автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Повышение энергоэффективности ИК-дымогенератора на основе применения методов количественной термографии

На правах рукописи УДК 664.951.3 : 621.384.3 (043.3)

АЛЛОЯРОВ КОНСТАНТИН БОРИСОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ИК-ДЫМОГЕНЕРАТОРА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ТЕРМОГРАФИИ

05.18.12 -Процессы и аппараты пищевых производств 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

4858087

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ОПТ 2011

Мурманск-2011

4858087

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ")

Научные руководители:

кандидат технических наук, доцент Шокина Юлия Валерьевна доктор технических наук, профессор Власов Анатолий Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Щеренко Александр Павлович доктор технических наук, профессор Беззубцева Марина Михайловна

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

Защита диссертации состоится "03" ноября 2011 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 307.009.02 при Мурманском государственном техническом университете по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, 13.

С диссертацией можно ознакомиться и в библиотеке Мурманского государственного технического университета.

Автореферат размещен на сайте http://www.mstu.edu.ru "26" сентября 2011 г. и разослан ,!|0" ОЧ 2011 г.

Отзывы на автореферат направлять по адресу 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, 13.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, профессор И.Н. Коновалова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Стратегической целью развития отечественного рыбохозяйственного комплекса (РХК), сформулированной в принятой 30.03.2009 г. Федеральным агентством по рыболовству "Концепции развития рыбохозяйственного комплекса РФ" (Концепции), является достижение к 2020 году уровня экономического и социального развития рыбного хозяйства, соответствующего статусу России как ведущей мировой державы, занимающей передовые позиции в глобальной экономической конкуренции.

Для этого необходимо формирование инновационной системы в РХК, включающей гибко реагирующие на экономические запросы инжиниринговые услуги, в том числе энергоаудит; формирование научно-технологического комплекса, обеспечивающего достижение лидерства в научных исследованиях и технологиях, и на этой основе встраивание России в глобальный оборот высокотехнологичной продукции и технологий; создание новых энергосберегающих технологий добычи, глубокой и комплексной переработки сырья; развитие производства отечественного рыбоперерабатывающего оборудования.

Составной частью инновационного развития отечественного агропромышленного комплекса, в том числе РЖ, является повышение энергетической эффективности технологических процессов и оборудования пищевой промышленности в соответствии с Федеральным законом РФ № 261 от 23.11.2009 г. "Об энергосбережении и повышении энергоэффективности".

По данным маркетингового агентства РБК в 2010 году кулинарные изделия из рыбы занимали в натуральном выражении 33 % объема рынка рыбной продукции, из них пятая часть приходилась на копченую рыбу. В связи с популярностью копченой продукции многие рыбоперерабатывающие предприятия переориентируются на разработку и внедрение технологий изготовления копченых продуктов. При этом для получения коптильного дыма в большинстве случаев эксплуатируются дымогенераторы с внутренним теплообразованием, характеризующиеся низкой энергоэффективностью и высокой степенью зараженности получаемого дыма соединениями, обладающими канцерогенным и мутагенным действием типа 3,4-бенз(а)пирена. Потребность предприятий в современной технике для получения функциональных и безопасных дымовых коптильных сред удовлетворена не более чем на 50 %. Требованиям к качеству и безопасности коптильных дымов соответствует не более 35 % активно эксплуатируемых дымогенераторов.

С целью реализации приоритетных задач Концепции на кафедре технологий пищевых производств (ТПП) МГТУ в рамках госбюджетной темы "Разработка малооперационных технологических процессов получения соленых, сушеных и копченых изделий из водного сырья" разработаны способ получения коптильного дыма с использованием энергии ИК-излучения и устройство для его осуществления ИК-дымогенератор (ИК-ДГ).

Главным преимуществом ИК-ДГ является возможность получения дыма при температурах, не превышающих 400 °С, что намного ниже температурных "канцерогенных пиков" термического разложения древесины и гарантирует минимальный риск образования опасных для здоровья человека соединений. При этом получаемый в ИК-ДГ дым позволяет сформировать в продукции вкус и аромат традиционного копчения. Однако опытная и промышленная эксплуатация ИК-ДГ выявила ряд нерешенных проблем, среди которых основной является недостаточно высокий КПД.

В связи с этим важной задачей является разработка методов экспрессной оценки технического состояния и энергоэффективности подобных ды-могенераторов для определения и увеличения показателей надежности объектов электроснабжения, оценки величины сверхнормативных тепловых потерь. Актуальной является реализация системы эффективной эксплуатации энергетического оборудования с учетом его реального технического состояния; на первый план выходят методы диагностики, позволяющие проводить дистанционное обследование в процессе эксплуатации.

Подобному требованию отвечает тепловизионный метод, расширяющий возможности традиционных методов испытаний. Его применение позволяет обосновать, исследовать и разработать средства и методы повышения надежности и экономичности работы аппаратов, применяемых в сельскохозяйственном производстве при переработке продуктов и материалов.

Таким образом, разработка комплекса мер, направленных на повышение энергоэффекгивности ИК-ДГ, представляет актуальную проблему, отвечающую Концепции развития электрификации сельского хозяйства, разработанную в соответствии с "Основными положениями энергетической стратегии России на период до 2020 г.".

Цель и задачи исследований. Целью работы является совершенствование процесса дымообразования с ИК-энергоподводом путем повышения его энергоэффективности.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи: -исследование тепло- и влагопереноса в слое топлива различной удельной поверхности для разных условий внешнего и внутреннего теплообмена в ИК-ДГ;

- получение регрессионной зависимости, связывающей коэффициенты по-тенциалопроводности влагопереноса (ВП) и термовлагопереноса (ТВП) в слое топлива при дымогенерации с ИК-энергоподводом с ключевыми факторами, влияющими на температуру пиролиза и совершенствование на ее основе программного обеспечения прогнозного расчета температуры пиролиза в ИК-ДГ;

-обоснование и разработка нового метода оценки теплового состояния технологического оборудования на основе количественной термографии для применения его в целях повышения энергоэффективности и надежности;

-дистанционная оценка внешних тепловых потоков ИК-ДГ с использованием разработанного метода для различных режимов эксплуатации, обеспечивающих энергосбережение;

- разработка и анализ тепловой модели ИК-ДГ на основе метода электротепловой аналогии;

-разработка алгоритма повышения энергоэффективности эксплуатационных режимов дымогенерирующих устройств с ИК-энергоподводом;

-разработка и внедрение комплекса технических и технологических мер, обеспечивающих соблюдение энергосберегающих режимов эксплуатации ИК-ДГ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- исследованы процессы тепло- и влагопереноса в слое топлива при дымо-генерации с ИК-энергоподводом для различных условий внешнего и внутреннего теплообмена;

- определены коэффициенты потенциалопроводности ВП и ТВП для широкого диапазона насыпной плотности древесного топлива — опилок;

-получена регрессионная зависимость, связывающая коэффициенты потенциалопроводности ВП и ТВП с факторами, влияющими на температуру пиролиза;

-обоснован метод дистанционной оценки плотности теплового потока технологического оборудования на основе количественной термографии;

-научно обоснован и применен метод количественной термографии для повышения энергоэффективности ИК-ДГ путем оценки и оптимизации внешних и внутренних тепловых потоков;

- разработана тепловая модель участка внешнего корпуса ИК-ДГ на основе метода электротепло во й аналогии для выявления конструкционных недостатков и оценки энергосберегающих эксплуатационных режимов;

- научно обосновано моделирование внешнего и внутреннего теплообмена при дымогенерации с ИК-энергоподводом с целью повышения энергоэффективности.

Практическая значимость. По результатам исследований тепло- и мас-сообменных процессов в слое топлива в ИК-ДГ для разных условий внешнего и внутреннего теплообмена усовершенствована конструкция ИК-ДГ и повышена его энергетическая эффективность.

Усовершенствована методика прогнозного расчета температурных и влаж-ностных полей в слое топлива в процессе пиролиза при дымогенерации с ИК-энергоподводом и ее программное обеспечение, расширена область их применения.

Разработан и внедрен метод количественной термографии, позволивший оперативно оценить техническое состояние аппарата, разработать и реализовать комплекс технических и технологических мер, направленных на энергосбережение при дымогенерации с ИК-энергоподводом.

Разработана документация ИК-ДГ: техническое описание и инструкция по эксплуатации, паспорт.

Внедрение результатов работы осуществлялось на базе научно-производственной лаборатории СТППГ МГТУ, ООО "АРКТИК ПАК +", ЦИСП МГТУ. Результаты научных исследований используются в учебном процессе МГТУ.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования процессов тепло- и влагопереноса в слое топлива различной удельной поверхности при разных режимах дымогене-рации с ИК-энергоподводом, результаты экспериментального определения коэффициентов потенциалопроводности ВП и ТВП для широкого диапазона насыпной плотности топлива - древесных опилок.

