26 | 03 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Применение плоских зеркальных концентраторов в комплексных установках

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

Применение плоских зеркальных концентраторов в комплексных установках по нагреву сушильного агента для повышения температуры нагреваемого воздуха за счет дополнительного концентрирования солнечной энергии.

Крым, как и весь юг Украины, имеет большой потенциал выращивания плодовой продукции, характерной только для южных регионов. В советское время Крым занимал одно из лидирующих мест в экспортировании плодовой продукцией в другие республики Советского союза. Но постепенно с распадом Союза мы утратили лидирующие позиции и сами стали импортером плодовых культур, которые с успехом сами можем производить. Поэтому одной из приоритетных задач сельского хозяйства является развитие плодоводства. Но наряду с задачей выращивания плодовых культур, стоит проблема их дальнейшего сохранения и переработки.

Современные технологии переработки плодов требуют высокого качества от выращиваемой продукции для получения более качественных продуктов питания. Применение старых технологий для хранения и переработки не позволяют добиться желаемого результата. Сохранять плодовые культуры можно при помощи консервации. Одним из эффективных методов консервации плодов является их обезвоживание. Обезвоживание продукта приводит к консервации витаминов, сахаров и других питательных веществ.

Также обезвоженный продукт легче хранить и он практически не потеряет своих первоначальных качеств. Одно из важных преимуществ сушеных плодов и овощей по сравнению со свежими это высокая экономичность перевозок. Транспортируют в основном сухие вещества продукта, подавляющая часть влаги, с точки зрения перевозки, удалена. Однако это достигается путем значительных энергозатрат.

В настоящее время в Крыму и Украине характерен высокий уровень удельных энергозатрат на единицу производства и переработки плодовой продукции. Это, в первую очередь связано с использованием морально устаревшего оборудования для тепловой обработки и крайне низкого использования источников возобновляемой энергии в переработке плодовой продукции. В связи с этим возникает задача поиска новых технологических и технических решений, снижающих расход топлива, электроэнергии и других материальных ресурсов на переработку плодовой продукции.

Ранее существовала технология сушки плодов с использованием энергии солнца, но в настоящее время эта технология не позволяет вести эффективно работу, это связано с большими затратами во времени. Поэтому возникает вопрос о создании таких технологий, которые смогут позволить одновременно использовать нетрадиционные источники энергии и машины для обезвоживания плодовой продукции, которые уже имеются в производстве.

Во многих странах с успехом использую солнечную энергию для нагрева воздуха и воды при помощи гелиоустановок. Теплоноситель в обыкновенных гелио коллекторах способен нагреваться до 60 градусов, что не полностью обеспечивает необходимый температурный режим. В плоских коллекторах воздух нагревается до 70 градусов. Для получения более высоких температур применяют фокусирующие коллекторы, в которых солнечное излучение концентрируется на поверхности поглотителя. Благодаря этому температура тепло носителя повышается на 150 град. С. Возможность использования таких коллекторов может позволить существенно сократить расход затрачиваемой энергии на единицу обезвоженной продукции.

В таких процессах, как нагрев, полностью отказаться от использования традиционных источников энергии невозможно, так как это может привести к перебоям в работе предприятий. Это может быть связано с отсутствием ветра или отсутствием солнечной энергии в темное время суток. Поэтому актуальным является вопрос создания именно комбинированных устройств, для комплексного нагрева сушильного агента, что позволит сократить энергозатраты и одновременно обеспечить бесперебойную работу перерабатывающих предприятий по производству экологически чистой плодовой продукции в рекреационной зоне юга Украины.

