автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Системы охлаждения с промежуточным хладоносителем на базе жидкостного аккумулятора холода и льдогенератора

Министерство образованна

Одесский институт низкотемпэратуриой техники и зкеог&ткки

Г8 ОД

Ч Iii правах рукописи

Аспирант АЛЬ-ЗЛГХОЛ ХАЛЕД АХМЕД

системы охлаждения с хд/докоашшм ил

базе г.117цюсткого /¿стешггора холоду и льдопиердтсра

Специальность: 05.04.03 - Машины и аппараты хслодшаноД и

криогенной техники и систем кондиционирования

АВТО Р-Е ФЕРАТ

диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Одесса - 1994

РьЗота выпо-жжа в Ода зеком институте пизкотомшрзтурной техники и энергетики.

Научкь'э руководители: Акадохих АНТК, доктор технических наук, профессор Чуках И. Г. Доцэнт, к. т. н. Онищзнко В. П.

Официальные оппонотты: Доктор технические наук, профоссор Козьминых A.B.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Чернозубов A.M. .

Вадушая организация: {310 "Одосхолодмаш", г.Одесса

Защита д/.ссертзшм состойся ч23" О J 1994 г. в 11 часов на згеодзнга сгацкализкрсаэье.ого совета ЮЙ8.27.01 при Одесском институте низкотохтературлог техники и энергетики, по адресу: 270100, г. Одесса, ул. Еотра Великого, 1/3.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ОИНТЭ

Автореферат разослан ^^_ 1994 г.

Учоныа сокретгшь специализированного Совета д.т.н., профессор Никульшин P.K.

Вых. Ко ДЗ-^^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность т^мм. РаЗОЗбОТКЭ И создэнив новых тохнологи-ческих приемов; и технических средств, позволяющих уменьшить расходования-■ иаТЕдкалБных- и энергетических ресурсов, является одной кз важных: огйдас задач мировой экономики. Актуальной является эта. проблема и-'при: вуработке искусственного холода, его использовании для разлпзшах те-хнолопг-геских целая. Прямо и непосредственно вклзншэяггся-- в--нега задачи- экологические аспекты, связанные с экошзмиэа- знергорссурсов,. загрязнением ■ атмосферы хладагентах;:, использованием хладзносителея,. частотно взаимодействующих с падевыми" продуктами, прайлэмзми безопасной эксплуатации холодильных установок.

Большая - частк- хшюдильных- установок предназначена дая схлаж-.дения жидгах'хладрнппигалэя (чаще вода), кототзыэ в свою очередь используются для охлаждения жидких- пкдевых продуктов, в системах кондиционирования воды, и воздуха жилых здания,. поошплвнных цехов, шзхт и т.п.. Б таких- охлаждающих. системах получили распространение водяные гккухуляторы холода,, позволяюзиэ осуществлять выработку холода ночью пш- использовании- более дековой, чом в дневное всемя,. электроэнергии, оперативно пользоваться накопленным холодом, спгснать мощноста устанавливаемого оборудования, уменьшать эксплуатационные расходы наряду- с удовлетворением ряда экологических требования. Однако, розкоперЬуенпыя, пиковый характер нагрузок на такие охлаждающие система часто приводит к нарушений технологических условия по тампэрзтурэ хладоноситэля, сопряяэн с дополнительными расходз?.от зносгии» потерями качества охлзздзэмых пжцэзых продуктов. Поэтому " г-хтуальноа является задача создания новых охлзждзюаих систем с льдогенераторами, вьмсраживзкшми лад из потока хладоноситэля с■ возвхзгкеыкз» льда обратно в поток. За счот' таяния полученного- колкого", чеауйлзтогс льда можно понизить темпзратуру- хладоносителя до требуемого технологией уразня. Проведение необходимых исследовательских работ, разработка методики проектирования соответствующего этим солям льдогенератора и охлаждающей системы в. целом позволят,.- сохранив преимущества систем с жидкостными- аккумуляторами- холода, получить'охлаидающую систему болзэ эффективную знэрпг.-ячесюг.. экологически, по эксплултзциоя-ным затратам * чем Еьше судэстзухЕие с использованием процесса на-мораккзаяия льда гак способа-аккумулирования холода.

Цальм гагаты является разработка методики проектирования ох-лаждакхцег систем с -промежуточным хлэдоноситэлем - лэдядоа водой на базе водяного аккумулятора холода и льдогэперзтора.

Для этого необходимо решить слздуюазга задачи:

- разработать математические модели- систем холодоснабжовия с про-ме:куточны7.г хладоноситолем к сг использованием водяного аякумуля-тора холода, льдогенератора» а тагсэ разл:гшьгаи системами инокуляции хлздоностгалп.;

- на базе подученных матсматнчэеюзЕ моделей разработать соотношения для оценки пэобходшых а мшпкзгьпых значения сбъожй акку-яулятсра холода, мокзости усггаааягзаэжого охлзвдащэго оборудования, производительности льдогенератора;

- стираясь на кировоа сшг проектирования льдогенераторов чешуйчатого льдэ барабанного типа, раздаЗаггагь методику проектирования льдогенератора ледяной аута о односторонний внутренним вымораживанием льда из водяного потека, соответствующего целям работа охлаздзкиих систем с промежуточным хладсносителги. При

этом желательно использовать болэз васокиэ, чем -20 - -зо °С значения тенпгрзгур кипения озедоб-эзолзеного хлэдзгента (аммиак

с растворимый маслом) и более низкой степени переохлахщения льда, соезаекого с вкутданнеа поверхности бззабана льдогенератора;

- пдавастк расчеты временной длительности ггооиесса таяния льда , в штока лэдяног вода,- а такда конечной температуры хладоносителя пот различных его расходах к производительности льдогонетэзтотза;

- обобщить к согласовать полученные результаты в рамках методики проектирования охлавдаю'дих систем с промежуточным хладоносите-лэм.