2. Усовершенствованная методика прогнозного расчета температурных и влажностных полей в слое топлива в процессе пиролиза в ИК-ДГ и ее программное обеспечение.

3. Метод дистанционной оценки плотности теплового потока от нагретых поверхностей технологического оборудования на основе количественной термографии.

4. Алгоритм оценки тепловых потоков от нагретых поверхностей внешнего контура ИК-ДГ.

5. Тепловая модель участка внешнего контура ИК-ДГ, полученная методом электротепловой аналогии, для выявления конструктивных недостатков, тепловых потерь.

6. Комплекс технических и технологических мер, направленных на повышение надежности, энергоэффективности и безопасности ИК-ДГ.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на международных научно-технических конференциях "Наука и образование" (Мурманск, 2008-2011 гг.); на Международной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора Н. Н. Рулева, "Техника и технологии переработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья" (МГТУ, Мурманск, 2008 г.); на Международном семинаре "Освоение водных биологических ресурсов Арктики и международное сотрудничество" (Норвегия, г. Тромсё, барк "Седов", 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, - 4.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 147 наименований, и приложений.

Работа изложена на 156 стр., содержит 33 таблицы, 51 рисунок, 25 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, обозначены научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы положения, выносимые на защиту диссертации.

Глава 1. Рассмотрены современные аспекты дымогенераторной техники перспективы ее развития. Проведен сравнительный анализ энергоэффективности и уровня автоматизации дымогенераторов, используемых на предприятиях пищевой промышленности, а также анализ соответствия аппаратов современным требованиям качества и безопасности вырабатываемой коптильной среды. Обозначены основные проблемы текущего состояния дымогенераторной техники и процесса производства копченых продуктов в целом [5, 8]. По результатам анализа сделан вывод, что современные дымогене-раторы не в полной мере соответствуют актуальным требованиям энергосбережения, направленным на повышение энергоэффективности технологических процессов и оборудования рыбной промышленности РФ [2].

Показано, что существующие методы контроля недостаточно эффективно позволяют контролировать техническое состояние оборудования, тепловые режимы и потери с целью повышения его энергоэффективности, электро- и теплобезопасности.

Предложены новые методы исследования технического состояния тепловых аппаратов на основе количественной термографии.

Глава 2. Представлена методологическая схема эксперимента (рис. 1), приведена характеристика объектов и методов исследования. Эксперименты проводились в лаборатории СТППГ МГТУ, на кафедре ТПП МГТУ.

Объектом исследования являлся дымогенератор с ИК-энергоподводом ИК-ДГ. В качестве топлива в процессе дымообразования использовали опилки лиственных и выдержанных в течение полугода хвойных пород деревьев [1,4].

Влажность опилок и насыпную плотность определяли стандартным методом.

Коэффициент потенциалопроводности ВП определяли обратным методом из уравнения влагопроводности. Из системы уравнений (1), составляющих модель процесса пиролиза топлива в ИК-ДГ, выводили уравнение тепло-переноса, при помощи которого рассчитывали коэффициент потенциалопроводности ТВП [1,4, 9].

'г дт д2т ги . , , ,

дх дх дх , (1)

ди „ д2и „ д2Г = —г+А—г

дх &г дх1

где Ср = сви^р™ +стр„„ - удельная теплоемкость смеси вода-опилки, теплоемкостью пара пренебрегали;

Сот ст р0„ - удельные теплоемкости воды и опилок и плотность опилок;

II - влажность опилок;

Я - коэффициент теплопроводности слоя древесных опилок, задан удельной поверхностью и влажностью; г - скрытая теплота парообразования;

а - коэффициент, определяющий долю участия процессов конденсации и парообразования;

\\>(х) - удельное поглощение тепла в слое опилок с координатой х, координата х отсчитывается от нижней границы опилок в сторону ИК-излучателя;

Д, - коэффициент потенциалопроводности ВП, характеризует перенос влаги в слое топлива за счет капиллярных явлений и адсорбции влаги на поверхности опилок;

Д - коэффициент потенциалопроводности ТВП в слое опилок; д(х) - энергия разложения древесины.

Рис. 1. Методологическая схема исследований

Оценку параметров распределения температурного поля поверхности ИК-ДГ проводили при помощи тепловизоров TESTO 875, AGA-782, пирометров CENTER 350 и AR852B [2, 7].

Тепловые потоки ИК-ДГ оценивали по разработанному методу количественной термографии.

Для повышения достоверности результатов, полученных на основе термографии, и обоснованности научных положений, результатов, выводов и рекомендаций совместно с тепловизионными испытаниями производились измерения температуры поверхности и величины тепловых потоков путем применения поверенных датчиков исследуемых величин (точечных пирометров, термопар, первичных преобразователей плотности теплового потока) по ГОСТ 25380 и ГОСТ 26254.

Испытания проводили при установившемся режиме работы ИК-ДГ. Диагностику поверхности производили под углом 90 ± 15 на расстояниях, позволяющих визуализировать тепловое поле поверхности на термограммах [2,7].

С целью оптимизации анализа тепловых полей при использовании пирометров или термопар, изучаемая поверхность была условно разделена на сетку, в узлах которой оценивалась температура на поверхности аппарата. Значения температуры, определяемые термопарами, автоматически регистрировались при помощи программных средств и встроенных регистраторов.

При тепловизионных испытаниях получены стандартные термограммы на основе программного обеспечения, входящего в комплект теплови-зионной техники: IRSoft и IR Report. Результаты, полученные при помощи точечных пирометров, обрабатывались в программе Statistica для построении стандартных термограмм, что позволяет расширить применимость более экономически доступных пирометров.

Для анализа процесса термограммы накладывали на трехмерную модель исследуемого аппарата, которая создавалась в программе Autocad [2,7].

Согласно разработанному методу, величина плотности теплового потока q, определяемая дистанционно на основе тепловизионных испытаний, рассчитывалась при помощи специальной программы ALNEW5. Данная программа позволяет произвести расчет значений q от поверхности путем дистанции-онного анализа теплового поля с учетом геометрических параметров объекта, материала поверхности, параметров окружающей среды [2, 7].

Для выявления конструктивных недостатков и выработки рекомендаций по их устранению разработана тепловая модель участка контура ИК-ДГ согласно методу электротепловой аналогии. Для этой цели аппарат условно разбивали на однородные по составу элементы определенных размеров, для которых рассчитывали термические сопротивления в трех плоскостях. Далее составлялась электрическая схема в программе моделирования NI Multisim.

Применение метода электротепловой аналогии позволило выявить участки конструкции с повышенной тепловой проводимостью и предложить мероприятия по совершенствованию конструкции.

Температуру генераторов излучения измеряли при помощи пирометров в четырех различных точках их поверхности. На основе этих данных производился расчет спектральной плотности энергетической светимости для найденной максимальной и средней температуры для широкого диапазона длин волн.

При оценке степени облученности топлива пользовались моделированием процесса излучения, которое проводили на трехмерной модели исследуемого аппарата в программе 3ds шах. В ходе моделирования учитывались геометрические особенности аппарата, оптические свойства поверхностей и характеристики генераторов ИК-излучения. По полученным данным строили диаграммы облученности в программе Mathcad.

Глава 3. Исследованы процессы тепло- и влагообмена в слое топлива с различной насыпной плотностью и толщиной от 4 до 12 см при дымоге-нерации с ИК-энергоподводом.

Ранними исследованиями установлены основные влияющие на тепло и массоперенос в слое топлива факторы и получена математическая модель процесса пиролиза топлива при ИК-дьтмогенерации, описываемая уравнением (1).

Перенос влаги в слое опилок осуществляется по трем основным механизмам: влагоперенос под действием разности влагосодержаний нижнего, увлажняемого водой или водяным паром, и поверхностного слоя опилок, а также термовлагоперенос влаги в виде жидкости и пара, вызванный градиентом температуры. Третий механизм представляет собой конвекционный вла-гообмен, протекающий в воздушных прослойках, образованных крупными пустотами между частицами опилок. Влагоперенос в слое опилок при дымо-генерации часто сопровождается конденсацией или испарением. Вошедшие в уравнения разработанной ранее модели термовлагопереноса в слое топлива коэффициенты потенциалопроводности ВП и ТВП установлены для слоя топлива толщиной 7 см опилок трех насыпных плотностей 104,118,154кг/м3 [1,4,9].

В целях расширения применимости модели и созданной на ее основе программы прогнозного расчета температурных и влажностных полей в слое топлива в процессе пиролиза проведены эксперименты по определению коэффициентов потенциалопроводности ВП и ТВП для слоев толщиной от 4 до 12 см для топлива различной насыпной плотности. В ходе экспериментов получены кривые кинетики увлажнения опилок и поля влагосодержания в слоях топлива различной толщины. Насыпная плотность для крупных опилок составляла 100 кг/м3, для средних - 117 кг/м3, для мелких - 134 кг/м3. На рис. 2, 3 представлены зависимости рассчитанных коэффициентов потенциалопроводности ВП и ТВП от основных влияющих факторов: толщины слоя и времени процесса [9].

