автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров преобразователей солнечной энергии для переработки сельскохозяйственных продуктов

АРМЯНСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕР — АРУТЮНЯН АРТЕМ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТШ

ПТ о л

АВТОРЕФЕРАТ ' п т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01. — Механизация сельскохозяйственного.производства и матицы

Ереван - 2000г.

о-зпья^ъзь-ииииъ №иаь№и

81?р-<ирпнс>зпкъз1гь ирззтг иьро-ьзь

аЗПЬгШ8Ч^Ьии^т- ИОЬР-ЙЪЬРЬ ЧЬРШТС1Шит, 4ЦШ1Р ирьчи-зьъ 2ЬРт1ФШиИРЦЬЭ\ЛтР[^ ^иРиНЬБРЬР!-» ¿мгыыпрпнг.ь-ч исцлшиг

I; 20.01. О-кицштйшЬишЦшО шртшгцнирциб йЬрЪОицшдтй и йЬрЬОшОЬр 11шигииц11шп1р|ш15р шЬ[иО]11]ш1}шО ^{1и1П!р|П!ООЬр}г рЬЦбшдпф q^lmшllшQ шиифбш0[1 Ьицд^шй штЬСифшитздшй

и Ь'иги 0-ЬР

ЬришВ - 2000р.

Тема диссертации утверждена в Армянской сельскохозяйственной

академии.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ш.М.Григорян

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

B.C. Бабаян,

кандидат технических наук, с.н.с.

C.Г. Арзрумцян

Ведущее предприятие: Научно — исследовательский институт

механизации и электрификации сельского хозяйства РА.

Защита диссертации состоится __" _______

2000 года в 1200 часов на заседании специализированного совета 033, по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Армянской сельскохозяйственной академии по адресу: 375009 Ереван, ул. Теряна, 74.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии Автореферат разослан USOH&. 2000 года.

Ученый секретарь спещГализированйого совета

к.т.н., профессор СХА Саакян A.A.

Liuibüuijununipiaiö pbü'iuü liuiuuiiumi]bi t <iujl]uiliiul|uiL> qjmipiiinGmhuiuliiuG

u.il]uiqbii{iiujniiS

q-fnmul}iuG цЫщЦшр' mh]xiGfiliuiliirü q{iin. lyiljinnp щрпфЬипр С.IT. f4-p[iqnpnuCi

'Пи^итйиЛрий pGiyilu5u:hmuGhp' inhIuG{il|iul]iuG qjun. грйцппр 4.U. PuipuijuiG

шЬ{иС11!}ш1ций qjnin. рЪЦйшдш и.Пк UpqpniiigjuiG Unuajmimup Цшцйш^ЬрщтрриО Q-jntqwuiGuibumpjiuG iShphGuijUHjii'iuG U ЦЫрлр^ф^шдйшй q ¡iui ui h hm uqn inш Ijiuü ]iQuui|imniui

^ui;>inu|tuGnipiniG|iIjuiiiuGuiiM t « »00р. 1200 —fiii <iujl)iuljiuG qjntqiuuiGinbuml|iuG шЦищЬйфшф mЬ|uGfi11шl|uiu q[umi¡pjni üGЬp[i rpiljinnpji qfiuiiulpuG шиифбшОД hiujgiiiuG 033 üiuuüuiq[uniul|uiü junphpqiiiil, hbmbjiui huiughjni}' 375009 bpbuiG, SbpjiuG 74:

UmhCiiufunimipiuiGp Ijmpbifi t f>uiGnpiuGiu[ шЬидцЬй^шф qpmquipiuGnttf: UhrpImqlipG umuipi|iu£> t « У » X/ukyCu,А- 2000p.

UuiuGiuqlimmlnuG Junphpqli qjuu.

puipinmip-up, ui.q.p. ицш.^Ьипр .Ii. UiuhutljjuiQ

f\2ö~42LyO

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

Эффективность использования солнечной энергии, количественная характеристика которой обусловлена радиационно-климатическими условиями данной географической местности, в большей степени зависит от того, насколько успешно будет решена задача устранения или компенсации двух основных недостатков солнечой радиации — слабой концентрации и прерывистости ее хода, требующих осуществления специальных мер (концентрация радиационной энергии, ее аккумулирование или устройство дублеров в пресбразовательнь э: системах). Очевидно, что по мере получения оптимальных технических решений в отмеченном направлении и обострения чувства постепенного уменьшения запасов органического топлива в мировом масштабе, экономическая целесообразность использования солнечной энергии станет аксиомой.

Судя по результатам анализа современного состояния и объемов использования солнечной энергии в масштабах всей планеты, это время настало, свидетельством чему существование в большинстве экономически развитых- странах крупнейших солнечных электростанций, гели-оводонагревательных и воздухонагревательных • комплексов, различных преобразовательных систем солнечной энергии, успешно эксплуатируемых почти во всех сферах деятельности человека.

К сожалению, Республика Армения, имеющая наиблагоприятней-шип условия для широкого использования солнечной энергии, не входит в числ<~> таких стран.

