C., Ракова Т.В. Проблемы проектирования охлаждающих приборов камер плодоовощехранилищ,- Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. "Ресурсосберегающие технологии пищевых производств",- СПб.- 1998,- с.229-230.

57. Эглит А.Я., Карпухин Г.В., Грязев A.C. Аналитическое решение уравнения нестационарной теплопроводности "дышащего" штабеля. В сб.: Холодильные машины и системы низкопотенциальной энергетики. - СПб.-1997-1998,- с.58-59.

58. Эглит А.Я. Разработка основ проектирования охлаждаемых объектов с учетом нестационарных процессов. Дис. . д.т.н.-СПб, 1998.

59. Явнель Б.К. Влияние инея на теплопередачу и аэродинамическое сопротивление воздухоохладителей. Холодильная техника, 1970, № 9, с.20-29.

60. Явнель Б.К. Влияние инея на теплопередачу ребер. Холодильная техника, 1969, № 9, с23-26.

61. Явнель Б.К. Исследование коэффициентов тепло- и массообмена продольно обтекаемой пластины при иниеобразовании. Холодильная техника,1968, № 12, с24-28.

62. Явнель Б.К. О теплопередаче через слой инея. Холодильная техника,1969, №5, с. 22-25.

63. Яковлев H.H., Шаповаленко М.М. Изотермический подвижной состав.-М.: Транспорт, 1972.-236 с.116

64. Ginsburg Z. Etal- Rep XV International congress refrigeration, Venecia, 1979, 2-143.

65. Gozini F. . Etal- S.P.A. Termomecanica Italiana, 1978, 9 s.

66. Harvey J.M. Etal- Rep XV International congress refrigeration, Venecia, 1979, 2-24.

67. Manzini A., Gozini F. Frutticoltura, 1979, XLI, 2, 5.

68. Manzini A. Etal- Rep XV International congress refrigeration, Venecia, 1979, 2-40.

69. Maxwell J.C. A treatise on electricity and magnetism. Vol. 1 (N.Y.) Dover Publications, Inc. 1954.

70. H. F. Th. Meffert Temperature control of a heat generating bood. IIR.1. Annexe, 1969, 3.

71. Saray T., Almasi E. Rep XV International congress refrigeration, Venecia, 1979,2-65.

72. Tchumak I.G. Heat and moisture exchange in fruit storage rooms. IIR, Annexe, 1970, 3.

73. Vries D.A. The thermal conductivity of granular materials. IIF, Paris, 1955.