научное положение, эа'иищлемое в работе

Применение аммиака с растворимым маслом в качество хладаген-. та в охлзждавагих системах с промежуточным хладоносигелем на базе жидкостных аккумуляторов холода к льдогенераторов позволяет снизить расходы электроэнергии на выработку холода от го до 50® по сравнению с дэгетвувцими системами.

Научная НЩШ2Ш* оенорны?» нлуцн^ю результаты

1. Разработаны матекзткчаскно модели различных систем холодоснаб-х.'еяия с промежуточным хладоносителем на базе водяного аккумулятора холода, испарителя для охлаждения воды и льдогенератора чсаукчатого льда, котошэ представляют собой система обыкновенных дифференциальных уравнена с ззпаадьзэ.одач аргукектод: и описывают обьемныз, знэ'ргзтичоекко характеристики и температурные изменения в этих системах.

2. Пооьедои па база полученных катоматкчоеккх модолэа онерготех-нологичоекки анализ и сопоставление характеристик систем холо-доснаби:эния с различшг схемой циркуляции хладоносителя для случая их компактного исполновия и в условиях снятия гипсовых тепловых нагрузок в те~аш'.э суток, получены простые соотношения для проведения проектных расчетов ебщкх требуемых характеристик этих систок.

3. Йолузналитическим методом корректно розона краевая задача намораживания тошного слоя льда'на внутренней цилиндрической поверхности, посредством этого решения лодпззевдена • правомочность полуэмпирических подходов в решении этой задачи.

4. ПодучэЕЫ численные результаты по динамике "наморахмвания воды, средним температурам срезаемого льда, позволяющие утверздзть» что льдогенератор барабанного типа с намораживанием льда на внутренней поверхности, изготовленный из*алюминиевого сплава АМг& к с аммиаком (на растворимом сказочном масло) в качестве хладагента, может слукзггь для интенсивного охлаждения потока

воды до "С к знэрготичэски эффективно работать в составе

систем охлаждения с промежуточным хлздоноситзлек ка базе водяных аккумуляторов холода.

5. Разработана методика проектирования охлэздзждих систем с поо-конуточныи хладоносигалзм на бада испарителей для охлаздени/

вода до 3..-4 "С, водяных аккумуляторов холода и льдогенераторов. Такая методика может быть использована для проектировании новых, а также для модернизации действующих охлаждающих' систег с,на базе аммиачной холодильной установки с одной температуре; кипзния хладагента.

П|>актяц<?ек.ат7 значимость полученных реаультдтов иссле-дов о нид

заключается в том, что разработанная методика проектирования ох-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тг-мм. Разиаботка и создание новых технологических приемов" и технических средств, позволяющие уу.оаьаить рзеходозаяизг матЕризлвнкх и энергетических ресурсов, является од-ноя га важных: обагх, задач мировой экономики. Актуальноя является эта: проблема ;гпли:выработке искусственного холода, его использования для различные технологических целея. Прямо и непосредственна вклинивается-' я. зги задачи- экологические аспекты, связанные с экономная- зпорп: ракурсов,. загрязненном • атмосферы хладагентами, использованием хлвдшшеителэй,. частично взаимодействующих с пизэ-зьми' продухггия, проблемами безопасной эксплуатации холодальных установок.

Большая- чаетк- холодильных- установок предназначена для охлаждения жидких: хладонсотшлзя (чаще вода), котоше в свою очередь используются для охлаждения жидких- пищевых продуктов, в системах кондиционирования воды, и воздуха жилых здания,. посмыпленяых из-хов, шзхт и т.п.. В - та:сих" охлаждающих, системах подучили распространение водяпыэ аккумуляторы холода,, позволяхшэ осуществлять выработку холода ночью пли использовании- более десевоя, чом в дневное вгояя,. электроэнергии, оперативно пользоваться накопленным холодом, снижать »годности: устанавливаемого оборудования, умень-пать эксплуатационные расходы насяду- с удовлетворением ряда экологических требований. Одяако. Ьззкоперэмэнныа, тмновыа характер нагрузок на такие охлахдзщиэ системы часто приводит к нарушении технологических условия по температуре- хладоноекгэля, сопряжен с дополнительными расходами энерг::;:,. потерями качества охлаждаемых гдиэвых поодуктоз. Поэтому готуальноя является задача создания новых охлаждающих систем с льдогенератопаки, вымораживавшими лед из потока хладоносигаля с Бозвоан^низм' льда обратно в поток. За счет" таяния полученного- галного*. чешуйчатого льда можно понизить темпэратуву хладоносстэля до требуемого технологией уроаня. Проведение необходимее исследовательских- работ, разработка методик! проектирования соответствующего этим далям льдогенератора и охлаждающая системы в целом позволят, - сохранив гоеимущества систем с жидкостными: аккумуляторажг холода, получэть охлаждающую систему более эффективную энергетически,. экологически, по эксплуатационным затратам чем ныне сузэстзухет© с использованием прсцэсса намораживании льда гак. способа аккумулирования холода.