Нагрев воздуха можно осуществлять при помощи теплообменного короба типа «горячий ящик». Конструкция этого короба очень проста и не требует значительных капиталовложений. Такой теплообменный короб способен нагревать воздух до температуры 60 градусов, поэтому нами было предложено использовать этот теплообменный короб вместе с плоскими зеркальными концентраторами. Комплексное применение плоских зеркальных концентраторов с теплообменным коробом такого типа применялось впервые. Для нагрева ранее использовались сферические зеркальные концентраторы, а в качестве теплообменников используют трубчатые поверхности. Сферические концентраторы дают высокий коэффициент концентрации, что позволяет производить высокотемпературный нагрев. Но изготовление таких концентраторов слишком дорого, поэтому нами были предложены именно плоские концентраторы, которые позволяют проводить нагрев сушильного агента до необходимой технологической температуры.

В прошлом году была создана экспериментальная установка. Она размещалась в павильоне механизации нашего университета и испытывалась в период с июня по август. В этом году подана заявка на патентование данного устройства.

Экспериментальную установку располагали таким образом, чтобы в течение всего светового дня она находилась в зоне действия прямого солнечного излучения.

Экспериментальная установка состоит из трех секций. Каждая секция длинной 2 м. Испытания показали, что данная установка способна нагревать воздух до необходимой температуры ( 55 – 75 С°) на протяжении дня с 8.40 до 18.20 без использования электрокалориферов.

В период 11.50 до 14.25 температура сушильного агента может достигать 110 С°. Исходя из этого, можно сделать вывод, что данная установка способна обеспечивать сушилки сушильным агентом с необходимой технологической температурой, в продолжении всего рабочего времени с минимальным использованием электроэнергии. Во время проведения эксперимента были получены зависимости по определению оптимальной длины установки, оптимальному соотношению высоты зеркал к ширине короба, углу падения солнечных лучей на зеркальную поверхность, скорости движения сушильного агента в теплообменном коробе.

Как показали испытания, теплообменный короб без концентрирования солнечной энергии способен повышать температуру сушильного агента на 11-12 градусов, при использовании зеркальных концентраторов температура повышается на 30 - 60 и более градусов. Такой широкий температурный диапазон связан с расположением установки. Она располагалась с востока на запад таким образом, чтобы зенитный угол был постоянным, а угол высоты постоянно изменялся. Таким образом, пик максимального нагрева воздуха возникал тогда, когда угол высоты становился максимальным.

Из полученных данных можно сделать вывод, что использование плоских зеркальных концентраторов комплексно с теплообменным коробом крайне эффективно.

Перед вами представлен график зависимости нагрева сушильного агента в течении дня, из него видно то максимальный пик нагрева приходится на период с 11.30 до 14.30. Однако в остальные промежутки времени установка способна производить нагрев воздуха до необходимой технологической температуры.

На этом графике представлена зависимости нагрева воздуха от длинны установки в течении дня. Из этих зависимостей можно сделать вывод что использование установки более 3,5 м при скорости воздушного потока 3 м/с нецелесообразно. Как видно из графика кривые соответствующие длине установки 3,5 и 4 м наложены друг на друга. При снижении скорости воздушного потока кривые 4, 3,5 и 3 м также будут накладываться друг на друга и соответственно использование установки длинной более 3 м будет неэффективно.

На этом графике представлена зависимость температуры нагрева сушильного агента от соотношения ширины теплообменного короба к высоте зеркальных концентраторов. Ширина короба выбрана постоянной. поэтому соотношение изменяется за счет изменения высоты зеркал.

На этом графике представлена зависимость температуры нагрева воздуха от угла падения солнечного луча на зеркальную поверхность. Как видно из графика оптимальным углом будет угол 15 градусов. При уменьшении угла площадь сбора солнечных лучей также будет снижаться и соответственно будет падать температура нагрева. При увеличении угла часть солнечных лучей будет попавших на поверхность сбора будет отражена обратно зеркальными концентраторами, в следствии чего температура нагрева воздуха также снизится.

Одной из наиболее приоритетных задач по улучшению процесса нагрева сушильного агента, является усовершенствование теплообменного короба при помощи внутренних ребер, которые позволять производить перемешивание воздуха по ходу его движения тем самым, улучшая процесс теплообмена.


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить