Экспериментальное исследование комплексного использования плоских гелиоконцентраторов и аэродинамических ребер совместно с плоским теплообменным коробом.

Одной из главных проблем современной перерабатывающей отрасли нашей страны является высокая себестоимость произведенного продукта. Это связано с использованием для переработки плодовой продукции дорогих традиционных источников энергии (электричество, газ). Решением этой проблемы может стать применение нетрадиционных источников энергии в переработке. Наиболее оптимальным является вариант с использованием солнечной энергии. Основной задачей научной разработки является создание устройства для нагрева сушильного агента при помощи солнечной энергии с низкой себестоимостью и способной работать в условиях Крыма и Юга Украины.

Для этого были изучены различные источники литературы и выдвинута гипотеза о том, что для нагрева сушильного агента возможно использовать теплообменный короб типа «горячий ящик». Он является дешевым в изготовлении и позволяет нагревать сушильный агент до необходимой технологической температуры. Но нагревать воздух до этой температуры он может в течение короткого промежутка времени. Это связано с особенностями его конструкции. На основании этого была выдвинута гипотеза о том, что теплообменный короб такого типа нужно использовать совместно с зеркальными концентраторами, с целью увеличения коэффициента концентрации солнечных лучей на поверхности короба. Это позволит повысить температуру нагрева воздуха и увеличить продолжительность рабочего времени. Дальнейшее изучение литературы и проведение аналитических исследований показали, что необходимо использовать плоские зеркальные концентраторы. Такие концентраторы являются более дешевыми в изготовлении, чем сферические, и позволят производить нагрев до необходимой температуры, которая предусматривается технологическими условиями.

На основании этого были проведены предварительные расчеты и геометрические построения оптической системы преломления солнечного луча зеркальными концентраторами. Разработана конструкция экспериментальной установки., в июне-августе 2007 года проведен эксперимент. В 2008 году велась обработка полученных данных.

Изучив полученные данные, недостатки конструкции, выявленные в результате проведения эксперимента, было решено усовершенствовать конструкцию теплообменного короба. В качестве усовершенствования короба предложено установить в нем аэродинамические ребра (ребра устанавливались таким образом, чтобы равномерное перемешивание воздушного потока происходило по всей длине теплообменного короба, и тем самым не создавались зоны перегрева и недогрева воздуха). Для испытаний были созданы короба, в которых применялись ребра с длинной 10, 20 и 30 сантиметров.

Эксперимент проводился в период с июля по сентябрь месяц 2008 года.

Экспериментальная установка состояла и одной секции длинной 2 метра.

В результате проведенного эксперимента были определены зависимости температуры нагрева сушильного агента от длины аэродинамических ребер, от скорости движения воздушного потока в теплообменном коробе, от угла падения солнечного луча на зеркальную поверхность.

По полученным зависимостям были сделаны следующие выводы:

- оптимальным углом падения солнечного света на зеркальную поверхность является угол в 15 градусов;

- оптимальной длинной аэродинамических ребер оказалась длина 10 сантиметров. Она позволила производить максимальное перемешивание воздушного потока, тем самым оптимизируя работу установки;

Оптимальной скоростью воздушного потока для установки длинной 2 метра, при угле падения солнечного луча на зеркальную поверхность 15º, и длине аэродинамических ребер 10 сантиметров, оказалась скорость 4 м/с. При дальнейшем увеличении скорости воздушного потока температура воздуха будет ниже необходимой технологической.

При использовании аэродинамических ребер в теплообменном коробе температура нагрева воздуха увеличилась на 10 градусов по отношению к температуре воздуха, полученной в результате нагрева без них при соблюдении равных условий. На повышение температуры нагрева оказало влияние:

- эффективное перемешивание воздушного потока в теплообменном коробе;

- увеличение площади нагрева воздуха, за счет нагрева пластин аэродинамических ребер. При их отсутствии поверхностью нагрева являлась только верхняя сторона дна короба, а в случае использования аэродинамических ребер поверхностью нагрева является как верхняя, так и нижняя часть пластины аэродинамического ребра.

Аннотация: Экспериментально подтверждена гипотеза об эффективном использовании плоских гелиоколлекторов совместно с плоским теплообменным коробом, в котором установлены аэродинамические ребра для интенсификации теплообмена.

Ключевые слова: сушильный агент, ленточная сушила, солнечный колектор, аэродинамические ребра.

Анотація: Експериментально підтверджена гіпотеза про ефективне використовування плоских геліоколлекторів спільно з плоским теплообмінним коробом, в котрому використовуються аеродинамічні ребра для інтенсифікації теплообміну.

Ключові слова: сушильний агент, стрічкова сушарка, сонячний колектор, аеродинамічні ребра.

Ю. Б. Гербер к. т.н., зав. кафедрой технологического оборудования перерабатывающих предприятий и КСУ» ЮФ НУБиП «Крымский агротехнологический университет»;

Ковтун В. М. Аспирант кафедры технологического оборудования перерабатывающих предприятий и КСУ» ЮФ НУБиП «Крымский агротехнологический университет».