Наблюдаемая за последние 2-3 года тенденция восстановления в республике традиций эффективного использования солнечной энергии конечно следует приветствовать. Однако необходимо учитывать, что потерянные годы "бездействия" имели крайне отрицательные последствия; часть разработок потеряли свою актуальность, другие морально устарели, а остальные требуют совершенно нового подхода к решению проблем в сложившейся ситуации.

В связи с этим изыскание новых технологических принципов и разработка преобразователей солнечной энергии для фермерских и крестьянских хозяйств РА является актуальной задачей, имеющей научно-практическое значение.

Цель работы и задачи исследований. Целью настоящей работы является обоснование параметров и разработка преобразователей солнечной энергии для их использования в технологических процессах переработки сельскохозяйственных продуктов.

Поставленная цель достипгута решением нижеследующих задач исследований;

- теоретическое обоснование параметров преобразователей солнечной энергии водо- и воздухонагревательных систем для современных сельскохозяйственных перерабатывающих предприятий;

- теоретическое обоснование параметров установки для солнечной сушки сельскохозяйственных материалов на базе культивационного сооружения ;

- разработка программы, методики и конструкции технических средств для экспериментальных исследований;

- экспериментальное обоснование теплотехнических характеристик модуля гелиовоздухонагревателмюй установки для сушки сельскохозяйственных материалов;

- экспериментальное обоснование параметров водо- и воздухонагревательных коллекторных преобразователей солнечной энергии;

- экспериментальное обоснование параметров установки для солнечной сушки плодов на базе культивационного сооружения;

- производственное испытание разработанных технических средств и " "обоснование их экономической эффективности.

. Объект и материал исследований. Материалом й объектами исследований служили;

- плоды абрикоса сортов Ереваки и Сатени, персиков сорта Лодз и Наринджи, груш сорта Антаранн Гегецкуи и Малача, а также слив сортов Ренклод Алтана и Венгерка Итальянская, выращенные в условиях Араратской, Армавирской, Котайкской и Арагацотнской областей РА;

- лабораторная экспериментальная гелиоводонагревательная установка;

- лабораторные гелиовоздухонагревательные моду,и! и лабораторно-производственная воздухонагревательная установка;

- производственная установка диг солнечной сушки плодов на базе культивационного сооружения, построенная в селе Казараван Арагацотнской области РА.

Методика исследований. В ходе теоретических и э к с п е р и м е нталь н ых исследований использовались общеизвестные методики исследований тепло и массообменных процессов, общих теплотехнических экспериментальных исследований, основ системного анализа процессов тепло- и массопереноса, основ математических методов планирования эксперимента и планирования эксперимента при поиске оптимальных условий, а также теории подобия.

Результаты этих исследований обрабатывались согласно методикам теории вероятностей, теории подобия и математической статистики.

Научная новизна. Обобщены результаты научных исследований по вопросам рационального использования солнечной энергии в различных отраслях народного хозяйства, выявлены общие направления

развития гелиотехники и перспективность ее использования для осуществления ряда технологических процессов в сельскохозяйственном производстве.

Теоретическими исследованиями обоснованы параметры коллекторных преобразователей солнечной энергии и культивационного сооружения для солнечной сушки сельскохозяйственных продуктов. Разработана математическая модель и методика расчета водо- и воздухонагревательных установок для сушильных сооружений сельскохозяйственного назначения.

На основании анализа дифференциального уравнения баланса влаги и тепловыделений в культивационном сооружении, при сушке в нем продуктов растительного происхождения, получена расчетная зависимость, устанавливающая связь между такими определяющими параметрами как величина влаговыделений и мощность вентиляционной системы установки, и позволяющая с высокой достоверностью и необходимым уровнем точности определить как кратность воздухообмена, так и продолжительность работы вентиляционной системы; обеспечивающей требуемые для сушки оптимальные параметры микроэлемента внутри сушильного сооружения. '

Экспериментальными и опытно-производственными исследования; ми доказана высокая достоверность результатов теоретических исследований, выявлены технико-экономические к качественные показатели работы разработанных технических средств.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов.

Практическая ценность работы заключается в возможности широкого использования ее результатов при расчете и проектировании сушильных установок широкого профиля на базе гелиопреобразователей солнечной энергии.

Реализация результатов исследований осуществлена путем разработки и внедрения в производство таких технических средств как гели-оводонагреватель, гелиоколлекгорный воздухонагреватель и культивационное сооружение для солнечной сушки плодоовощной продукции.

Первые два технических средства в .виде опытных образцов, внедрены хз производство ЗАО "Сельмаш"' г. Егвард, Котайкской области, а последнее построено и передано для производственной эксплуатации в селе Казараван Арагацотнской области РА.

Отдельные положения диссертационной работы приняты инженерным и агрономическим факультетами Армянской сельскохозяйственной академии для использования в ходе преподавания курсов "Сельскохозяйственные машины" и "Технология сушки".

Апробация работы. Основные положения, диссертации доложены:

- на ежегодных научных конференциях аспирантов профессорско-преподавательского состава Арм СХА (1998-1999гг)

- на международной научной конференции "Аграрная наука и преобразования на пороге XXI века" (Ереван 1998г)

- на совместном заседании кафедр "Сельскохозяйственные "машины, автотракторы и транспортные перевозки", "Механизация сельскохозяйственного производства" и "Технология переработки продукции растениеводства" Арм СХА.

Публикации. Основные положения диссератации опубликованы в шести научных работах.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 165 страницах текста компьютерного набора, содержит 54 рисунка, 17 таблиц и состоит из введения, четырех глав, общи:: выводов и рекомендаций, пяти приложений и списка использованной литературы, включающего 120 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности диссертационной темы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертационной работы приведен обзор развития гелиотехники и анализ современного состояния изучаемой .проблемы. Рассмотрены конструктивные особенности существующих преобразователей солнечной энергии и выявлены перспективные направления их применения в технологических процессах переработки сельскохозяйственных продуктов. Анализирована радиационно-температурная характеристика и выявлен гелиоэнергетический потенциал Республики Армения.

В контексте этих вопросов сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе изложены основные положения и приведены результаты теоретических исследований, где кроме обоснования параметров тепловых коллекторных преобразователей солнечной энергии, выявления принципов расчета и проектирования гелиоводо- и воздухонагревателей, сформулирована задача обоснования основных параметров установки на базе культивационного сооружения для солнечной сушки сельскохозяйственного сырья.

В частности, по первой из рассмотренных задач установлено, что основные теплотехнические и конструктивные параметры гелиоколлек-торных преобразователей солнечной энергии как водо, так и воздухонагревательных систем должны быть обоснованы с учетом суммарной солнечной радиации, величину которой следует определять по формуле 1. При этом необходимо учитывать величины тепловых потерь из коллекторов, которые могут быть рассчитаны по выведенным зависимостям, и согласно предлагаемой методике, приведенным в работе.

^ (к«)

ка.

где 1„, 1Д —прямая и диффузионная составляющие солнечной радиации на горизонтальной плоскости; ^ — коэффициент перехода от плотности потока прямого или рассеянного излучения к плотности излучения в плоскости ориентации коллектора; у-отражательная способность облучаемой поверхности; Робщ-общая, облучаемая солнцем площадь поглотителя гелиопреобразователя; Кап-приведенная поглощающая способность системы покрытий относительно прямого или рассеянного излучения; Ка- коэффидиент излучения поверхности.

Там же определено, что разработанная математическая модель и методика расчета воздухонагревательной установки д\я сушки сельскохозяйственных продуктов, состоящей из коллекторных гелиопреобразо-вателей на базе тепловых труб, могут быть рекомендованы для практического применения1 поскольку учитывают теплотехнические характеристики как всех составляющих элементов системы, так и промежуточного жидкого теплоносителя, находящегося в испарителях тепловых труб.

Принимая важность задачи определения для гелиовоздунагреватель-ной установки количества модулей коллекторных преобразователей и схемы их соединения для определенного расхода математическая модель реализована таким образом, получено:

I. теплоносителя, что в результате

>д

лт,

'(кср-1) + 1

'9ксР модулей

+ 1

(2)

г. реойразователеи

где п-количество модулей коллекторных гелиовоздухонагревательной установки; ТЕЬ1Х-температура теплоносителя на выходе из коллектора, Та-температура наружного воздуха, Кср-коэффициент, зависящий от расхода теплоносителя.

Имея значения кср д\я различных расходов Ь и ДТ1, можно опреде-' лить число модулей в ряду при различных расходах теплоносителя

Ь, = 1,..д„, 11,-при Ь„ п2-при Ц и т. д. Зная общий расход теплоносителя

для выполнения данного технологического рядов М для различных вариантов:

процесса, найдено число

—41 = М. Ь,

— = М,;...;—= м„ и Ь„

(3)

Или же общее количество модулей в установках: М,п,; М2п2; ...;М„п„. Из всех этих схем соединения рекомендован выбор той для которой общее количество модулей минимальное. Переходя к решению задачи

определения параметров установки на базе культивационного сооружения в работе прежде всего обосновано назначение этого сооружения —обеспечить такие микроклиматические условия внутри сооружения, при которых достигается заданная эффективность протекающего в нем технологического процесса сушки плодоовощной продукции.

При этом задача разделена на три самостоятельных этапа: определение площади теплоаккумулирующей части сушильного сооружения, выявление закономерностей изменения площадей технологической части сушилки в зависимости от ее производительности по исходному сырью и обоснование мощности вентиляционной системы сушилки обеспечивающей оптимальные микроклиматические условия, регламентированные технологией сушки того или иного конкретного материала. :

В результате решения задачи первого этапа получена расчетная зависимость (4), позволяющая определить параметры такого тепло-аккумулятора (базальтового щебня) сушилки, который обеспечит наиболее- оптимальные условия для сушки сельскохозяйственных' продуктов в тепличном сооружении в суточном разрезе:

р _ (о:; +Ол:)____(4)

^•оср

где

О4" = 4.66Р-

Л1

С V,

Ом = IX - 1н)1 ЮИ,^ + 3^Г-

(0.27 - 0.007е»- + 0.814(Т: _ )