По результатам экспериментов найдены регрессионные зависимости, связывающие коэффициенты потенциалопроводности ВП и ТВП с выбранными влияющими факторами: толщиной слоя XI, см, временем процесса Х2, ч и насыпной плотностью топлива ХЗ, кг/м3. Остальные влияющие факторы

(влажность топлива, расстояние до излучателей, мощность излучателей) оставались неизменными в ходе эксперимента [9].

а) б)

Рис. 2. Кривые зависимости коэффициента потенциалопроводности ВП а) от толщины слоя; б) от времени процесса

а) б)

Рис. 3. Кривые зависимости коэффициента потенциалопроводности ТЕШ а) от толщины слоя; б) от времени процесса

В результате математической обработки с использованием программы Datafit получены уравнения регрессии:

Yl = EXP (а*Х1 + b*X2 + с*ХЗ + d), м2/с, (2)

где а = 10,67±1,47; b = -0,331±0,055; с = 0,00572±0,00295; d = -16,54±0,66;

при р = 0,95. Значение критерия Фишера F = 36,76 (по таблице F-pacnpe-деления F= 1,92).

Y2 = EXP (а*Х1 + b*X2 + с*ХЗ + d), К2/с, (3)

гдеа = 3,9±1,31; Ь = 0,501±0,055; с = 0,00704±0,00263; с! = -16,69±0,36;

при р = 0,95. Значение критерия Фишера Р = 41,91 (по таблице Р-расп-ределения Б = 1,92).

Полученные выражения интегрированы в компьютерную программу прогнозного расчета температуры пиролиза топлива в ИК-ДГ. На рис. 4 представлен результат работы программы для топлива различной насыпной плотности и толщины слоя при начальной влажности опилок 35 % и 40 % избыточно-добавленной влаги.

Таким образом, подтверждена универсальность компьютерной программы расчета температурных и влажностных полей в слое топлива в процессе пиролиза, что упрощает решение задачи повышения энергоэффективности при сохранении безопасности коптильной среды.

а) б)

Рис. 4. Результаты работы программы а) распределение температуры по толщине слоя; б) влагосодержание в слое топлива

Глава 4. Представлено обоснование методик и способов применения тепловизионной техники в качестве аппаратного средства инженерного энергоаудита при определении показателей эффективного использования энергетических ресурсов технологических аппаратов и определении их технического состояния на основе дистанционной оценки величины тепловых потоков методом количественной термографии.

Обоснована возможность и разработан алгоритм применения метода количественной термографии для дистанционной оценки тепловых потоков при дымогенерации с ИК-энергоподводом.

На примере исследуемого дымогенератора показан алгоритм применения тепловизионной техники для анализа теплового состояния, устранения

конструктивных недостатков и повышения энергоэффективности технологического оборудования.

Подводимая за счет излучателей и экзотермической реакции пиролиза энергия расходуется на нагрев топлива, нагрев конструкции ИК-ДГ, часть энергии поглощается образующейся ДВС, оставшаяся часть затрачивается на испарение избыточно-добавленной влаги и влаги, содержащейся в топливе. Затраты энергии на нагрев конструкции аппарата и ДВС являются непроизводительными потерями.

С целью повышения энергоэффективности путем снижения теплопотерь в окружающую среду, а также для поиска зависимостей температурного поля на поверхности аппарата от температурного поля в рабочем объеме камеры дымогенерации исследовалось распределение температуры на поверхности ИК-ДГ на основании метода количественной термографии.

На рис. 5, 6 представлены результаты экспериментов по оценке температурных полей. Термограммы наложены на трехмерное изображение поверхности ИК-ДГ для лучшей визуализации.

Рис. 5. Изображение ИК-ДГ с наложением термограмм (тепловизор ТЕБТО)

Рис. 6. Изображение ИК-ДГ с наложением термограмм (пирометры)

При анализе термограмм выявлены типичные для подобного технологического оборудования недостатки конструкции:

• все внешние поверхности ИК-ДГ характеризуются неравномерным тепловым полем;

• температура локальных участков корпуса аппарата превышает 150 °С, что недопустимо с точки зрения безопасной эксплуатации;

• конструкционные дефекты, обуславливающие непроизводительные потери теплоты и ДВС.

Термографически исследовано температурное поле поверхности дымообразующего слоя топлива в верхней и нижней кассетах. На рис. 7 представлены три термограммы верхнего (дымообразующего) слоя нижней топливной кассеты, полученные при одинаковых режимах работы ИК-ДГ (выделены зоны с экстремально высокой температурой).

жм

müi^wS

/г

I

Ш >.<*<l» 4

Рис. 7. Термограммы дымообразующего слоя топлива нижней кассеты а) тепловизор AGA; б) пирометры; в) тепловизор TESTO

Установлено, что температура в участках локального перегрева не превышает значений, критических для канцерогенной безопасности вырабатываемой ДВС.

По результатам тепловизионной диагностики произведен расчет плотности тепловых потоков и суммарного теплого потока (рис. 8).

6

Из

X 8- I

Р| .00

I » 8

с « 8

В ^ 3-

Ну

,10 9

и

а)

б)

Рис. 8. Тепловые потоки от внешних поверхностей ИК-ДГ а) проценты указаны относительно суммарного теплового потока: б) проценты указаны относительно подведенной мощности

На основе разработанного метода экспериментально установлен суммарный тепловой поток от ИК-ДГ, который составляет около 52 % количества подводимой энергии (5,5 кВт) [2, 7]. Полученные данные подтверждают достоверность разработанного метода и не противоречат ранее полученным результатам.

Для оценки погрешности метода количественной термографии и оценки воспроизводимости результатов проведены эксперименты по оценке тепловых потоков стандартным методом с помощью контактных датчиков теплового потока. На рис. 9 представлены значения д в различных точках плоскостей объекта, полученные при помощи стандартного метода и метода количественной термографии. Анализ показывает, что значения плотности тепловых потоков, полученных различными методами, отличаются не более чем на 25 %.

Температура поверхности, 'С

Рис. 9. Результаты расчетов плотности тепловых потоков различными методами

Для детализации процесса теплопередачи, выявления конструктивных участков с повышенной тепловой проводимостью, локализации мест с повышенной теплоотдачей разработана тепловая модель ИК-ДГ на основе метода электротепловой аналогии.

На рис. 10 представлено схематичное изображение боковой стенки ИК-ДГ, состоящей из двух металлических стенок, скрепленных металлическими фиксаторами, и воздушной прослойки между ними.

Рис. 10. Боковая стенка ИК-ДГ

Исследуемый трехмерный слой разбивали на элементы определенных размеров, для которых рассчитывали значения термических сопротивлений, использованные при составлении электрической схемы в программе N1 МиШят (рис. 11).

Воцушные прослойки Стенки металлического

Металлические фиксаторы

в Электрическая цепь О Элементы цепи

а)

¡г хР I 1

¡г КГ »г кг» £ кг° | а? г" - ИГ" кг 1.7ММ «17МК> не« ■и 1 ¡¡гг° 4

«11 а- 1 Й? г залгю ЙГ 1.7Э1Ш ¿1.Г»Ш *М1

ь 4 г „Г!, а . ] V: 1-ЗПМ а - * 1 Vtn.IV КМ.^ 1&4Ы«* ¡¡'^ад 1! 91.0 1 1 Тю5вЛ Т" 4 V: 62.6 V 1:352 иА иг&ы. [ игяы. т VI 38.9 V I: 219 «тА 1 а I 1

б)

Рис. 11. Электротепловая модель левой боковой стенки ИК-ДГ а) общий вид; б) приближение

Алгоритм расчета электротепловой модели технологических аппаратов на примере реальной исследуемой конструкции приведен в диссертации.

На основе модели показано, что значение теплового потока, подведенного ко всей внутренней поверхности левой боковой стенки ИК-ДГ при стационар-

ном режиме работы, составляет 405,9 Вт. При сравнении данных, полученных при расчете тепловой модели методом электротепловой аналогии, и значений, полученных при помощи метода количественной термографии, расхождение не превышало 24 %.

Таким образом, применение метода электротепловой аналогии позволяет получить адекватную модель для оценки теплофизических закономерностей технологических аппаратов, выявить недостатки их конструкции и дать рекомендации по их устранению.

В частности, анализ модели исследуемого аппарата выявил высокую теплопередачу через металлические фиксаторы, соединяющие внешний и внутренний корпусы по сравнению с теплопередачей через воздушную прослойку.

На основании полученных моделированием данных обоснованы конструктивные меры, направленные на уменьшение теплопотерь в окружающую среду и повышение энергоэффективности ИК-ДГ, в том числе необходимость размещения тепловой изоляции со стороны внешней поверхности ИК-ДГ.

Глава 5. Разработка научно-обоснованного комплекса технических и технологических мер, направленных на совершенствование конструкции ИК-ДГ, повышение его энергоэффективности, оптимизацию эксплуатационных режимов. В перечень предлагаемых мер входят:

• замена источников ИК-излучения;

• установка отражателей ИК-излучения;

• создание дополнительного теплоизолирующего слоя;

• внедрение системы автоматизации для контроля и поддержания заданных режимов дымообразования.

В ИК-ДГ источниками ИК-излучения являлись кварцевые галогенные тепловые лампы КГТ-1000, мощностью 1 кВт. Установлено, что эксплуатация ламп в задымленной высокотемпературной зоне ведет к разрушению ламп, контактов и проводки, снижению мощности в результате их загрязнения. В виду выявленных недостатков в качестве источников ИК-излучения использованы трубчатые электронагреватели (ТЭНы), способные работать в агрессивных па-ро-газовых средах при высоких температурах.

С целью анализа соответствия излучающей способности ТЭНа поглощающей способности топлива проведен эксперимент по определению температуры поверхности ТЭНа и расчет плотности энергии и спектрального состава при максимальной и средней температуре излучателя. Показано, что древесное топливо имеет максимум поглощательной способности при длине волны ИК-излучения от 1,5 до 5,5 мкм, а ТЭН имеет максимальную плотность излучения при длине волны 3,7 мкм для максимальной температуры (784 °С) и при длине 4,9 мкм для средней температуры (589 °С) поверхности излучателя. Таким образом, соотношение излучающей способности использованного ТЭНа и поглощающей способности древесного топлива близко к оптимальному.

С целью повышения КПД генераторов ИК-излучения произведена модернизация отражателя. Для сравнения эффективности стандартного и усовершенствованного отражателей (рис. 12) проведена серия экспериментов по определению степени облученности топлива с применением компьютерного моделирования.

а) б)

Рис. 12. Трехмерные модели топливных кассет и генераторов ИК-излучения а) со стандартным отражателем; б) с усовершенствованным отражателем

Результаты оценки степени облученности топлива представлены на

Рис. 13. Диаграммы облученности топлива а) по ширине кассеты; б) по длине кассеты

Направление от излучателя в сторону топлива на диаграмме выделено темной областью. С учетом затрат генерируемого излучения на нагрев отражателей стандартный отражатель обеспечивает подвод 33 %, а усовершенствованный - 50 % подводимой энергии к топливу.

С целью уменьшения величины непроизводительного теплового потока, а также выравнивания температурного поля на поверхности ИК-ДГ произведена тепловая изоляция аппарата.

После подбора, расчета требуемой толщины и монтажа тепловой изоляции аппарата оценены параметры распределения температурного поля внешней поверхности ИК-ДГ при помощи метода количественной термографии (рис. 14) [3,7].

Рис. 14. Изображение ИК-ДГ после модернизации с наложением термограмм

Показано, что достигнуты значительное снижение температуры поверхности ИК-ДГ, изотропность температурного поля внешнего контура аппарата.

По результатам тепловизионной диагностики был произведен расчет плотности тепловых потоков и суммарного теплового потока для каждой изученной поверхности после модернизации (рис. 15) [3].

а) б)

Рис. 15. Тепловые потоки от внешних поверхностей ИК-ДГ после модернизации а) проценты указаны относительно суммарного теплового потока (0,33 кВт); б) проценты указаны относительно подведенной мощности

Суммарный тепловой поток от ИК-ДГ составлял 52 % количества подводимой энергии (5 кВт), после модернизации - около 7 %. Предложенные меры по модернизации ИК-ДГ уменьшили непроизводительные тепловые потери более чем в 7 раз [3]. Максимальное значение температуры на доступных при эксплуатации поверхностях не превышает 45 °С, что соответствует требованиям нормативной документации.

На примере исследуемого технологического аппарата показан алгоритм применения системы автоматического регулирования температуры и решена задача разработки схемы автоматизации процесса дымогенерации с ИК-энергоподводом, обеспечивающей соблюдение энергосберегающих режимов эксплуатации при поддержании заданных параметров дымообразования [5, 6]. Экономия энергии достигается путем сокращения длительности непрерывной работы ТЭНа, а также учета особенностей экзотермической реакции

пиролиза топлива. Разработана и смонтирована программно-аппаратная система автоматизированного контроля и поддержания заданных параметров дымообразования ИК-ДГ (рис. 16) [8].

Контур управления ТЭНОМ

Рис. 16. Функциональная схема автоматизации

На объекте управления находятся датчики температуры, расположенные в зонах локального перегрева дымообразующего слоя топлива, найденные методом количественной термографии. Реализована возможность визуализации процесса и создания рабочего места оператора программно-аппаратной системы путем подключения к 8САОА-системе ТгасеМоёе.

После модернизации ИК-ДГ проведена настройка режимов системы автоматики для контроля и поддержания заданных параметров процесса дымогенерации. На рис. 17, 18 представлены графики динамики нагрева топлива до модернизации и после.

Рис. 17. Динамика изменения температуры верхнего слоя до модернизации

Рис. 18. Динамика изменения температуры верхнего слоя после модернизации

График на рис. 17 характеризуется стихийным течением процесса и превышением допустимых значений температуры. При анализе графика на рис. 18 видны результаты работы системы автоматики: температура верхнего дымообразующего слоя находится в заданном интервале. После модернизации время от начала процесса до его окончания сократилось почти на 1,5 часа. Время выхода на желаемую температуру дымообразования сократилось с 1 часа 20 минут до 40 минут. Время работы нагревательного элемента, а, следовательно, и потребление электроэнергии, уменьшилось на 43 %.

После проведенного анализа и модернизации технологического аппарата проведена промышленная апробация и внедрение результатов исследований в ООО "АРКТИК ПАК +", лаборатории СТППГ МГТУ, ЦИСП МГТУ.

Приведены результаты производственных испытаний ИК-ДГ после модернизации. Изготовлены опытные партии подкопченной рыбной продукции с использованием дыма, вырабатываемого ИК-ДГ. Готовая продукция полностью отвечает требованиям действующей нормативно-технической документации. Изготовленные образцы продукции получили высокую оценку на международных рыбопромышленных выставках и были удостоены благодарностей и почетных грамот.

Разработана техническая документация ИК-ДГ: техническое описание и инструкция по эксплуатации, паспорт.

Произведен расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения комплекса технических и технологических мер, направленных на повышение энергоэффективности ИК-ДГ.

ВЫВОДЫ

1. На основании исследования процессов тепло- и влагопереноса в слое топлива при дымогенерации с ИК-энергоподводом для различных условий внешнего и внутреннего теплообмена подтверждена универсальность физической модели процесса пиролиза топлива с ИК-энергоподводом.

2. Уравнение регрессии, характеризующее зависимость коэффициентов потенциалопроводности ВП и ТВП от определяющих факторов, расширяет область применения методики прогнозного расчета температурных и влажно-стных полей в слое топлива в процессе пиролиза в ИК-ДГ и совершенствует программное обеспечение.

3. Предлагаемый метод количественной термографии технологического оборудования, применяемого в пищевой промышленности, позволяет получить оперативную достоверную информацию о техническом состоянии аппарата, необходимую для энергосбережения, тепло- и электробезопасности.

4. Разработанная методика дистанционной оценки величины тепловых потоков на основе метода количественной термографии позволяет снизить непроизводительные потери и выработать рекомендации по оптимизации процесса.

5. Показана эффективность применения тепловой модели на основе метода электротепловой аналогии для анализа конструкционных особенностей аппарата и детализации процесса эксплуатации.

6. Разработан алгоритм повышения энергоэффективности эксплуатационных режимов дымогенерации устройств с ИК-энергоподводом на основе данных, полученных при помощи метода количественной термографии.

7. Разработанный и реализованный научно-обоснованный комплекс мер, направленных на совершенствование конструкции ИК-ДГ, повышение его энергоэффективносги, оптимизацию эксплуатационных режимов, позволил в 7 раз снизить непроизводительные тепловые потоки, на 43 % уменьшить энергозатраты.

8. Проведенные научно-технические мероприятия уменьшили себестоимость продукции до 205 руб./кг при экономическом эффекте до 3271,7 тыс. руб. в год.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендуемых ВАК

1. Аллояров, К. Б. Расширение области применения математической модели пиролиза топлива в ИК-дымогенераторе повышенной производительности / К. Б. Аллояров, Ю. В. Шокина, А. А. Коробицин // Вестник МГТУ: труды Мурман. гос. техн. ун-та. - 2010. - Т. 13, № 4/1. - С. 681-685.

2. Аллояров, К. Б. Повышение энергоэффективности ИК-дымогенерагора на основе оценки тепловых потоков методом количественной термографии / К. Б. Аллояров, А. Б. Власов, Ю. В. Шокина // Вестник МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 3. - С. 515-519.

3. Аллояров, К. Б. Повышение эффективности работы инфракрасного дымогенератора / К. Б. Аллояров, А. Б. Власов, Ю. В. Шокина // Техника в сельском хозяйстве - 2011. - № 4. - С. 32.