целыо гл-'оты является разработка кэтодшен проектирования ох-лаждаклдаг системы с ■промеяуточнш хладоносителем - ледяноа водой на базе водяного аккумулятора холода и льдогенератора.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

- разработать математические жэдэли- систем холодоснабжэЕия с промежуточным хладоносетелзм и с использованием водяного аккумулятора холода, льдогенератора. а также различными системами циркуляции зелздоноекгаля;

- на базе полученных математакэ'сяиг кодэлоя разработать соотношения для оценки необходимых и гжшазлъных значения объехав аккумулятора голода, моизгастн усггнавливгвггаго охлаждахщзго оборудования, производительности лъдогззоратора;

- опираясь на кировоа опыт проекгироззнкя льдогенераторов чешуйчатого льда барабанного типа, разрзЗохать методику проектирования льдогенератора ледяная шуги с односторонним внутренним вымораживанием льда ;:з водяного оттока» соответствующего целям работы охлаждающих систем с проанадуточным хлэдоноситрлек. При

этом желательно использовать балет зьесокиэ, чем -го - -зо °С значения текпзр.~ггур кипе шаг. сзанойезопгсного хладагента (аммиак

с растворимым маслом) и более низкое степени горзохлээдюния льда, срезаемого с знутрвнноа позерхноста бзлзбанз льдогенератора;

- провести расчеты временной длительности ггооцосса таяния льда. в потоке ледянок воды,- а таккв конечной температуры хладоносителя пли различных его расходах к производительности льдогенеоаторз;

- сйобпцсгь и согласовать подученные результаты в рамках методики проектирования охлаждакккх систем с промежуточны.; хладоноенге-лом.

научное положение f защищаемое в работе

Применение аммиака с растворимым маслом в качество хладаген-. та в ахлзждзюакх системах с промзздточным хладоаоситолэм на базе жидкостных аккумуляторов холода к льдогенератороз позволяет снизить расхода электроэнергии на выработку холода от го до soi по сразкотзо с действующим системами.

Нлучная новизна ïî оснот-т*3- .'•<• результаты

*. Разработаны мзтомзтическио модели различных систем холодосяаб-яхшия с промежуточным хлздоноситолем на базе водяного аккумулятора холода, испарителя для охлаздения воды и льдогенератора чешуйчатого льда, которые представляет собой системы обыкновенных дифференциальных уравнений с ззпаздквзвзим аргументом и описывают объемные, знергзткчоскиз характеристики и температурные изменения ъ этих системах, г. По'оьедоа на база полученных кзтематичоеккх кодолзй онерготех-нологпчоасиА анализ к сзпостазлошэ характеристик систем холо-доснайкэяия с рззличьах схемой циркуляции хладоносителя для случая их компактного исполнения и в условиях снятия пиковых тепловых нагрузок в те".зциэ суток, получаны простыо соотноше-екя для проведения проектных расчетов сбвдх требуемых характеристик отих систем.

3. Полузналитичееким методом корректно решена краевая задача на-корзжиЕанйя тонкого слоя льда" на внутренней цилиндрической поверхности, посредством этого решения подгазгащена• прзвомоч-

• ность шлузмпкричоских подходов в решен™: отоа задачи.

4. Получены численные результаты по динамике намораживания вода, средни,! температурам срезаемого льда, позволяющие утверждать, что льдогенератор барабанного типа с намораживанием льда вг внутрокког поверхности, изготовленный из алюминиевого сплава АМгз к с аммиаком (па растворжом сказочном масло) в качестве хладагента, момат служить дгк интенсивного охлаздения поток:

воды до о...г °С к энергетически аффективно работать в состав* систем охлаздония с промежуточным хладоносктолеи ка базе водяных аккумуляторов холода.

5. Разработано мэтодакэ проектирования охлачжакздих систем с про-коауточяым хлздоноситше:.: но базе испарителей для охлгздели.

вода до 3...4 "С, водяных аккумуляторов холода и льдогеьорзто ров. Такая методика может быть использована для проектировали новых, а также для модернизации действующа охлаждающих* систе с,нй базе аммиачной холодильное установки с одной темпорзрро кипения хладагента.

значимость пр/:ууенни:-: р*-:<ультлтов нсс/юхоьаниа

заключается в том, что разработанная методика прояктаровзнкя ох

зждэящих «тагом с щхжекугачньи хладоноситэлэа позволяет создать :свкэ иди модернизировать дэяствушио охлаздаквкэ системы з мо-гачног, пивоваренной и других отраслях промышленности. При атом :спэльзуотся экологически чистыа хладоносигвль - вода, сбзспзта-

Евтся -стабилизация его темпаратуры в диапазона о. .-.г "С в усло-

иях резкадарэяэнноа тепловоз нагрузки при сущзствэлно мвпьппх нергозатратах яз гооизводство холода, возможное!-:: зго птоиз-одства' в кочпоз время пои болзэ дошввоя,. чем даем, злшегрозкэр-ии.

Результата работы пэреданн для использования в НПО "Одоссхо-одкза".

Агропациа раоотм. ' ОсНОЗНЫЭ ПОЛСЕЯНИЯ К рЭЗуЛЬТаТИ ДКССОрТЗ-ионней работы докдадызались и обсуждались на научных се?£шзвзх ИН1Э, а такта на Всесоюзной паучно-тахническоа гоэнфосонцка "Хо-эд - народному хозяйству" в г. Ленинграда. сентябрь 1991 г.

струугура диссертации. дисссртацпя состоит из вводэпкя. чэ-лрег глаз, выводов, списка кспользованкоа литературных источнн-

зв (Юб намгонозаниа). В ноа. содернатгея_стр. основного

зкета, в тон числе ю рисунков.