Принятые обозначения: Р0-площадь теплоаккумулятора^. и Од соответственно конвективный и лучистый (радиационный) потоки тепла; А-половина суточной амплитуды температуры на поверхности материала теплоаккумулятора; >.ак, Сак, уак -соответственно коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость и плотность материала теплоаккумулятора; -11 -температура поверхности теплоаккумулятора; ^-температура наружного воздуха; Коср-сопротивлениетеплопередачи в материале теплоаккумулятора; тр температура воздуха внутри сушилки; Бв- площадь вертикальных ограждений сушильного сооружения; V- скорость ветра вне сооружения; Р„ — площадь наклонных ограждений сооружения; -дн —объемный вес наружного воздуха; — расход воздуха вентиляционной системы; И2 — общая площадь ог-

раждений сооружения; е"н - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре наружного воздуха, С' — коэффициент, зависящий от широты местности; п0 — облачность в долях единицы; 6Л-коэффициент, зависящий от облачности неба; а- угол наклона крыши сооружения. ■ •

На основании взаимосвязи конструктивных и технологических параметров сушильного сооружения получена расчетная зависимость (5) для определения площади технологической части сооружения;

1*1. (5)

где: Мн — циклическая производительность сушилки по исходному сырью; Кр — коэффициент, учитывающий свободные проходы между технологическими линиями и ограждениями сушильного сооружения; Кт — нагрузка высушиваемого сырья на единицу площади сушильного ящика (подноса); пя — количество ярусов.с сушильными ящиками. ., . .

При использовании культивационного сооружения в качестве сушильной установки важно знать закономерность изменения температуры внутри этого сооружения в течение светого дня, чтобы определить не превышается ли предел допустимой температуры нагрева данного высушиваемого материала, а также ход этой температуры в течение ночного промежутка времени, чтобы определить достаточна ли тепловая мощность выбранного теплоаккумулятора. Чтобы ответить на поставленные вопросы, решением (4) относительно температуры среды и приняв, что т = Т, = Г2 = 10 и Р0 = РХех

0.327МнКр л --. I мнКР

К " п А^-акСакУак + 1Н „ " „ + * + У

гг, я ^косрктпя

X + у +

Р

0.814МНК КосрКтпя

Х=3.8к1-^-+Ъ| + В.Нс +в(нк

У = !0ч^(В,Нс+ВсНк)+3.7Ьс| -^- + 1)

Ъ = 4.66

1Н +273 100

^соэа ) ^ (0.27 - 0.007е"н )(1 - С'П^З^Н, + + + Ь созо

(6)

(7)

(8) (9)

где : Как показал анализ полученного выражения, приведенный в диссертационной работе, формула (6) правильно отражает механизм протекающих в тепличном сушильном сооружении процессов тепло- и

массообмена и может быть применена для расчета и проектирования этих сооружений.

Переходя к третьему этапу решения поставленной задачи, цель которой определение параметров вентиляционной системы сушильного сооружения, которая должна исключать перегрев и ,,пропаривание" высушиваемого материала, следует отметить следующее.

Сушильное сооружение культивационного типа с теплотехнической точки зрения представляет собой сложную систему, поскольку под воздействием солнечной радиации протекание процесса интенсивного влаговыделения от высушиваемого материала сопровождается одновременным изменением двух основных параметров микроклимата; температуры и относительной влажности воздуха внутри сооружения. При бесконтрольном изменении указанных параметров могут нарушится технологические режимы сушки, что станет причиной порчи, или в лучшем случае-ухудшения качественных показателей высушиваемого материала.

Очевидно, что первый из этих параметров-температура воздуха, при определенной конструкции сушильной установки будет зависеть от-внешних факторов и будет неуправляемой. Второй же, относительная влажность, может стать легко регулируемым при оборудовании сушильного сооружения эффективной системой вентиляции. Вопрос лишь состоит в том как будут увязаны параметры такой системы с режимом влаговыделений во времени.

С целью получения ответа на этот вопрос составлено дифференциальное уравнение (10) баланса влаговыделений в рассматриваемом помещении

Ьпя„<1т + мв<1т + 1.пдвск = упск1в (10)

где Ьп -количество воздуха, проходящего через сушильное сооружение, м3/ч; -удельное содержание влаги в приточном воздухе, кг/м3; чв-то же, в воздухе сооружения в данный момент времени, кг/м3; Мв-количество влаговыделений от высушиваемого материала, кг/ч; У„-объём помещения, м3; т-время, ч.

В левой части уравнения (10) первый член выражает количество влаги, вносимого приточным воздухом, второй член- ее количество, выделяемое в помещении, третий член-количество влаговыделений, уходящих из помещения.

Решением (10), с учетом оптимальных значений кратности воздухообмена (гтк), а также известных закономерностей изменения влагосодержания материала в процессе сушки, окончательно получена зависимость (11) для расчета мощности (расхода . воздуха) вентиляционной системы культивационного сушильного сооружения:

где \\?кс - начальное и конечное влагосодержания материала; х - продолжительность процесса

В третьей главе диссертации приведены программы и методика экспериментальных исследований, а также описание конструкций и принципа работы примененных технических средств.