4. Шокина Ю. В. Разработка и совершенствование техники и технологии получения коптильных сред для пищевой промышленности / Ю. В. Шокина,

К. Б. Аллояров, А. А. Коробицин // Вестник ВГТА - 2011. - № 1 (47). - С. 30-34.

Другие издания

5. Шокина Ю.В. Разработка средств измерения среднеингегральной температуры в объеме топлива и поиск путей поддержания заданных параметров в процессе дымообразования в инфракрасном дымогенераторе / Ю. В. Шокина, А. Ю. Висков, К. Б. Аллояров // Техника и технологии переработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья : материалы междунар. на-уч.-практ. конф., посвящ. памяти проф. Н. Н. Рулева, Мурманск, 24-25 апреля, 2008 г. / Мурман. гос. техн. ун-т. - Мурманск, 2008. - С. 86-88.

6. Шокина, Ю. В. К вопросу о совершенствовании средств автоматического контроля и управления процессом дымообразования с использованием энергии ИК-излучения / Ю. В. Шокина, А. Ю. Висков, К. Б. Аллояров // Наука и образование - 2009 : материалы междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 1-9 апр. 2009 г. / Мурман. гос. техн. ун-т [Электронный ресурс]. - Мурманск, 2009. - С. 332. Шифр Информрегистра: 0320900170.

7. Аллояров, К. Б. Оценка тепловых потоков ИК-дымогенератора методом количественной термографии с целью повышения его энергоэффективности / К. Б. Аллояров, А. Б. Власов, Ю. В. Шокина // Наука и образование - 2011 : материалы междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 7-12 апр. 2011 г. / Мурман. гос. техн. ун-т [Электронный ресурс]. - Мурманск, 2011.-С. 813-819. Шифр Информрегистра: 0321100504.

8. Аллояров, К. Б. Разработка схемы автоматизации процесса дымо-генерации с ИК-энергоподводом / К. Б. Аллояров // Наука и образование -2011 : материалы междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 7-12 апр. 2011 г. / Мурман. гос. техн. ун-т [Электронный ресурс]. - Мурманск, 2011. - С. 807-813. Шифр Информрегистра: 0321100504.

9. Аллояров, К. Б. Исследование тепло- и влагопереноса в слое топлива различной удельной поверхности / К. Б. Аллояров, Ю. В. Шокина // Наука и образование - 2011 : материалы междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 7-12 апр. 2011г./ Мурман. гос. техн. ун-т [Электронный ресурс]. -Мурманск, 2011. - С. 820-830. Шифр Информрегистра: 0321100504.

Издательство МГТУ. 183010 Мурманск, Спортивная, 13. Сдано в набор 26.09.2011. Подписано в печать 29.09.2011. Формат 60х84'/16. Бум. типографская. Усл. печ. л. 1,39. Уч.-изд. л. 0,98. Заказ 359. Тираж 100 экз.

Список сокращений

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Современное состояние технологии копчения - пищевых продуктов •

1.2. Обзор состояния дымогенераторной техники

1.3. Методы тепловизионной диагностики

1.4. Формулирование целей и задач исследования

Глава 2. Организация эксперимента, объекты и методы исследования

2.1. Общая методологическая схема эксперимента

2.2. Объекты исследования 38 , 2.3. Стандартные методы проведения экспериментов

2.4. Нестандартные методы проведения экспериментов

Глава 3. Совершенствование методики расчета температуры пиролиза и ее программного обеспечения

3.1. Исследование тепло- и влагопереноса в слое топлива различной насыпной плотности при разных режимах дымогенерации

3.2. Совершенствование программы прогнозного расчета' температурных и влажностных полей в слое топлива в процессе пиролиза

Глава 4. Обоснование и разработка методов дистанционной диагностики и моделирования тепловых потоков в ИК-ДГ 2у

4.1. Тепловой баланс процесса дымообразования в ИК-ДГ 2у

4.2. Оценка непроизводительного теплового потока, исходящего от внешнего корпуса ИК-ДГ 2у методом количественной термографии

4.3. Оценка погрешности метода количественной термографии

4.4. Разработка тепловой модели ИК-ДГ 2у методом электротепловой аналогии

Глава 5. Разработка комплекса технических и технологических мер, направленных на энергосбережение при дымогенерации с ИК-энергоподводом с целью повышения энергоэффективности ИК-ДГ 2у

5.1. Разработка технических мер

5.2. Разработка технологических мер

5.3. Производственная апробация и внедрение результатов исследований

Выводы

Актуальность темы. Стратегической целью развития отечественного рыбохозяйственного комплекса (РХК), сформулированной в принятой 30.03.2009 г. Федеральным агентством по рыболовству «Концепции развития рыбохозяйственного комплекса РФ» (Концепции), является достижение к 2020 году уровня экономического и социального развития рыбного хозяйства, соответствующего статусу России как ведущей мировой державы, занимающей передовые позиции в глобальной экономической конкуренции.

Для этого необходимо формирование инновационной системы в РХК, включающей гибко реагирующие на экономические запросы инжиниринговые услуги, в том числе энергоаудит; формирование научно-технологического комплекса, обеспечивающего достижение лидерства в научных исследованиях и технологиях, и на этой основе встраивание России в глобальный оборот высокотехнологичной продукции« и технологий; создание новых энергосберегающих технологий добычи, глубокой и комплексной переработки сырья; развитие производства отечественного рыбоперерабатывающего оборудования. •

Составной частью инновационного развития отечественного агропромышленного комплекса, в том числе РХК, является повышение энергетической эффективности технологических процессов и оборудования пищевой промышленности в соответствии с Федеральным законом РФ № 261 от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности».

По данным маркетингового агентства РБК в 2010 году кулинарные изделия из рыбы занимали в натуральном выражении; 33 % объема рынка рыбной продукции, из них пятая« часть приходилась.на копченую рыбу [102]. В связи-с популярностью копченой продукции многие рыбоперерабатывающие предприятия переориентируются на разработку и внедрение технологий изготовления, копченых продуктов. При этом для получения коптильного дыма в большинстве случаев эксплуатируются дымогенераторы с внутренним теплообразованием, характеризующиеся низкой энергоэффективностью и высокой степенью зараженности получаемого дыма соединениями, обладающими канцерогенным и мутагенным действием типа 3,4-бенз(а)пирена. Потребность предприятий в современной технике для получения функциональных и безопасных дымовых коптильных сред удовлетворена не более чем на 50 %. Требованиям к качеству и безопасности коптильных дымов соответствует не более 35 % активно эксплуатируемых дымогенераторов.

С целыо реализации1 приоритетных задач Концепции на кафедре, технологий' пищевых производств МГ'ТУ в рамках госбюджетной темы «Разработка, малооперационных технологических, процессов получения соленых, сушеных и копченых изделий из водного сырья» разработаны способ получения, коптильного дыма с использованием энергии ИК-излучения и устройство для его осуществления ИК-дыМогенератор: (ИК-ДГ).

Главным преимуществом ИК-ДГ является! возможность- получения дыма при температурах, не превышающих 400 °С, что намного ниже температурных «канцерогенных пиков» термического разложения древесины ш гарантирует минимальный риск образования^ опасных, для здоровья', человека соединений. При этом получаемый в ИК-ДГ дым позволяет сформировать в продукции вкус и аромат традиционного копчения;. Однако опытная; и промышленная? эксплуатация ИК-ДГ выявила ряд нерешенных проблем, среди? которых основной является недостаточно высокий КПД.

В связи с этим важной задачей является разработка методов экспрессной оценки технического состояния и энергоэффективности: подобных дымогенераторов для; определения и . увеличения показателей: надежности объектов электроснабжения; оценки величины сверхнормативных тепловых потерь. Актуальной^ является* реализация системы эффективной эксплуатации энергетического оборудования« с учетом его реального технического состояния; на первый план выходят методы, диагностики, позволяющие проводить дистанционное обследование в процессе эксплуатации.

Подобному требованию отвечает тепловизионный метод, расширяющий возможности традиционных методов испытаний. Его применение позволяет обосновать, исследовать и разработать средства и методы повышения надежности и экономичности работы аппаратов, применяемых в сельскохозяйственном производстве при переработке продуктов и материалов.

Таким образом, разработка комплекса мер, направленных на повышение энергоэффективности ИК-ДГ, представляет актуальную- проблему, отвечающую? Концепции' развития- электрификации сельского- хозяйства, разработанную * в соответствии* с «Основными положениями энергетической стратегии России на период до 2020-г.».

Цель и задачи исследований. Целью работы является совершенствование- процесса дымообразования с ИК-энергоподводом путем повышения его энергоэффективности.

