Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Барко А.В. Беззаботов Ю.С.
Для получения высококачественного продукта с высокими значениями влагоемкости целесообразно использовать переменные режимы сушки, изменяя значение влагосодержания di и температуры сушильного агента ti в широких пределах, не превышающих, однако, максимально допустимых температур сушки. Для выполнения таких условий и использования теплоты отработавшего сушильного агента в КубГТУ на кафедре ХКМУ была разработана схема двухконтурной сушильной установки (рисунок 1).

Сушильный агент с параметрами окружающей среды (т. 1) охлаждается в охладителеиспарителе И, температура площади поверхности теплопередачи которого ниже точки росы. Охлажденный и осушенный воздух с параметрами точки 2 с помощью вентилятор поступает в сушильную камеру СК1, где подогревается до температуры t3 и увеличивает свое влагосодержание на величину ∆dх=d3-d2 (т. 3). Затем воздух поступает в нагреватель-конденсатор КД, где подогревается без изменения влагосодержания (т. 4), доводится до заданной технологической температуры в теплообменнике "воздух-воздух" ТО (т. 4´) и электронагревателе ЭН (т. 5), после чего поступает в сушильную камеру СК2. Нагревая продукт, воздух охлаждается и насыщается влагой, его влагосодержание увеличивается на величину ∆dт = d6 - d5, отбирая от продукта оставшуюся влагу. Теплота отработавшего сушильного агента используется в теплообменнике ТО (процесс 6-6´).

Для всестороннего анализа работы указанной схемы была разработана математическая модель работы сушильной установки.

Для проведения теоретического исследования выбран тепловой насос и теплообменник с заданными геометрическими характеристиками. Определение режима работы при регулирующем воздействии (производительность вентилятора) выполнялось на основе равенства потоков тепла и массы.

Исходные данные для расчетов:

  • количество высушиваемого продукта  - Gпд кг/час;
  • начальная влажность - φнач;
  • конечная влажность - φкон;
  • температура воздуха перед подачей в "теплую" сушильную камеру 700С;
  • параметры окружающего воздуха: температура tос, 0C, влажность φос, %.

Рис. 1. Схема двухконтурной сушильной установки и отображение процессов обработки воздуха в H-d-диаграмме

Приняты следующие допущения:

  • воздух поступает в испаритель из окружающей среды;
  • тепловлажностное отношение в процессе сушки  в "теплой"  сушильной  камере - εт, Дж/кг/(г/кг);
  • тепловлажностное отношение в процессе сушки  в  "холодной" сушильной  камере  - εх Дж/кг/(г/кг);
  • отношение испаряемой влаги  между "холодной" и "теплой" сушильными камерами -β;

Расчеты проведены по формулам [2-9].

Для экспериментального подтверждения разработанной математической модели по исследованию процессов однонаправленного тепловлагообмена и выявления режимных характеристик работы термотрансформатора в условиях низкотемпературной сушки на кафедре холодильных и ком
прессорных машин и установок Кубанского государственного технологического университета была разработана и изготовлена двухконтурная экспериментальная установка низкотемпературной сушки (рисунок 2).

Установка имитирует работу двухконтурной схемы с теплообменником перед электронагревателем и включает в себя:

  • тепловой насос марки ИФ-49 в составе компрессора 5, конденсатора 6, терморегулирующего вентиля 4, испарительной камеры 3;
  • контур обработки сушильного агента в составе испарительной камеры 3, вентилятора 7 марки ВР-300-2,5, сушильной камеры 8, теплообменника 10, электронагревателей 9 и 12 мощностью 12,7 и 2 кВт соответственно, шиберов регулирования подачи наружного воздуха 1 и воздуха из помещения 2.