Согласно поставленной в работе цели и задачам исследований разработана и реализована программа экспериментальных исследований, предусматривающая:

• Разработку методики и конструкции технических средств для экспериментальных исследований;

• Экспериментальное обоснование теплотехнических характеристик модуля гелиовоздухонагревательной установки для сушки сельскохозяйственных материалов;

• Экспериментальное обоснование параметров водо- и воздухонагревательных коллекторных преобразователей солнечной энергии;

• Экспериментальное обоснование параметров установки для солнечной сушки плодов на базе культивационного сооружения;'

• . Производственное испытание разработанных технических средств и

обоснование их экономической эффективности.

Материалом и объектами д\я экспериментальных исследований служили

• Плоды абрикоса сортов Еревани и Сатени, персика сортов Лодз и ' Наринджи; груш сортов Антари гегецкуи и Малача, а также слив . сортов Ренклод Амана и Венгерка Итальянская, выращенные в условиях Араратской, Армавирской, Котайкской и Арагацотнской областей РА;

• Лабораторная экспериментальная гелиоводонагревательная установка, лабораторные гелио-воздухонагревательные модули и лабораторно-производственная воздухонагревательная установка;

• Производственная, установка для солнечной сушки плодов на базе культивационного сооружения, построенная в селе Казараван Арагацотнской области РА. . - . - '

Весь объем запланированных экспериментальных исследований был разделен на две основные группы. В первую входили эксперименты теплотехнического характера, когда исследовались соответствующие процессы, имеющие место в гелиоводо-и воздухонагревателях, а также культивационном сооружении для сушки. Вторая группа экспериментов носила теплотехническо-технологический характер и осуществлялась в основном в культивационном сооружении. Материал для последних-плоды различных культур, выбирался особенно усердно, чтобы исключить в общей их массе наличие поврежденных и больных плодов. Специально контролировался вопрос принадлежности этих плодов одной агроэкологической группе, одинаковости степени их зрелости и .

т.п. Доставлялся материал в лабораторию в специальных ящиках, общепринятыми транспортными средствами с соблюдением правил перевозки, регламентированными соответствующими Гост-ами.

Начальная и конечная влажности исследуемого материала определялись по методике одночасовой сушки при 100°С в сушильном шкафу СЭШ-ЗМ.

Товароведческая оценка получаемой продукции и определение ее качественных показателей осуществлялась в химико-технологической лаборатории кафедры технологии переработки растениеводческого сырья СХА, в соответствующих лабораториях НПО "Парен" предприятия "Армагроэкспертиза" и Госстандарта P.A.

Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась методами математической статистики, позволившими с высокой точностью оценить достоверность полученых опытных данных.

В четвертой главе работы приводится анализ результатов экспериментальных исследований.

Первый этап исследований включал опыты, результаты которых анализированы в работе, по определению теплотехнических характеристик модуля гелиовоздухонагревательного коллектора с тепловыми труба'ми. : •

Второй этап экспериментальных исследований был посвящен изучению водо- и воздухонагревательных коллекторов без тепловых труб. В числе первых из них были рассмотрены коллекторы, представляющие собой трубчатую стеклянную конструкцию, помещенную в "тепловой ящик", которая позволяет использовать различные варианты тепло-приемников, как пористых, так и непористых, а именно с теплоприемниками из гравия и алюминиевой фольги.

Результаты проведенных экспериментальных исследований, приведенные на рис.1, представляют из себя график зависимости коэффици-

т - т

ента эффективности (т|) коллектора от соотношения ——-, где Tj —

h

температура воздуха на входе в коллектор "С, Т„ -температура воздуха

на выходе из коллектора °С, 1т .плотность потока суммарной солнечной радиации в плоскости коллектора. При этом нумерация на графике соответствует вариантам: 1 -прозрачные стеклянные трубки с поглотителем из гофрированной алюминиевой фольги, 2 -то же с поглотителем из базальтового щебня, 3 -коллектор заводского выпуска с фреоновыми тепловыми трубами и 4-окрашенные в черный цвет пустые стеклянные трубки.

Как показывает анализ приведенного графика, коэффициент эффективности воздухонагревательных коллекторов изменяется в широких пределах. Так, если для коллектора с алюминиевой фольгой г) = 0.58, то для пустых стеклянных трубок - всего 0.32, а заводских с фреоновыми тепловыми трубками - 0.38. При этом очевидно, что наиболее эффективным из рассмотренных вариантов гелиоколлекторов

\

0,6

о,-А

0,2 О

и 29 30

(Го-Гс)/17*К°^

Рис. 1. График зависимости коэффициента еффективности коллектора от теяювого напора солнечной радиации.

ККАЛ 7000

6500

6000

5500 5000

X.

N

> \2_

«8 т-г 8,12.

е,9(

е, 38

I 3 ? Л V Л 'й й ? ч V .■ I.

/Уесяць/ /-ода

Рис.2. Сравнительная оценка по среднедневной теплопроизводителшости спроекптрованного (1) и сравниваемого (2) гелиоводочагревателей.