Для достижения поставленной цели4сформулированы следующие задачи: 1

- исследование тепло- и влагопереноса в слое топлива различной удельной поверхности- для разных условий внешнего и внутреннего теплообмена в'ИК-ДГ;

- получение регрессионной зависимости, связывающей коэффициенты потенциалопроводности влагопереноса (ВП) и термовлагопереноса (ТВП) в слое топлива при дымогенерации с ИК-энергоподводом с ключевыми факторами, влияющими на температуру пиролиза и совершенствование на ее основе программного обеспечения прогнозного расчета температуры пиролиза в ИК-ДГ;

- обоснование и разработка нового метода оценки теплового состояния технологического оборудования на основе количественной термографии' для применения его в целях повышения энергоэффективности и надежности;

- дистанционная оценка внешних тепловых потоков ИК-ДГ с использованием разработанного метода для различных режимов эксплуатации, обеспечивающих энергосбережение;

- разработка и анализ тепловой модели ИК-ДГ на основе метода электротепловой аналогии;

- разработка алгоритма повышения энергоэффективности эксплуатационных режимов дымогенерирующих устройств с ИК-энергоподводом;

- разработка и внедрение комплекса технических и технологических мер, обеспечивающих соблюдение энергосберегающих режимов эксплуатации ИКдг.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- исследованы процессы тепло- и влагопереноса в слое топлива при дымогенерации с ИК-энергоподводом для различных условий внешнего и внутреннего теплообмена;

- определены коэффициенты потенциалопроводности ВП и ТВП для широкого диапазона насыпной плотности древесного топлива — опилок;

- получена регрессионная зависимость, связывающая коэффициенты потенциалопроводности ВП и ТВП с факторами, влияющими на температуру пиролиза;

- обоснован метод дистанционной оценки плотности теплового потока технологического оборудования на основе количественной термографии;

- научно обоснован и применен метод количественной термографии для повышения энергоэффективности ИК-ДГ путем оценки и оптимизации внешних и внутренних тепловых потоков;

- разработана тепловая модель участка внешнего корпуса ИК-ДГ на основе метода- электротепловой аналогии для выявления конструкционных недостатков и оценки энергосберегающих эксплуатационных режимов;

- научно обосновано моделирование внешнего и внутреннего теплообмена при дымогенерации с ИК-энергоподводом с целью повышения энергоэффективности.

Практическая значимость. По результатам исследований тепло- и массообменных процессов в слое топлива в ИК-ДГ для разных условий внешнего и внутреннего теплообмена усовершенствована конструкция ИК-ДГ и повышена его энергетическая эффективность.

Усовершенствована методика прогнозного расчета температурных и влажностных полей в слое топлива в процессе пиролиза при дымогенерации с ИК-энергоподводом и ее программное обеспечение, расширена область их применения.

Разработан и внедрен- метод количественной термографии, позволивший' оперативно оценить техническое состояние аппарата, разработать и реализовать комплекс технических и технологических мер, направленных» на энергосбережение при дымогенерации с ИК-энергоподводом.

Разработана документация ИК-ДГ: техническое описание и инструкция по эксплуатации, паспорт.

Внедрение результатов работы осуществлялось на базе научно-производственной лаборатории» СТППГ МПУ, ООО «АРКТИК ПАК +», ЦИСП МГТУ. Результаты научных исследований- используются в учебном процессе МГТУ.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования процессов тепло- и влагопереноса в слое топлива различной удельной поверхности при разных режимах дымогенерации с ИК-энергоподводом, результаты экспериментального определения коэффициентов потенциалопроводности ВП и ТВП для широкого диапазона насыпной плотности топлива — древесных опилок.

2. Усовершенствованная методика-прогнозного расчета температурных и влажностных полей, в слое топлива в процессе пиролиза в ИК-ДГ и ее программное обеспечение.

3. Метод дистанционной оценки плотности теплового потока от нагретых поверхностей технологического оборудования на основе количественной термографии.

4. Алгоритм оценки тепловых потоков от нагретых поверхностей внешнего контура ИК-ДГ.

5. Тепловая модель участка внешнего контура ИК-ДГ, полученная методом электротепловой аналогии, для выявления конструктивных недостатков тепловых потерь. .>" ;

6. Комплекс; технических и технологических мер,, направленных на повышение надежности, энергоэффективности и безопасности ИК-ДГ.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на -международных научно-технических конференциях «Наука и образование» (Мурманск, 2008-2011 гг.); на Международной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора; H.H. Рулева «Техника и технологии переработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья» (МГТУ, Мурманск, 2008 г.);. на Международном семинаре «Освоение водных биологических ресурсов Арктики и международное сотрудничество» (Норвегия; г. Тромсё, барк «Седов», 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ,- 4.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего; 147 наименований, и приложений.

выводы

1. На основании исследования процессов тепло- и влагопереноса в слое топлива при дымогенерации с ИК-энергоподводом для различных условий внешнего и внутреннего теплообмена подтверждена универсальность физической модели процесса пиролиза топлива с ИК-энергоподводом.

2. Уравнение регрессии, характеризующее зависимость коэффициентов потенциалопроводности ВП* и ТВП от определяющих факторов, расширяет область применения методики прогнозного расчета температурных и влажностных полей в слое топлива в процессе пиролиза в ИК-ДГ и совершенствует программное обеспечение.

3. Предлагаемый метод количественной термографии технологического оборудования, применяемого в пищевой промышленности, позволяет получить оперативную достоверную информацию о техническом состоянии аппарата, необходимую для энергосбережения, тепло- и электробезопасности.

4. Разработанная методика дистанционной оценки величины тепловых потоков на основе метода количественной термографии» позволяет снизить непроизводительные потери и выработать рекомендации по оптимизации процесса.

5. Показана эффективность применения тепловой модели на основе метода электротепловой аналогии для анализа конструкционных особенностей аппарата и детализации процесса эксплуатации.

6. Разработан алгоритм повышения энергоэффективности эксплуатационных режимов дымогенерации устройств с ИК-энергоподводом на основе данных, полученных при ¡помощи метода количественной термографии.

7. Разработанный и реализованный научно-обоснованный комплекс мер, направленных на совершенствование конструкции ИК-ДГ, повышение его энергоэффективности, оптимизацию эксплуатационных режимов, позволил в 7 раз снизить непроизводительные тепловые потоки, на 43 % уменьшить энергозатраты.

8. Проведенные научно-технические мероприятия уменьшили себестоимость продукции до 205 руб./кг при экономическом эффекте до 3271,7 тыс. руб. в год.

1. Бартеньев, О. В: Современный фортран / О. В. Бартеньев. — Изд. 4-е, доп. и перераб. М. : Диалог-МИФИ, 2005. - 560 с.

2. Березин, Н. Т. Современная-обработка рыбы / Н. Т. Березин. М. : Пищ. пром-сть, 1965.-280 с.

3. Блох, А. Г. Теплообмен излучением : справочник / А. Г. Блох, Ю. А. Журавлев, Л. Н. Рыжков. М. : Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.

4. Боровиков, В. П. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере / В. П. Боровиков. 2-е изд. - СПб. и др. : Питер : Питер принт, 2003. - 688 с. -(Для профессионалов).

5. Боровиков, В. П. Популярное введение в программу Statistica / В. П. Боровиков. -М. : КомпьютерПресс, 1998. 266 с.

6. Бредихин, С. А. Технологическое оборудование рыбоперерабатывающих производств / С. А-. Бредихин. М. : КолосС, 2005. - 464 с.

7. Бровцин, В. Н! Исследование и оптимизация динамических объектов сельскохозяйственного назначения средствами вычислительного эксперимента / В. Н. Бровцин. - СПб. : СЗНИИМЭСХ, 2004. - 363 с.

8. Будзко, И. А. Электроснабжение сельского хозяйства / И. А. Будзко, Т. Б. Лещинская, В. И. Сукманов. М. : Колос, 2000. - 534, 1. с. - (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений) (Учебник).

9. Васильченко, В. В. Программирование Windows-приложений на языке Fortran : элементы -управления и графика Windows / В. В. Васильченко. М. : Диалог-МИФИ, 2006. - 400 с.

10. Висков, А. Ю; Повышение эффективности процесса холодного копчения рыбы- путем непрерывного контроля внутренних свойств полуфабриката : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.18.12 : 05.13.06 / А.Ю. Висков ; МГТУ. -Мурманск, 2001. 23 с.

11. Власов, А. Б. Модели и методы термографической диагностики объектов энергетики : учеб. пособие / А. Б. Власов. М. : Колос, 2006. - 279 с.

12. Власов, А. Б. Тепловизионная диагностика как метод дистанционной оценки величины тепловых потоков // Электрика. 2005. - № 10. - С. 36-40.

13. Власов, А. Б. Тепловизионная диагностика объектов электро- и теплоэнергетики (диагностические модели) : учеб. пособие / А. Б. Власов. -Мурманск : МГТУ, 2005. 264 с.

14. Власов, А. Б. Тепловизионная диагностика распределительных устройств 35/6 кВ / А. Б. Власов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2005.-№4.- С. 16-18.

