Сборник статей
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента.

Аннотация: в основе обоснования производительности лежат данные экспериментальных исследований по определению оптимальных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента.

Ключевые слова: сушильный агент, ленточная сушилка, комплексное устройство.

Одним из приоритетных направлений повышения конкурентоспособности отечественных сухофруктов является снижение себестоимости готового продукта. Добиться этой цели можно несколькими путями, но наиболее оптимальным решением является снижение энергозатрат на сушку плодов. Также необходимо учитывать, что у отечественных предприятий недостаточно средств на полную замену устаревшего оборудования и внедрение новых технологий. Для снижения затрат на сушку плодов необходимо разработать устройство, позволяющее производить нагрев воздуха за счет использования энергии солнца. Однако для производства качественного продукта, необходимо производить качественный нагрев сушильного агента. Качество нагрева сушильного агента можно определить по его частному показателю его температуре нагрева.

На кафедре технологического ТОПП и КСУ авторами статьи в 2007 году разработано комплексное устройство способное производить нагрев воздуха до необходимой технологической температуры.

В состав комплексного устройства входят:

- теплообменный короб типа горячий ящик, в котором расположены аэродинамические турбулизаторы;

- зеркальные концентраторы;

- механизм регулировки зеркальных концентраторов;

- каркас, на котором крепится теплообменный короб и зеркальные концентраторы.

Для повышения эффективности работы комплексного устройства необходимо, с одной стороны устанавливать в середину теплообменного короба аэродинамические ребра, в то же время увеличивать скорость движения воздушного потока. Однако наличие аэродинамических ребер влечет за собой увеличение коэффициента сопротивления воздушного потока. При использовании высокого коэффициента оребрения производительность установки снижается.

Это противоречие можно разрешить путем оптимизации конструктивно-режимных параметров комплексного устройства.

Для обоснования конструктивно-режимных параметров комплексного устройства в качестве критерия оптимизации – температуру нагрева сушильного агента.

Критерий оптимизации предлагается рассчитывать по алгоритму, который основывается на результатах проведенных исследований (рис. 1).

image001_2_7082ae97e5d71c7ef00e6afddd884322 Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента

Исходными данными являются конструктивные и режимные параметры комплексного устройства. По этим величинам рассчитывают критерии подобия, затем частные показатели качества и критерий оптимизации.

С помощью созданной экспериментальной установки проведены исследования по определению зависимостей температуры нагрева сушильного агента от конструктивно-режимных параметров. При этом расстояние между аэродинамическими концентраторами было принято SL = 10 см.; 20 см.; 30см. Длина экспериментальной установки L = 2 м. Высота зеркальных концентраторов 1 м. В результате обработки полученных данных построены графические и аналитические зависимости.

По описанному алгоритму были произведены расчеты целевой функции при различных сочетаниях конструктивно-режимных параметров комплексного устройства для сушильного агента. Расчетные целевые функции и экспериментальные кривые представлены на рис. 2.

Для SL = 0,2 м.

image002_1_90a4838690837354f797017f8c92589b Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента

Для SL = 0,1 м.

image003_1_a59966091f3b437c827fbcc58c370557 Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента
Для SL = 0,3 м.

image004_1_3bb2ac9a1aef4f87c5f2db98428eac74 Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента

Рис. 2. Расчетные целевые функции и экспериментальные кривые.

Исследования показали, что существует область значений параметров, при которых температура нагрева достигала необходимого технологического значения. Такие режимы для экспериментальной установки можно рекомендовать для практического использования, а их значения для опытного образца сведены в табл. 1.

Таблица 1

Рекомендуемые конструктивно-режимные параметры комплексного устройства

Параметры

Сушильный агент (воздух)

Физические параметры процесса

Скорость движения сушильного агента в теплообменном коробе, м/с

1,5…3,4

Угол наклона зеркалных концентраторов, град.

13…17

Расстояние между аэродинамическими ребрами, м

0,1

Обобщенные безразмерные переменные

image005_0_0affd1956922aaa6d386f10c67693d3f Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента

0,2396…0,5431

image006_0_bfb0ceb9ca18d3dac76a92df804d97d7 Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента

3,24…3,5

SL/h

5

Отметим, что в табл. 1 приведены оптимальные значения физических значений конструктивно-режимных параметров для комплексной экспериментальной установки. Чтобы результатами исследований можно было воспользоваться для других установок с плоскими гелиоконцентраторами, которые могут отличаться от опытного образца длинной теплообменного короба, коэффициентом концентрации, другими конструктивными параметрами, рекомендуемые режимы представлены также в виде обобщенных безразмерных переменных.

Из вышеприведенных графических зависимостей видно, что значения SL/h и image005_0_0affd1956922aaa6d386f10c67693d3f Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента для различной длинны комплексной установки весьма существенно отличаются. В соответствии с этими значениями для установок различной длинны, существуют свои рекомендуемые параметры.

Данные значений температур при заданных параметрах представлены в табл. 2. В таблице 2 скорость движения сушильного агента image007_1_b894e3cc22ce6fbff7d7f2a6c87d844c Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента представлена в виде безразмерной величины image005_0_0affd1956922aaa6d386f10c67693d3f Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента, а угол image008_1_e763b353cde64dde0af37c16828107be Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента представлен коэффициентом концентрации image009_1_7dfa536ceca6b57e5928328e22272f04 Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента

Таблица 2

Данные значений температур при заданных параметрах комплексной установки

Параметры

image005_0_0affd1956922aaa6d386f10c67693d3f Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента

0,2396

0,3514

0,4392

0,5431

image009_1_7dfa536ceca6b57e5928328e22272f04 Практическое обоснование основных конструктивно-режимных параметров комплексной установки для нагрева сушильного агента

3,24

74

69

61

57

3,5

83

81

74

67

3,24

79

75

68

63

Данные представленные в таблице 2 соответствуют значениям представленным на рисунке 2.

В целом можно сделать вывод о том, что основная гипотеза настоящей работы экспериментально подтверждена:

- использование плоских гелиоконцентраторов совместно с теплообменным коробом типа «горячий ящик» повышает температуру воздуха на выходе из установки;

- применение аэродинамических ребер в теплообменном коробе с целью турбулизации воздушного потока, приводит к интенсификации теплообменного процесса и повышению температуры воздуха на выходе из установки.

Таким образом, научно обоснован алгоритм определения оптимальных конструктивно-режимных параметров комплексной установки, пригодный для нагрева сушильного агента до необходимой технологической температуры. Получены конструктивно-режимные параметры экспериментального образца комплексной установки, которые обеспечивают необходимый нагрев воздуха:

- скорость движения сушильного агента 3,4 м/с;

- угол падения солнечных лучей на зеркальные концентраторы;

- шаг между турбулизаторами 0,3 м.

Алгоритм расчета и режимы рекомендуется использовать для определения параметров комплексного устройства и внедрение его в производство совместно с уже существующими на предприятиях ленточными сушилками. А также при разработке нового сушильного оборудования.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Мельников С. В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алешкин, П. М. Рощин. – М.: Колос, 1972. - 200 с.

2. Калинин Э. К. , Дрейцер Г. А., Ярхо С. А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1990. 200 с.

3. Новаковский Е. В. Анализ результатов эксперемнтальных исследований традиционных солнечных коллекторов и дельта-систем//Холодильна техніка і технологія., 2004. 45-48 с.

Ю. Б. Гербер к. т.н., декан технологического факультета ЮФ НУБ и П Украины “КАТУ”;

Ковтун В. М. Аспирант кафедры технологического оборудования перерабатывающих предприятий и компьютерных систем управления ЮФ НУБ и П Украины “КАТУ”.