является коллектор со стеклянными трубками, наполненными гофрированной алюминиевой фольгой. Техническими параметрами этого коллектора являются: полезная площадь теплоприемника -1.2м2, количество стеклянных трубок -20, расход воздуха -12 ...16л/сек-м2, максимальная температура нагрева воздуха - -Ь65°С

Далее, в работе рассмотрены результаты экспериментальных исследований по разработке гелиоводонагревательной установки, предназначенной для обогрева воды и использования ее в бытовых нуждах, в технологических процессах переработки сельскохозяйственной продукции, а также обогрева помещений.

Результаты этих экспериментов в виде графического материала приводится на рисунке 2, анализ которого позволяет констатировать , что разработанный водонагреватель превосходит серийно выпускаемый по показателям среднедневной теплопроизводительности и эквивалентной экономии расхода электроэнергии.

Так, если в середине июль-августа дневная теплопроизводитель-ность у спроектированного нагревателя составляет около 7000 ккал/ день, то у сравниваемого образца этот показатель равен 6750 ккал/день, т.е. превосходство составляет 3.5.-5.0%. С учетом того, что изготавливаемый в наших условиях гелиоводонагреватель по своей рыночной цене более чем на 60% дешевле заграничного аналога, можно твердо констатировать, что производство и сбыт спроектированных водонагревателей в условиях РА экономически полностью оправдано.

В разделе 4.3 диссертационной работы приведены результаты экспериментальных исследований по определению характеристик плодов, е озделываемых в РА, как объектов сушки. В числе этих характеристик рассмотрены как физические (масса плода, масса косточек, средняя масса ядра, плотность и объемная масса), так и теп-лофизические (удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и температуропроводности) свойства изученных сортов плодов.

Предпоследний раздел четвертой главы работы посвящен анализу результатов экспериментальных исследований по обоснованию параметров установки для солнечной сушки растительного сырья на базе культивационного сооружения. -

Целью этого этапа экспериментальных исследований было определение достоверности результатов теоретических исследований по обоснованию площади теплоаккумулятора и мощности вентиляционной системы оранжерейного сушильного сооружения, а также уточнение величин отдельных коэффициентов, входящих в расчетные зависимости и разработка методики расчета сушильной установки для солнечной сушки сельскохозяйственных продуктов в сушильном сооружении тепличного типа.

Установленно, что образец оранжерейного сушильного сооружения, по параметрам теплоаккумулятора и мощности вентиляционной системы рассчитан без нарушения норм проектирования и полностью

удовлетворяет требованиям технологического процесса солнечной сушки' различных продуктов.

Об этом свидетельствует тот факт, что температура воздуха внутри сооружения (Рис. 3) в течении самого неблагоприятного промежутка времени (300ч.^600ч) не опускается ниже 25°С, что является достаточно надежным потенциалом для ее быстрого повышения по ходу наступления очередного светового дня. Необходимо отметить также довольно короткий срок такого состояния, практически всего 2 часа (от 430 до б30), что также свидетельствует о надежной и стабильной работе теплоаккумуляционной систем ,1 разработанной сушильной установки.

7О 60 50

ио

30

го

Рис.3. Расчетная и экспериментальная кривые изменения темпереглуры воздуха внутри сушильного сооружения в течение суток. Расч :.лная зависимость-пунктирная линия, экспериментальная зависимость-сплошная линия. Параметры эксперимента: рд=100м2, 1н*=20°С, у= 1.0м/с.

Дальнейший анализ графика показывает, что и по мощности вентиляционной системы разработанное сооружение спроектировано на достаточно высоком уровне, о чем Свидетельствует кривая ф = Г(Т) изменения относительной влажности воздуха внутри сооружения в течении суток. Как видно из графика, относительная влажность воздуха внутри сооружения в течение именно того промежутка времени (10°^ до 20°°) когда происходит интенсивная сушка материала, практически постоянна и находится п пределах оптимальных значений 45-48%. Некоторое повышение ф в ночное время суток от О.00 часов до 400 объясняется отключением с 2200 до 900 угра вентиляционной системы. Необходимо однако отметить, что даже в отмеченный промежуток времени, относительная влажность воздуха не превосходит рубеж критического ф = 70%.

На основании вышеизложенного анализа констатировано, что выведенные расчетные зависимости с достаточной точностью отражают суть протекающих в разработанном сушильном сооружении процессов и могут быть рекомендованы для практического применения.

Программой производственных исследований было предусмотрено проведение испытаний тех разработанных технических средств, которые были изготовлены в производственном варианте и позволяли определить как полные их технические характеристики, так и исходные данные для технико-экономического обоснования.

Этими средствами являются гелиоводонагреватель и сооружение для солнечной сушки сельскохозяйственного сырья.

В результате этих исследований установлено, что внедрение предлагаемой гелиоколлекторной системы отопления и горячего водоснабжения на базе разработанного гелиоводонагревателя обеспечит экономию топлива, затрачиваемого в настоящее время на эти нужды в сельском хозяйстве не менее, чем на 30%.

Констатировано также, что культивационное сооружение для солнечной сушки, "вошедшее "в комплекс "для безотходной переработки плодов, обладает высокой экономической эффективностью о чем свидетельствует тот факт, что внедрение этого технологического комплекса," обеспечивает полную окупаемость капитальных вложений за 24 месяца, а по истечении 36-и месяцев создается возможность расширения производства за счет собственных средств в сумме 98 тыс. долларов США.. Все данные свидетельствуют о прибыльности и перспективности организации производства сухофруктов на базе предлагаемого технологического комплекса безотходной переработки плодов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы и предложения.