СОДЕРЯАНИЕ РАБОТЫ'

Es взелкиын поедстазлепа общая зарзкторкстика работы, обос-шывается актуальность тема.

в порвоп гг.ч-" продставлзн обзор и анализ публикация различ-¡х исследователей, технических реиеняа, авторских свидетельств и ¡тентов з области производства холода, его аккумулирования лри-китэлъно к далям холоднлькся обработки жидких пидэвых продук-з. кондиционирования воздуха в нсынх, производственных гокзда-ях, саггзх и т.п. йзтосроястввиноэ отнсеонг-зк этим задачам еют исследования еовых,- альтернативных озозоопзеным, хладагеп-в, фагоЕых переходов в хладоносителях, в частности, лрецзеез мооажквания льда как способа акху.ууллд:л вырабатываемого холо-. Фундакзнтальнкэ исследования таких процессов и явления прово-лись Лыковым А.З.. Гухиаком A.A., дакиловог Г.Н., Ткачевым Г., Чуклпньот С.Г., Шаталиной И.Н., РжовскоЗ В.Б., Чумаком И.Г., ияенко В.П., зарубежными исследователями Плавком Р. (Германия), цзии п., Хасатзни м., Фукусако С. (Япония), Тзж5ли Р.Т. (США) и эгйми другими. В настоящее время интенсивные исслодоваяия и шичэскиз разработки в этом направлении осуществляют фирмы íauit (Франция), OfMc тгЫ! (Горияния), БП7А (Канада), aitaohi юеия), ряд других английских, германских и американские фирм.

Отличительней чергоа зтих исследования и технических решении ияэтся использование гадких хладояоеиталэй (вода, растворы-л, Nací, зталзнглкколя и до.) при включении в охлаждаемую

ггем.у еккостча - аккумуляторов, котсрыэ заполняются (заряяа-;я) охлажденным хладояое-ителвм в ночпеэ врехя при использования íes дешевса з-йзкпзознрргаи. Оснозноз преимущество таких охлаж-шва систем состоит "в возможности оперативного использования шдз при резкоперекэнноя во вромеяи потребности в хладоноситэ-

сопрлм'зннкх с этим укэньшэяиэм фхчаясовах рзеходов на выра-•ку холодз и яояностеа устанавливзеного холодильного оборудова-

яия. Основное недостаток - в необходимости установка акнуяулгруа-щих омхоотэа большого объема, если в дневное время трзбухтгся большие количества хладопосителя для технологических нужд. Кроме того, го разного рода техническим и экологическим причинам нодэ как хладоносителя часто отдается предпочтение, однако она (без намораякзаняя льда на ахла:здэющкх поверхностях кспарт.ггелеа) может

быть охлажззкз даль до 3...4 °С, при часто необходимом охлзздэгпи

д0 0...1"°С.

Использование теплоты фазового парохода вода-лод для цэлза аккумулирования холода позволяет в ряда технологических ресэниг различных фирм существенно уменьшить требуемые объемы аккумуляторов. Однако такие решения часто нивелируют главное преимуществе жидкостных аккумуляторов холода из-за низкоа скорости таяяиг льда, его слипанием и всплывакиом на поверхность хлздоаосителя. Кроме того, намораживание льда требует более низких температур кипения хладагента, что сопряжено с превышением энергозатрат нг производство холода.

Поэтому в проблеме создания эффективных охлаждающих систем с ггоомежуточным хладоноситэлэм явно представляется яеобходимост поиска шшений, которые оптимально согласовали бы в себе требуемые технологические, 'экологические условия наряду с иинимизэциэ! энергозатрат и аккумулированием необходимого холода з ночное вро-ми." Оно из таких решении предлагается в данной работе и состоит 1 том, чго испаритель без намораживания льда используется для ночной зарядки аккумулятора голода до температур воду около 3____

Доводка зады до температур около О___2 "С осуществляется льда-

ганесатооом барабанного типа, на вькодэ из которого формируете: двухфазный поток воды и молкого чешуйчатого льда." Снижению знзр' гозатрат в льдогенераторе кошт быть достигнуто использование: аммиака с растворимым маслом в качестве хладагента, поскольку с данным предварительных исследовании при его питании з вертикаль ных каналах могут Сыть достигнуты значения коэффициентов теплоот

дачи, характерные для фреояоя - около 9-Ю тис. Вт/(мг К). В'свп зи с атка в данной главе таквэ анализируются результаты ксслэдэ. ваниг задач "ахмиа:: - растворкмоз масло", измэнзниэ стандартов области эксплуатации аммиачных холодильных установок, физически представления и математические модели процзесов тонкослойного на морачшвания. льда, конструкция льдогенераторов различного нззззчо ния.

В конца главы формулируются основные задачи диссертационны иаоюдрвант к направления их решения.

вторая гл^ра пссвяшрна разработке обшрй, увязывающог матемз-тичоской модели охлажда-оарй системы на базе испарителя, льдогека ратора и жидкостного аккумулятора холода. Пса этом рассматризг кгтея ра:,л1чныз схемы (рис, 1, 2, 3) циркуляции хладоносителя системе в предполагай'., что математкч0ск5'.с модзли испарителе льдогенератора и технологических теплообменных аппаратов имекгк и позволяют рэ'ссчзстыаать пзрзмошше во воомеки вэличины пздохлах дэния Д1:о, хлэдоносителя в испарителе, льдогенератора, вэл1

чины подогрева А1: хладоносителя в теплообменных аппаратах. Мг

тематическое модолирозанкп о^лт-ждаюшая системы проведано путе составления соотно^енил для балансов массы ч теплоты на диффэра: циальнсн уровне, в результате чего получена система обыкновекш даффегчапйалььах уравнения с завдзддааидаи аргументами, описывг

—U-<J

л ~ 2

I

sc.. 1. Общая схема циркуляции Рис. 2. Раздельная схема цирку-хладоноситаля в системе ляции хладоносителя в

холодоснзбжения система холодоснабхэния

- аккумулятор, Z - льдогенератор,. 3 - тепло обменные аппараты,

- испаритель.