15. Власов, А. Б. Тепловизионный контроль в теплоэнергетике // Промышленная энергетика.- 2003. - № 10, С. 47-50.

16. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. М. : АСТ: Астрель, 2006. - 991, 1. е.: ил.

17. Гинзбург, А. С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности / А. С. Гинзбург. М. : Пищ. пром-сть, 1966. - 407 с.

18. Гинзбург, А. С. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов : справочник / А. С. Гинзбург, И. М. Савина. М. : Лег. и пищ: пром-сть, 1982.-280 с.

19. Гинзбург, А. С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности / А. С. Гинзбург. М. : Агропромиздат, 1985. - 336 с.

20. ГОСТ 13268-88. Электронагреватели1 трубчатые. Взамен ГОСТ 1326863; Введ. 01.07.90. - 15 с.-ГруппаЕ75.

21. ГОСТ 16362-86. Мука древесная. Методы испытаний. — Взамен ГОСТ 16362-79; Введ. 01.01.88. И с. - Группа К29.

22. ГОСТ 21.404-85 ЕСКД. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. — Взамен ГОСТ 21.404-85; Введ. 01.01.1986. 12 с.-Группа Ж01.

23. ГОСТ 23932-90. Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия. Взамен I ОСТ 23932-79; Введ. 01.07.1991. - 11 с. - Группа П66.

24. ГОСТ 24104-200 Г. Весы лабораторные: Общие технические условия;, Взамен ГОСТ 24104-88;.Введ. 01.07.02 до 01.01.10. 9 с.-ГруппаП16. /

25. ГОСТ 25314-82! Контроль неразрушающий тепловой. Термины ш определениям-Введеншпервые;:Введ^ 01%07.83до:0К01;1Ц?.-^7с.-Группа ТОО!

26. ГОСТ 25380-82. Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых?, потоков, проходящих через, ограждающие' конструкции. — Введен впервые; Введ. 01.01.83. 12 с. - Группа Ж19.

27. ГОСТ 26254-84". Здания и; сооружения. Методы определения сопротивления? теплопередаче ограждающих конструкций. — Введен' впервые; Введ. 01.01.85. 27 с. - Группа Ж39.

28. ГОСТ 26629-85. Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций: — Введен впервые; Введ. 01.07.86. 14 с. - Группа Ж39.

29. ГОСТ 8711-93. Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. — Взамен ГОСТ 8711-78; Введ. 01.01.96.-16 с. Группа П31.

30. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. Введен впервые; Введ. 01.07.00. — 12 с. Группа Е01.

31. ГОСТ Р 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая^ эффективность. Состав показателей. Общие положения. — Введен впервые; Введ. 0Г.07.00. — 12 с. Группа Е01.

32. Гулбрандсен, Т. X. Энергоэффективность и энергетический менеджмент : учебно-методическое пособие / Т. X. Гулбрандсен, Л. П. Падалко, В. Л. Червинский. Минск : БГАТУ, 2010. - 240 с.

33. Гуторов, М. М. Основы светотехники и источники света / М. М. Гуторов. -М. : Энергоатомиздат, 1983. 384 с.

34. Ершов, А. М. Копчение пищевых продуктов. Повышение энергетической-ценности : учеб. пособие : в 2 ч. / А. М. Ершов, В: В: Зотов, С. И. Ноздрин. -Мурманск : МГТУ, 1996. -2 ч.

35. Ершов, А. М. Развитие и совершенствование процессов холодного копчения рыбы на основе интенсификации массопереноса влаги и коптильных компонентов : автореф. дис. . д-ра техн. наук : 05.18.12 / А. М. Ершов. -Мурманск : МГАРФ, 1992. 50 с.

36. Ивашов, В. И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. В 2 ч. Ч. 2. Оборудование для переработки мяса / В; И. Ивашов. СПб. : ГИОРД, 2007. - 457, 1. с.

37. Исаченко, В. П. Теплопередача / В: И:: Исаченко, В. А. Осипова,

38. A. С. Сукомел^ 4-е изд:,,перераб;.и доп: - М^ :;Энергоиздат, 1981. - 415 е.,

39. Ким; И. Н. Производство копченых продуктов : эколого-гигиенические и технологические аспекты / И: Н. Ким, В: И. Короткое. Владивосток : Дальнаука, 2001. - 247 с.

40. Кнорринг, Г. М. Осветительные установки / Г. М. Кнорринг. Л. : Энергоиздат, Ленингр. отд-ние, 1981.-284 с.

41. КОН Электронный ресурс. : Оборудование. М., [2011]. - Режим доступа: http://www.eliseev.ru/equipment/. - Загл. с экрана.

42. Коптильное оборудование // Рыб. хоз-во. Сер. Технологическое оборудование для рыбной промышленности : аналит. и реф. информ. / ВНИЭРХ. М., 2000. - Вып. 1. - С. 1-47.

43. Крейт, Ф. Основы теплопередачи / Ф. Крейт, У. Блэк ; пер. с англ. под ред. Н. А. Анфимова. М. : Мир, 1983. - 512 с.

44. Криксунов, Л. 3. Приборы ночного видения / Л. 3. Криксунов. Киев : Техника, 1975.-216 с.

45. Криксу нов, Л. 3. Справочник по основам инфракрасной техники / JI. 3. Криксунов. М. : Сов. радио, 1978. - 400 с.

46. Криксунов, JI. 3. Тепловизоры : справочник / Л. 3. Криксунов, Г. А. Падалко. Киев : Техника, 1987. - 164, 2. с.

47. Курко, В. И. Методы исследования процесса копчения и копченых продуктов / В. И. Курко. М. : Пищ. пром-сть, 1977. - 191 с.

48. Курко, В. И. Основы бездымного копчения / В. И. Курко. М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1984: - 231 с.

49. Курко, В. И. Химия копчения / В. И. Курко. М. : Пищ. пром-сть, 1969i -319 с.

50. Курочкин, А. А. Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства / А. А. Курочки, В. В. Ляшенко ; под ред. В. М. Баутина. М. : Колос, 2001. - 440 с. - (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

51. Кутателадзе, С. С. Основы теории теплообмена / С. С. Кутателадзе. — 5-е изд., доп. М. : Атомиздат, 1979. - 415 с.

52. Леванидов, И. П. Технология соленых, копченых и вяленных рыбных продуктов / И. П. Леванидов, Г. П. Ионас, Т. Н. Слуцкая. М. : Агропромиздат, 1987.- 159 с.

53. Лопатин, А. Г. Методика разработки систем управления на базе SCADA системы Trace Mode : учеб. пособие для вузов / А. Г. Лопатин, П. А. Киреев. -Новомосковск : РХТУ им. Д. И. Менделеева, Новомосковский ин-т, 2007. 112 с.

54. Макаров, Е. Г. Mathcad : Учебный курс / Е. Г. Макаров. СПб. : Питер, 2009.-384 е.: ил.

55. Матвеев, В. С. Основы автоматизации рыбообрабатывающих производств / В. С. Матвеев, Д. Е. Лунев. М. : Пищ. пром-сть, 1980. - 288 с.

56. Машины и аппараты пищевых производств : в 2 кн. : учеб. для вузов / С. Т. Антипов и др. ; под ред. В. А. Панфилова. М. : Высш. шк., 2001. - 2 кн.- (Учебник 21 века).

57. Мезенова, О. Я. Производство копченых пищевых продуктов / О. Я. Мезенова, И. Н. Ким, С. А. Бредихин. М. : Колос, 2001. - 207 с.

58. Мезенова, О. Я. Современные проблемы и методы исследования в технологии копченой продукции / О. Я: Мезенова. Калининград : КГТУ, 2001.- 149 с.

59. Мешков, В. В. Основы светотехники : учеб. пособие для вузов. В. 2 ч. Ч. 1 / В. В. Мешков. 2-е изд., перераб. - М. : Энергия, 1979. - 368 с.

60. Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. -2-е изд., стер. М. : Энергия, 1977. - 342 с.

61. Могилевский, И. М. Комплексная механизация копчения мелкой рыбы / И. М. Могилевский, А. С. Баяндин, Б. Е. Гергель. М. : Лег. и пищ: пром-сть, 1982. - 88 с.

62. ОАО Научно-производственное предприятие Электронный ресурс. : каталог продукции. М., [2011]. - Режим доступа: http://www.omsketalon.ru/.I1. Загл. с экрана.

63. Оборудование для переработки мяса : каталог / М-во сел.хоз-ва Рос. Федерации, Федер. агентство по сел. хоз-ву. М. : ФГНУ Росинформагротех, 2005.-219, 1. с.

64. Оборудование для убоя скота, птицы, производства колбасных изделий и птицепродуктов : справочник / под ред. В. М: Горбатова. М. : Пищ. пром-сть, 1975.-591 с.

65. Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств / А. А. Курочкин, Г. В. Шабурова, А. С. Гордеев, А. И. Завражнов. М.: КолосС, 2007. - 590, 1. с. - (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений) (Учебник).