1. При компоновке единой гелиовоздухонагревательной установки для конкретного технологического объекта, имеющего в своей основе модули коллекторных преобразователей площадью 1,4 м2 на базе тепловых труб в качестве оптимальной схемы их соединения следует принять схему: по два модуля последовательно и далее попарно-параллельно. При этом обеспечивается максимальный КПД установки ' = 70% и перепад температур до + 40° С, соответствующий расходу воздуха до 300 м3/ч через единичный модуль.

2. У гелиовоздухонагревательного коллектора на базе тепловых труб по мере повышения температуры входного воздуха происходит уменьшение перепада температур, вследствии чего, для определенного расхода воздуха, существует четко определенная критическая температура входа, после которого коллектор начинает работать "вхолостую" с перепадом, равным нулю. Этими

критическими температурами являются: 1вх = 54,5°С для расхода Ь = 100м3/ч; 1вх = 51,4°С для расхода Ь=130м3/ч; и 1вх = 49°С для расхода 170м3/ч;

3. Испытания трех вариантов коллекторных преобразователей солнечной энергии на базе стеклянных труб: пустых, окрашенных в черный цвет, с теплопоглотителями из базальтового щебня и алюминиевой фольги показали, что наиболее эффективным из них является последний, имеющий технические параметры: полезная площадь теплоприемника —1,2 м2, количество стеклянных трубок — 20, расход воздуха - 12-16 л/с м2, максимальная температура нагретого воздуха +65°С.

4. Эффективность работы разработанного гелиоводонагревателя благодаря своим конструктивным особенностям и отдельным техническим решениям доходит до 65 + 70%, что на 15 + 20% выше, чем у сравниваемого образца выпуска греческой фирмы Фирогенис. Новый гелиоводонагреватель на 3,5 + 5.0% превосходит существующий и подневной теплопроизводительно.стн.. до ходящей до 7000ккал/день. С учетом того, что разработанный водонагреватель, изготовленный в условиях РА имеет рыночную стоимость на 60% ниже греческого образца, на вопрос о целесообразности организации его выпуска в республике следует дать однозначно положительный ответ.

5. Среди большого многообразия существующих гелиопреобразовате-лей, открывающих широкую возможность применения солнечной энергии для переработки, а именно сушки продукции растениеводства, наиболее перспективными являются системы, основанные на применении культивационных сооружений. Однако они низко производительны и конструктивно несовершенны, что является следствием отсутствия научно-обосноеанного подхода к общепринятым нормам, принципам и правилам разработки и проектирования сушильных сооружений.

6. Выведенная впервые на основании анализа дифференциального уравнения баланса влаговыделений в культивационном сооружении для. солнечной сушки продуктов растительного' происхождения формула," устанавливая связь между такими определяющими параметрами как величина влаговыделений и мощность вентиляционной системы установки, позволяет с высокой достоверностью и необходимым уровнем точности определить как кратность воздухообмена, так и продолжительность работы вентиляционной системы, обеспечивающей требуемые для сушки оптимальные параметры микроклимата внутри сушильного сооружения.

1. Установлено, что разработанное культивационное сушильное сооружение по параметрам теплоаккумулятора и мощности вентиляционной системы полностью удовлетворяет требованиям технологического процесса солнечной сушки различных продуктов

растительного происхождения. Свидетельством тому высокая "остаточная" к б00 часам утра температура воздуха в сооружении (г = 25+32°с) и стабильность его относительной влажности (<р = 45+48%) именно в тот промежуток времени (1200 - 1700), когда происходит наиболее интенсивное влаговыделение из высушиваемого материала.

8. На основании производственных испытаний разработанных технических средств установлены их нижеследующие технические параметры: а) гелиоводонагреватель - теплопроизводительность -ПООМУс, максимальная температура нагрева воды +70°С, максимальный расход воды -0,05 л/с, емкость бака аккумулятора -150л., площадь коллекторов 2,6 м2; б) культивационное сушильное сооружение -площадь остекления - 238 м2, объем теплоакку-мулятора (базальтовый щебень)- 21,6 м3, максимальная температура воздуха в процессе сушки + 72°С, относительная влажность воздуха -.40 4-55%, мощность системы вентиляции 12000 м3/ч.

9. Согласно технико-экономическому обоснованию комплекса для безотходной переработки плодоовощной продукции, в состав которого включено культивационное сооружение естественной сушки, после трехлетнего срока полной окупаемости, обеспечивает годовой экономический эффект в размере 98 тыс. дол. США.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Рациональное использование солнечной энергии в процессах сушки продукции растениеводства. Материалы международной научной конференции "Ахронаука и реформы в предверии XXI века" 5-7 ноября 1998г, Ереван

2. Гелиоустановка горячего водоснабжения. Журнал "Агронаука", №2, 1999г, Ереван (соавторы: Ш. Григорян, В. Яврз'янк

3. Техническая характеристика и экономическая эффективность комплекса для безотходной переработки плодов. Депонированные научные работы. Ежеквартальный реферативный сборник Арм НИИНТИ, №2, 36 1999г, Ереван (соавторы: Ш. Григорян, В. Явруян)

4. Характеристика плодов, выращиваемых в Республике Армения, как объекта сушки. Депонированные научные работы. Ежеквартальной реферативный сборник Арм НИИНТИ, №2, 37 1999г, (соавторы: Ш. Григорян, В. Явруян).