553 изменение в с? времени объема хладоносителя 7(т), количества злода q(t) и температуры t(x) хладоносителя в аккумуляторе холо-з. В качества прикзрз приведем эти уравнения для случая общей семы циркуляции хладоносителя (рис. 1):

^ili = o[t*"(t>] p[t**Ct)] GB(-r) {т - t"(x> + At0(i-B)} -

- o[tC.>] p[t(i)] Gn(i) {г - t(i)} , <1)

37(1) = 1 di ptt(a)]

|p[t"(t)] GB(T) - p[t(rl GnCü)] ,

(2)

lim = и-G (X) - t(T)

dt p[t(i)3

T - t (1) +

+ Ato(T-B) i>

t (D =

c[t(t)]

О r,

Z

K-O

EOK(T, c[tK] p[tj

(3)

(4)

- а -

Г* и' - Л1„ <1-В), 1 е г<1-В-Е ) - Сс-В-Е ) + М (1-В-Ъ )

о^ " к * к лг к к к

к=1,п - номер к-го технологического теплообмзнного аппарата к=о - соответствует расходу хлздоносителя а по участку аккумуля

тор - льдогенератор - испаритель. Величины В,Е , Ъ - значения времен движения элемента объема хла

циркуляцией холодного и отепленного хладоно-сителк: К.. К2» 23 - аккумулятоо холода, 2 -льдогенератор, 3 - теллосбкенныэ аппараты, 4 - испаритель

Соответствующие уравнения для случая раздольной схемы циркуляции (рис.г) хладоЕоситоля имеют аналогичную структуру, являйте! таюга нелинейными и могут быть проинте1рированы известным: численными методами. Заметим, что высокое значение объемной теплоемкости вода с, р требует достаточно точного учета изменени температуры хладоноскггеля на участках его циркуляции и зависимости с, р от темшратуры. Учет времен циркуляции хладоносигел! вдоль отдальныг участков гидравлической сета важен при проогстиро-вании разветвленных систем охлаждения, с дальним транспортам хла-доносителя.

В случае компактных' охлзждакздих систем, какими чзсто являются охлаздающие системы молочных, пивоваренных и т.п. заводов, запаздывающие аргументы в уравнениях типа (1-4) малы и ими можне пронебрвчь. Кроме того, - можно пренебречь зависимостью расходов ! изменений Д1.0, от времени. В этом случае уравнение

ви£э (1-4) упрощаются и могут быть проинтегрированы аналитически. Например, в случае общей схомы циркуляции хладоносителя уравненщ <£, 3) принимают вид:

т)

= О, = сслз{ = т

акк *

йМИ =

¿"1 7

Д1.

а

(5)

(6)

то •Ат-

аки

Зти уравнения правомочно применить для грубой оценки тресуекья: характеристик охлаждающей системы в условиях чередования пиковых

(расход хладоносителя нагрузок и пониженных кежпксозих

(Сп<5ср) в течение дневных рабочих смен. Требуя, чтобы к концу межпикового периода температура хладоносителя снизилась до технологически требуемого значения получим из анализа (6), что подохлавдэниэ в испарителе должно быть согласовано с А г и сооткошезкек:

= дt

1 + тпах дОр • Т1 2 г Г»Ч»Гч

^ТШК п

1 + та* аср 1 п #г т1п

птитк ц ь п

- At

<7>

где т..

максимальная и минимальная длительности пикозпго

И кежпиксвого. шриодоз.

Необходимая холодопргкзводягельность испарителя равна

произведению сре^А^. Аз алогично, требуя, чтобы при р^з:

кукулятора в межпккорыа период трмператуиа не превысила мое значение Т, получаем необходимую минимальную о:,'кость ляторз холода:

ОГОПс Д*„ п | та

- Д + - Д1

при это:-

ДО 11\'С ГУ.-

аккуку-

(3)

Аналогичные соотнпиенкя получены для случая охлаждения с раздольной схемой (рис. 2} . циркуляции хладоносителя. Эти состнспэнкя служат для выбора тоя'тлал иной схемы циркуляции применительно к условиям конкретного троизвсдства, возможностей установки аккумуляторов различного объема.

Полная стабилизация температуры хладоносителя ка упопно значения- достигается при использовании системы охлаждения с независимой схемой циркуляции хладоносителя, где отепленный к охлажденный хладоноситс-лъ не смешиваются за счет разделения емкости аккумулятора холода на Несколько отдельных (кипкмум три) емкостей. Необходимый Объем такого аккумулятора из (тг+1 )-ой емкости составляет:

О.'

(9)

С! = о р Fit - it - At I EG T , (10)

Hon r [ та лг oll к к

L НОМ К=1

где G ,а. - требуемые расхода и времена рзботы к-го тепла обмэшюгс

ном

аппарата;

- длительность ночной смены для зарядки аккумулятора.

Полученные соотношения является основой д.-л проектирования к лодботэа охландастэго оборудования систом охлаждения, из сравнительного анализа, который такие проведен в работе.