Рис. 2

Установка работает следующим образом. Требуемое в заданном соотношении количество смеси наружного воздуха и воздуха в помещении, определяемое положением шиберов 1 и 2, подается в испарительную камеру 3, где охлаждается и осушается. Из испарительной камеры воздух по воздуховоду всасывается вентилятором 7, откуда поступает в сушильную камеру. В сушильной камере 8 для имитации процесса сушки продукта в форсунке разбрызгивается подаваемая под давлением вода. Давление создается в емкости для воды с помощью сжатого воздуха. Увлажненный воздух поступает в нагревательную камеру 13, где установлены теплообменник 10, электронагреватели 9 и 12. В теплообменнике 10 воздух нагревается

теплотой воды из конденсатора 6. Таким образом, воздух использует теплоту конденсации от конденсатора теплового насоса. Далее воздух последова
тельно проходит через электронагреватели 12 и 9, первый из которых имитирует работу теплообменника "воздух-воздух" и выбрасывается наружу.

Системой автоматики экспериментальной установки предусмотрено измерение:

  • потребляемой мощности компрессора;
  • напряжения и сопротивления фаз трехфазного электронагревателя;
  • температуры воздуха после каждого элемента установки с помощью малоинерционных медьконстантановых термопар;
  • давление всасывания и нагнетания компрессора с помощью манометров;
  • влажности воздуха при прохождении испарителя и сушильной камеры с помощью "мокрых" медь-константановых термопар;
  • расхода воды через конденсатор и теплообменник с помощью ротаметра 11;
  • расхода воздуха через контур обработки сушильного агента с помощью анемометра.

В качестве вторичного прибора к термопарам применялся цифровой вольтметр типа Щ68003.

По результатам экспериментальных режимных характеристик работы сушильной установки определялся показатель энергетической эффективности работы удельные энергозатраты на кг высушенного продукта в час.

Для исследования экспериментальной установки для различных режимов работы проводилось изменение производительности вентилятора с помощью установки вставок меньшего сечения на всасывании.

Для сравнения теоретической и экспериментальной моделей в теоретической модели проводились расчеты при параметрах работы экспериментальной установки.

Исходными данными работы установки выбраны:

  • испарение влаги 0,0018 кг/с;
  • начальная влажность продукта 0,8;
  • конечная влажность продукта 0,04;
  • подача воздуха в установку осуществлялась полностью из помещения.

Результат натурных экспериментов отразился в виде плавной и без изломов кривой сушки (рисунок 3).

Рис. 3

Сопоставление полученных экспериментальных данных (показаны на рисунке 3 в виде точек) показали, что проведенные натурные эксперименты в целом подтвердили результаты численных исследований, выполненных по математической модели, при этом расхождение расчетных и экспериментальных  данных  не  превышало  31% при максимальной относительной погрешности измерений 7,2%.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Шаззо Р.И., Шляховецкий В.М. Низкотемпературная сушка пищевых продуктов в кондиционированном воздухе. - М.: "Колос", 1994. - 119с.
  2. С.Н. Богданов, О.П. Иванов, А.В. Куприянова. Свойства рабочих веществ, теплоносителей и материалов, используемых в холодильной технике.
  3. Теплообменные аппараты холодильных установок. Г.Н, Данилова, С.Н. Богданов, О.П. Иванов и др.; Под общ. ред. д-ра техн. наук Г.Н. Даниловой. -2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. - 303 с.; ил.
  4. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин под ред. И.А. Сакуна. Л.: Машиностроение, 1987г.
  5.  Кондиционирование воздуха и холодоснабжение:  Учебник  для  вузов/  В.Н.  Богословский, О.Я. Кокорин, Л.В. Петров; Под ред. В.Н. Богословского.М.: Стройиздат, 1985.-367 с., ил.
  6. А.В. Нестеренко. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. Учебное пособие. Изд. 3, доп. М., изд-во "Высшая школа", 1971.
  7. Енохович А.С. Справочник по физике и технике: Учеб. пособие для учащихся.-3-е изд., перераб. и доп.-М.: Просвещение, 1989.224с.: ил.
  8. Кошкин И.И. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин.
  9. С.И. Бурцев, Ю.В. Цветков. Влажный воздух. Состав и свойства. Учебное пособие. СПб, 1998.
  10. В.С. Мартыновский.  Анализ действительных термодинамических циклов.М.: Энергия, 1972.

Библиографическая ссылка

Барко А.В., Беззаботов Ю.С. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ ТЕПЛОВОГО НАСОСА // Успехи современного естествознания. – 2009. – № 8. – С. 79-81;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=13983 (дата обращения: 16.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074