66. Обоснование оптимального режима эксплуатации ИК-дымогенератора 2-го поколения / Ю. В. Шокина и др. // Вестник МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. Мурманск, 2007, Т. 10, № 4. - С. 653-659.

67. ООО* ПКП Техтрон+ Электронный ресурс. : дымогенераторы. М., [2011]. - Режим доступа: http://www.tehtron.ru/ourproducts/dymogeneratory/. -Загл. с экрана.

68. Осипова, Н. И. Оборудование рыбообрабатывающих предприятий / Н. И: Осипова, В. Г. Будина. М. : Пищ. пром-сть, 1980: - 231 с. - (Для кадров массовых* профессий).

69. Основы инфракрасной термографии / А. В. Афонин, Р: К. Ньюпорт, В. С. Поляков и др. Под ред. Р. К. Ньюпорта, А. И. Таджибаева. СПб. : Изд. ПЭИГЖ, 2004. - 240 с. : ил.

70. Петров, И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные, языки и приемы прикладного проектирования / И. В. Петров ; под ред. В: П: Дьяконова. М. : Солон-Пресс, 2004. - 256 с.

71. Плаксин, Ю. М. Процессы и- аппараты пищевых производств / Ю. М. Плаксин, Н. Н. Малахов, В. А. Ларин. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : КолосС, 2007. -7 58, 1. с. - (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

72. Пономаренко, Д. А. Исследование и автоматизация процесса получения дыма с использованием инфракрасного излучения : автореф. дис. . канд. техн.наук : 05.18.12, 05.13.06 / Д. А. Пономаренко ; Мурман гос. техн. ун-т. -Мурманск, 2004. 23 с.

73. Похольченко, В. А. Совершенствование процессов копчения рыбы при производстве консервов : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.18.04 / В. А. Похольченко ; Мурман. гос. техн. ун-т. — Мурманск, 2005. 22 с.

74. Пьявченко, Т. А. Проектирование АСУТП в SCADA-системе : Учебное пособие / Т. А. Пьявченко. Таганрог : Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007. - 84 с.

75. РосБизнесКонсалтинг Электронный ресурс. : Обзор российского рынка соленой, копченой, сушеной рыбы и рыбной кулинарии. — [2011]. Режим доступа: http://marketing.rbc.ru/research/562949974856118.shtml. - Загл. с экрана.

76. СНиП 2.04.14-88. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов / Госстрой Россиш -М. : ЦИТП Госстроя России, 1998. 28 с.

77. Справочник но приборам инфракрасной техники / В: В. Артюхин и др. ;под ред. JI; 31 Криксунова: Киев:Техника; 1980Í — 23-Г-с:.108:, Стиренко; А. С. 3ds . Мах/3 ds Mac Design 2009. Самоучитель /

78. Т. М. Сафронова и др.. Владивосток : Дальрыбвтуз, 2004:.- 365 с.

79. Технология рыбы и? рыбных продуктов •: учеб; для вузов./ В: В. Баранов,

80. Федько, А. С. Новое коптильное оборудование / А. С. Федько // Рыб. хоз-во. Сер. Технологическое оборудование для рыбной промышленности : аналит. и реф. информ. / ВНИЭРХ. -М., 2001. Вып. 2. - С. 35-50.

81. Фокин, В. М. Основы технической теплофизики / В. М. Фокин, Г. П. Бойков, Ю. В. Видин М.: Машиностроение-1, 2004. - 172 с.

82. Хван, Е. А. Копчёная, вяленая" и сушёная рыба / Е. А. Хван, А. В. Гудович. М. : Пищ: пром-сть, 1978. - 205 с. - (Современные технологии).

83. Хван, Е. А. Обработка рыбы копчением / Е. А. Хван. М. : Пищ. пром-сть, 1976. - 113 с. - (Качество, эксперимент).

84. Хернитер М. Е. Современная система компьютерного' моделирования* и> анализа схем электронных устройств. (Пер. с англ.) / Пер. с англ. Осипов А. И. М.: Издательский дом ДМК-пресс, 2006. - 488 с.

85. Чупахин, В. М. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих предприятий / В. М. Чупахин. 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Пищ. пром-сть* 1976.-471 с.

86. Чураев, Н. В. Физико-химия процессов массопереноса в пористых телах / Н. В. Чураев М. : Химия, 1990. - 272 с.

87. Шокина, Ю. В. Получение дымовой коптильной среды с использованием/ энергии инфракрасного излучения / Ю. В. Шокина, А. А. Коробицин, А. Ю. Обухов,// Рыбпром: технологии и оборудование для переработки, водных биоресурсов. 2010. - № 3. - С. 92-97.

88. Шокина, Ю. В. Разработка и совершенствование способов! получения безопасных коптильных сред / Ю. В. Шокина, А. А. Коробицин, А.Ю.Обухов // Рыб. хоз-во. 2009. - № 5. - С. 80-83.

89. Шокина, Ю. В. Разработка способа получения- коптильного дыма с использованием энергии инфракрасного излучения : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.18.12 / Ю. В. Шокина ; Мурман. гос. техн. ун-т. Мурманск, 1999.-26 с.

90. Шокина, Ю. В. Современная техника для получения дымовых коптильных сред и ее применение в технологиях переработки водного сырья /

91. Ю. В. Шокина, А. Ю. Обухов, А. А. Коробицин. Мурманск : МГТУ, 2010. -227 с.

92. Щелоков, Я. М. Энергетическое обследование. Теплоэнергетика : справочное издание : в 2 ч. / Я. М. Щелков, Н. И. Данилов. Екатеринбург : УрФУ, 2011.-2 ч.

93. Эйделыптейн, И. JI. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов рыбообрабатывающей промышленности / И. JI. Эйделыптейн. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Пищ. пром-сть, 1979. - 288 с.

94. Эккерт, Э. Р. Г. Теория тепло- и массообмена / Э. Р. Г. Эккерт, Р. М. Дрейк ; пер. с англ. Э. М. Фурмановой и др. ; под ред. и с предисл. А. В. Лыкова. Изд. 2-е, перераб. - М. ; Л. : Госэнергоиздат, 1961. - 680 с.

95. Экономика предприятия : учебник / Е. В. Арсенова и др. ; под ред. Н. А. Сафронова. М. : Юристъ, 1998.-584 с.

96. Autotherm Klima-und Rauchertecnik Электронный ресурс. M., [2011]. — Режим доступа: http://www.autotherm.de/indexEn.htm Smoke generators - Загл. с экрана.

97. European Patent Agency Электронный ресурс. M., [2011]. - Режим доступа: http://www.epo.org/searching.html Searching for patents. - Загл. с экрана.

98. Fessmann Gmbh und Co. Kg Электронный ресурс. M., [2011]. - Режим доступа: http://www.fessmann.com/Pages/de/home.php?ES32Id=l&lang=en Leading in Smoking Technologies. - Загл. с экрана.

99. Gladfelter D. Autocad 2011 and Autocad LT 2011. Autodesk official training guide / D. Gladfelter. Indianapolis : Wiley Publishig, Inc., 2010. - 1010 p.

100. Gost Ex pert Электронный р есурс. : База ГОСТов РФ. -М., [2011]. -Режим доступа: http://gostexpert.ru/. Загл. с экрана.

101. Kerres Anlagensysteme Gmbh Электронный ресурс. : htm Product overview. M., [2011]. - Режим доступа: http.V/www.kerres-smokeair.eom/english/fi:ames/produktef. - Загл. с экрана.

102. Maurer-Atmos Gmbh Электронный ресурс. : html Smoke Generators Overview. M., [2011]. - Режим доступа: http://www.maurer-atmos.de/en/raucherzeuger. - Загл. с экрана.

103. Murdock L. Kelly 3ds Max 2011 Bible / L. K. Murdock. Indianapolis : Wiley Publishing, Inc., 2010. - 1315 p.

104. Omura G. Mastering Autocad 2011 and Autocad LT 2011. Autodesk official training guide / G. Omura. Indianapolis : Wiley Publishing, Inc., 2010. - 1248 p.

105. Reich Klima-Rauchertechink Электронный ресурс. : Smoke generators. -M., [2011]. Режим доступа: http://www.reich-germany.de/Smoke-Generators.l8.2.html. - Загл. с экрана.

106. Schröter Technologie Gmbh & Co. Kg Электронный ресурс. M., [2011]. -Режим доступа: http://www.schroeter-technologie.de/produkte/smokjet/ SmokeJet. - Загл. с экрана.

107. Vemag Anlagenbau Gmbh Электронный ресурс. : html Smoke generators. -M., [2011]. Режим доступа: http://www.vemag-anlagenbau.com/products/smoke-generators. - Загл. с экрана:

108. Yarwood A. Introduction to Autocad 2011 2d and 3d design / Alf Yarwood. -Oxford. : Elsevier Ltd., 2010. 439 p.