Треть о глд»а диссертации посвягоза анализу краевой задач:: о тонкослойном намораживании льда нз внутренне? поверхности охлзя-дземсго цилиндра и витекакзицм отсюда соотнсаением для холодильнпг часта задачи проектипования льдогенератора чешуйчатого льда, как интенсивного водоохладителя, как ого ранее опподелил проф. Чуклиц С.Г. Это обусловлено тем, что в отличив от пластинчатого испарителя или технологического твгсхообхоиного аппарата для такого льдогенератора в литапатуре отсутствуют данные о ого возмояных теплотехнических характеристиках, хотя конеггруктиз^-технологичеекк? резония известны к могут быть использованы. Если обозначить черзз t(r,t), tM<t,i) температурные поля в слое льда и металлическое

обэчаяке льдогенератора, а через 0(1) зависимость толщины слоя: кз''поэж;эаемого льда от времени, то краевая задача- в линеянаш ад.'л'зрааз. постановке хмеот вид:

с р . х r^t^ + 1 в Гг _й(а),г 1 г «ад

¿>1 t «г г «г J ' I ->

-—--+ ± "И. г е г„,г„+й!

" 1 гт* ~ «г j 1°' ° J

«п

(12>

'¿tfr^.tl tft fr .l")

X I j « л ° J. (U>

-^BÜbii^d.e sft -tfc-^W.all <l5)

e L 1. J-i dl

t[ro-0(t),a] = t = const, . (IG) et fr+R,al г /■ % i

- 1 * °o Ыго+к^} - vi- <17>

^(г.О) = Иг). (18)

0<Е> = 0. ,$19)

Здесь К учитывает наличие стефавовского потока массы в погранслое (Кз=2). Классический подход в решении этой задачи использует предположение о профиле температур в слоях, например вида:

ит,%) - с, Щ-] + ся. ^(г,*) = с, + с4

4 О О-*

я в дэльнояеэм необходимые величины находятся путем удовлетворения гозкичных условий И 3-17, 19). Начальное распредзлэниэ температур" (18) к, тем более, уравнения теплопроводности (11. 12) не учитывался. Проведанная нами реализация "такого подхода дала

соотношения:

1 = —

и

Р Ь_ I Д. 3 ^ • в <1 - а)

с»[ч - У Ь' А ' 2 ® ~

В - 3 А В - В

0г (а - а)3

+ 2А'В-ЗАВ-Вг-»2В +

(21)

1 1 г + и \ (Ч - г 1

Л. , Л. -,„. о в _ ! кр СI

д. -- -г + ^ гп-^-, в =

а [г +я] X г ' г а ¡г - г |'

о ^ о J м о оп(.а кpJ

а для средней темпарзтуры срезаемого льда: А. а Г* (1) - 1 1

ат XX г* + И

I* -г К о Г

о о

(Г- - й<1) ГР - <3(гЛ 1

Чкслзянзя реализация этих соотношения д~о? "возможность изслэдо-вэть влияние внутреннего .дкахэтра барабаса толщин станки н,

тзпдопговодзостн >-и материала стояки, частоты оборотов срезгкцзго

устройства, температур 4 и коэффициентов теплоотдзчи ао при кп-

пзнки хладагента, расходов глэдоноситзля (ав> через льдогенератор

и других на производительность льдогонерзторэ, толщину и токпэрз-туру ерэззвмого льда.

С другой стороны, экспериментальные данныэ по динамике образования слоя льда в различных условиях весьма бедны. Поэтому зоз-никзот необходимость болея детального анализ краевой задачи (11-19), учета уравнения теплопроводности и начального распределения температур в стенке барабана. Классический подход к такому репенгзз приводит к выражениям, содержащим ряда Оурье, хоторые - плохо, сходятся и неприемлемы для анализа задач тонкослойного на-морз:чгзг:-:;:я льда. Б связи с этим' нгшт роиеза краевая задача (11-19) полуэналитическим (конечно-разностная аппроксимация по времени-и аналитическое решение по коордаяапэ) методом. Таким способом »ты получаем возможность выразить тэюэрзтурноо полэ з (к+1)-ыа момент времени через значения з предыдущий к-ыа момент вроияяи. 3 частности дгя температурного поля слоя льда получено:

Vi

(г) » bli; ijm + вгк ko(f,i-> - J

5 7 t (y) + -

¿У

+ y --^r--] Io<Pr> - Xo<P^> Ko<ïj">} <23>

ГДЭ В , Б - Б0ХГ«2й1, вычисляемые через £ <г), р = " Р. 1К гк к п

н - шаг по времени, I, к - модифицированные функции Евссэля первого и второго рода.

Подстановка (23) з (15) дзет возможность численным интегрированием вычислять 0(1_.) и соответствующую среднюю температуру

слоя льдз ^р^)» Проведенные вычисления показали, что начальные температурные поля различного профи-г существенно ко уточняет результаты, получаемые по соотношения?.: , 22) и поэтому послид-пие могут быть взяты за основу пли проведении теплотехнических расчетов характеристик льдогенератора.

Вычисление Ерзмек таякия чешуйчатого льда с различным раз-

мором ччстиц в потоке вода с температурой 3 - 4 °с проведено нэки по соотношениям Шаталине»! К. Н. и по. кодифицированным формулам Р. Планка, предложенным новозеландским ученым Д. Клилапдом. Оба метода дажт'близкие результаты и показывают, что если массовая доля часта; льда (О 3) а потоке воды составляет около 2,5 - 3 %, то

время таяния составляет величины от одной до нескольких минут. а результ/пуюазя температура воды достигает значений, близких к 1 "с. Нерастаявший лед в виде ледяной шуги достаточно быстро пзс-тает в топлообмэнных аппзрзтэх. В этом плане требуемая относительная производительность льдогенератора с та должна составлять

величины не менее 2,5 % при температуре входного потока вода около 3 - 5 °с и различных его расходах.