5. Аналитическое описание процесса конвективной сушки плодов. Сборник научных работ Арм СХА и Груз СХУ, Тбилиси-Ереван, 1999г, (соавторы: Ш. Григорян, В. Явруян).

6. Гелиовоздухонагреватель для сушильных сооружений сельскохозяйственного назначения. Сборник научных работ Арм СХА, серия "Технические науки" вып. 3-4, 2000г, Ереван (соавторы: Ш. Григорян, В. Явруян).

:ögmfdiuxnqlimgiu(TnIrri girrtimnqmgm 6gmdg } çmfi6iu6mbnm q üdqdmqpmdmfn ijüqr)6u3ilji gmliml]ijr)nlqin .QmJiljmZji gq ~jjmtidutimgpi]q 'ügiufdiiHjmnmtimq ßgmtlli gq jjmliöiußmlTirn'ilrjiufdiumZp ijilqgdfuulli çm{i6mmn puidßtrtdgü ijdqgguifdiumubminqq gmlimnqin } <jmfidulimgpil> :dgiufdiu<nuldqïi iJiIqgSijmlTiiIm i[dqggitirdininubminqq gm^mürmlm^iluifi } piufyübligü ünjiulb lidudduc

:ü3guidbtin i]agminmn|Zm iu дЗоттфбшит!) ildqg6u¿ilp gmfymfiilgnlqin рггфтптйттЬ! au Qmjmqinmnjmg йтртц ijüqggiurdiuimibminqq grrdimdmdmçduiji gmfymdlimmilm ш dummdudml qmg nqbi?gi[ 'üdqgmlnflnidqp <jmlif)m?p dmpmq дшрбш^бдш iu gmphiilqt|tnpbmfi ijdqpduijitmnilb gq çm|ulqd piunjlb üduddq

:fldqggiafduiurabrmnqq q ггфЫн и m !} m m m huj i!gmp[Iü|imi¡pi¡q i[dqdinqpmdmhi ijßfiuumii gijfmgmmpdq¿ gmp6mdu? i|ilqg3üqdp g mí) m n q m g m mli ш f b q ijüqg?i¡tldma[infimpdq<5 iJfmiJbUqgi gill'mqUm gq pillad 6gudu 'üilqgagiuflidm i[dqggiufditnnubmmqq gmtimriqin gq çmjullimtimi piunflb luludt|dq

:üilqgili[lign] i[dqggiufdiuinubmmqq gq {>mfihulql]ni49 mdji gmpiiq 'üguil'duitfiuldqfi gmfduiilijrimgpiuniu

i}timpi{Ji ijliilm iliñigrij } çmjiilqîi piunjlb gt]6mi¡m gmfdiunua[mgqmfi

' " " " " ......... :dmpmq gmpçdubminbo mqjimgiuflidm

i)frm{bdqg5 ijqilm piugiufdiudlirrundm pml]rnnqinguimlnurb gmfdtumqfnmdgmq dqp Iqddmq dqgijlnu iJ6mdgil<$mum ; gtimwmhig gmfdiunurLjingqinm gfiuQ

:pui3dm? ijdqggijfmilmtigmuqqgmmgqpm qdqdb 1 piugp rtdo q?gijp mg 'piuddijli gmI|miIbtriqdmrilZm ilujimuinmlng Iq^imum Jiupiuum gmpçilubminbo ilftnijbdqgl gijfmqdm Jiulqgip ifbgmä 'dmpmq gmfdiumqlnrndgrn^ llgminnmfm'j- } gmfinullidm Iqjimum flüijligni :üpiudutimgpi[q ijdqglinngmliq gmpumiliPi lmguiJ6mii 6gmdli piudqgömdgü^dub gmïimijbulugnjqm dqdümin iu gpiul)m?p i|dqga<jm{i6iuumf] ^mJvQdubmlqtlrnmmfi ijdqg?i{íidnm[uiíimpdq8 'Оршйтдф ijdqgijbiu gmpgdubminbo mqjimgiuflnlm ildiufdUm lifm ijfmilbdqg; pmgmrii{ligmq 1 ggmtimfmpradq iPimgmpm_p :JimIqgdmZmhi umtnngm. gqdugmtimgQdub 3 Qmjimpo gdu 'diufdUiri ijp iftmbq ijfimlbdqgi gi}fmpdq¿ } piugmmpigmq flqdn

:piutimZp q piudujimrjpijq i|dqdmqpmdmfn ijilqg?ijïidmn]tu}impdq8 gijfmqdm dmpmq gmpfim?pmdqïi ijdqgddqdp gmlimnqmginmUiuf-t,

líGA-bJ-in iiussjii 'mcvujGWUdii^-jqs