На рис. 4 иллюстрируются результаты расчетов толщины намороженного льда во времени при параметрах процесса, для которого име;сггся экспериментальные данные. На рис. *5, 6, 7 представлены результаты расчетов при параметрах, характерных для систем охлаждения небольшое (100 - 150 тонн молока в сутки) молочных заводов Эти результата свидетельствуют, что при использовании сплава АМгЬ •для изготовления барабана льдогенератора и зммизкз с растворимым маслом можно изготовить льдогенератор, атвэчашиа вьша сформулированным требованиям. При этом требуемые характеристики льдогенератора достигаются при температурах кипения аммиака около

минус 10 - 12 ^с, а получаемый лед имеет температуру, при которой он может как скалываться, так и срезаться с поверхности барабана.

представлена разработанная нами методика

:д":ктировзнин охлаждавших систем с промежуточным хлгдоносителем ira .vjdg* охлаадзжего испарителя без намораживания льдз, кнтзнсиз-ногс охладителя ледяной воды в виде льдогенератора и водяного аккумулятора холода. Методика регламентирует порядок пвсектвы* расчетов на'база численных процедур да.~ вхецньх и выходных харзгпв-оиетак технологических теплообменных аппаратов (молокоохлздаге-лей), пластинчатых испарителей, разработанного в работа льдогене-

-5» 10^3,и

2.5

2:0 ■

1.0 ■

0.5 ■

1

1

3 а

1 А

\ Т Т-Г ТТГГТ-Т -' •"ГТ-ГГГТ п* VI7 1 !Т Г17 ■гтг: ■■ гтгг*

т.с

Рис. 4. -Зависимость тоищиаы слоя покор-гживэо-чого льда на внутренней поверхности Егкхндра (сталь Х18Н9Т, 4 = 20 Ов= 1С

ма/чзс, 1 =-20 с =1130 Бт/(к?Х), Г,=340 км, К=8 Ж)

о о и

1 - рготат авторов, 2 - расчет по форхулэ Чуклинэ С.Г., •а - опигныо дзкныо Чукдинз С.Г.. Заппрнховапная полоса -результата йри оззличных профилях текпэратур.

^ \ N

■ V 1,. .. .... . ■■

\

----—

• 1 ' ! 1 1 1 П Т -п тч т-ггз у ■■ ) 1 ч'.и и 1'

б .ММ

3.5

2.0 1.5 1.0 0.5

'0.0

ЧИСЛО оборотов „в 14Ш{

Рис. 5. Толаипа слоя начорэззизомого льда и отяосите."-яая прсиз-вовкельност?. льдогонорзтора; игготоадалпего из стаж Щ8НЗТ (К=Ь км, кривые 11, 12) и сплава ДМг5 = 30

мэ/час, 1^=4о°с, ао--&'100 Вт/(хгк), 4о=-30 °с, л0 -340 ми, Ь.=1000 км).

а*10-(-3).Вт/((и-2)*К) Рис. в. Толщина слоя намораживаемого льда (кривые 11. 21. 31) и опгаситэльнзя происБодггольность (кривые 12 , 22. 32) льдогенератора б зависимости от значен® коэффициента теплоотдачи" для* различно го числа оборотов г. = 10, 15, 20 гб/мин

(о =30 мэ/час,к=12 мм, а.Уг5,б0=450 мм,ьй=10Г;0 км,^=4° с).

1ср,С

О.О 0.5 1.0 1.5 2л>

6'10-З.к

Рис. 7. Средняя температура срезаемого льда а зависимости от ого толщины: 1 - АМГ5,- Ьа=-30 °С, К=12 КМ;' 2 - Х1Ш9Т, ^==-30

°С. Н-З мм; 3 - АМг5,• 4„.=-12 °С,- К=12 мЯ$ 4 - полосз значении при различных начальных профилях тейпбрэггур; (ао=Э100 Бт/(мгХ), Св=3б м3/час, 1^=4 Эб=«40 мм,

Ъ0=1С00 мм).

2.5 ■

1.0 •

0.5

с.о

ТТПТГГГ«!

i

\

! А ^ •

1 -г "ТТ-П-ГГГ г- ТЧ ГТТ ггт г •Г-ГГ7ТТГТТ- ítt J rmi •f т т . :-г? '

10

20

JO

40

50

Г, С

Рис. 4. Зависимость толщины слоя нэморгжээомого. льда на внутреннее поверхности цилиндра (сталь Х18НЭТ, t = 20 °с, gb= 10

м9/чзс, t --Z0 °с, a =11S0 Бт/(м3х), г,=34.0 ж, к-8 мм)

О 'О 1J

1 - гясчзт авторов, 2 - расчет по формуле Чуклккз С.Г., к - ОГ2.ГГНЫО дзкнкэ Чуклина С.Г.. Зэпг-ркхоьэкзэя полоса -результаты йен различных профита: текпэозтур.

■0,55 б.мм

Рис. 5. Тодщша слоя яачорзжяээошго льда и отаоситол:-кзя прсиз-волителькост?. льдогенератора; изготовленного из стали ДО8НЭТ {R=k км, кривые 11, 12) и сплава №5 (GB = 30

М*/час, t =4о°С, ao-SlD0 Вт/(М2К), to=-30 °С, П.. =340 км, Ьб=1000 км).

ав*10-(-3),вг/{(ыл2)»к)

гис. 8. Толщина слоя язлюваживаемого льда (ксивыз 11. 21. 31) и о гаоситэльиая производительность (кривые 12, 22. 32) льдо-геноозтозз в зависимости от значении коэффициента теплоотдачи для' различного числа сборотов г. = Ю, 15, 20 сб/мин

(ав=30 а3/час,н=12 мм, лМг5,в5=450 ку,,ь„=ШОО жл,'-с=4° с).

-15 ..................;■■........... !....■, гг

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

10-3.1!

Рис. 7. Средняя температура срезаемого льда з зависимости от его ТОЛЩИНЫ: 1 - АхМгэ,- ъо,=-30 °С, Я=12 КМ; 2 - Х18ШТ, ^=-30

н=8 мм; 3 - АМг5,- ^=-12 К=12 4 - полоса значения при различных начальных профилях тЗйпгрз-гур; <ао=Э1С0 Бт/(мгх), ав=30 м3/чао, ^=4 °Ъ, з6=340 км,

Ъс=1000 км).

(агора. Численные процедуры реализованы на алгоритмическом языке ¡аскаль и могут быть использованы для проектирования и модэшизз-ки охлаждающих систем для конкретных предприятии.

•выводы

.. Вода как экологически чистый хладоноситель монет использоваться в охлаждающих системах для охлаждеяия жидких сред до

температур 2,5 - 4 °с при энергозатратах на производство холода ниже на 20*50 %, чем это имеет ко сто на действующих предприятиях. Использование при этом ¿¡скумуляторз холода и льдого-нерзтора чешуйчатого льда для производства ледяной воды в ночное время позволит аналогично снизить и финансовые расходы за потребляемую электроэнергию.

Разработанная методика проектирования охлаждающие систем с промежуточным хладоносителем позволяет осуществить прсактниз исследования по модернизации действующих охлзждаших систем Е?олокозазодов, пивзаводов, шицеперврабатывающих прздприяткя, систем. кондиционирования воды и воздуха, где используются ам-ггиачные холодильные установки с одной температурой кипения.

5. В условиях стесненности выбора больших объемов аккумулятора холода система холодоснабжения с общей схемой циркуляции хла-доносителя предпочтительнее, чем система с раздельной схемой, поскольку позволяет установить зккумулятош объемом на 10 -15 % КЭНЬй'9.

Если ;кезтся возможность на продприятш! установить аккумулятор холода большого объема, то созданиз на нем охлаждающей системы с независимой циркуляцией холодного и отепленного теплоносителей пээдпочтитальнее другим вариантам, поскольку такая система обесгачизает полную стабилизацию температуры хладоносителя, позволяет- исключить работу холодильной 'установзси днем, обеспечивает минимальные энергетические и финансовые затраты на производство холода.

з. Разработанные математические модзли могут быть расширены дяя создания методики проектирования охлаждающих систем с тэззьет-вленной гидрзвлической схемой' циркуляции и дальни;* транспортом хладоносителя.

Основные ре^ультаЗи диссертации опубликованы в работах:

1. Соколов В. А., Жолибз Ю. А., Чечет В. И., Аль-Загхол Халед. Аккумуляторы голода в системах хладоснабжения предприятия пти-цеперерабатьшаюгей промышленности // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Холод - народному хозяйст-ву|\ сентябрь 1991 г., г. Ленинград.- Л.: ЛТИХП. 1991.-с. 120 -121.

2. Аль-Загхол Хэлсд, Л. С. ПоДмазко. Использование аккумуляторов холода б системах холодоснабжения агропромышленного ксхпткса // Межвед. научно-технический сборник "Холодильная техника и технология". - Киев: Техн1ка, 1932.-вып.N55.-с.23-26.

У С Л ОоВ Н Ы Е 0 б О 3 Н А Ч Е Н И Я

<3 - количество теплоты, холода; а - объеутьт расход, огноаггель- • ная производительность; 1.,т - температура хладоносителя, льда,

- 16 .металла; -г - время; о, р, Л - удельная теплоемкость, плотность, теплопроводность; У - соьом аккумулятора; М - величина подохлаз дения, подогрева хладоносигеля; в, Е, ь - время даижзкия хладонс сгггеля здоль отдельных участков гидравлической сети; N - чпо; емкостей аккумулятора, числовой множитель, учитывавзда налич: стефзновского потока массы пои намораживании ила таянии льда; г координата в цилиндрическом слое; О - толщина льда; г0 - влу.ре!

низ радаре барабана льдогенератора; и - толста стешет барабаг льдогенератор'.»; а - коэффициент теплоотдачи; t - темгорату]

кр

начала кристаллизации льда; ъ - теплота фазового перехода вода лед; I, к - модифицированные функции Бесселя первого и второ: рода.

Индексы: о - относится к испарителю, кипящему хладагенту; - относится к хладоносигелю, возвратному насосу; лг - относится льдогенератору; п - относится к подающему насосу; к - номер те: лзобмешюго аппарата, номер временного интервала; та - относит к теплообменному аппарату; ср - среднее значение; м - относится металлу станки барабана льдогенератора; отн - относительное зн чение.

г.Одесса,ротапринт ШИ?Э.Подписано к печати 14.04.9% Объем 1,0 п.л. Тирад |ВД, Заказ 415-34