Введение к работе
Актуальность проблемы. Холодильные установки умеренного холода широко используются на предприятиях агроперерабатывающего комплекса, в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Проектирование этих установок в настоящее время базируется на данных расчета теилопритоков в охлаждаемые объекты согласно "Рекомендациям по проектированию холодильных установок". Действуют отраслевые рекомендации для пищевой промышленности (1962 г) и мясомолочной промышленности (1987 г).
Методика расчета теплопритоков в обеих рекомендациях основана на зависимостях стационарного режима. Имеющая место в реальности явная нестационарность процесса теплопереноса учитывается введением в отдельные формулы эмпирических коэффициентов. В последних по времени издания рекомендациях эта тенденция носит более ярко выраженный характер. Однако, практика эксплуатации охлаждаемых объектов свидетельствует о спорности методики расчета теплопритоков по зависимостям стационарного режима.
Многочисленные обследования кафедры холодильных установок показывают, что в камерах холодильников ЛПК после их загрузки продуктом температура воздуха помещения в течение недель и даже месяцев остается выше технологически требуемой. Причиной этого является оценка теплопрнтока от продукта по зависимости стационарного режима, дающая заниженные, по сравнению с реальностью, значення. В результате теплообменной поверхности охлаждающих приборов в камерах оказывается недостаточно для компенсации теплопритоков. Обслуживающему персоналу приходиться понижать температуру кипения хладагента, что приводит к увеличению эксплуатацнонш-гх затрат. Ограждения охлаждаемых сооружений с обычными несущими конструкциями по данным ВННКТИхолодпрома, ЦНИИпромзданий и СПбГЛХПТ значительно быстрее регламентируемого срока эксплуатации снижают свои теплотехнические характеристики из-за некорректности оценки тепло-массопсреноса в них по методике стационарного режима. На их восстановление требуется дополнительные капиталовложения.
Таким образом, необходимость создания методики расчета тепловой нагрузки на холодильное оборудование, учитывающей реальность протекающих в элементах холодильной установки процессов, является самостоятел? чой проблемой холодильной техники.
Достоверная оценка реальной величины теплопритоков в охлаждаемые объекты возможна только на основе анализа нестационарности процессов. Для решения этой проблемы необходимо проведение аналитических и экспериментальных исследований по следующим направлениям:
поиск рациональных вариантов теплоизоляционных конструкций, ограждений охлаждаемых объектов в зависимости от вида несущей конструкции и технологического назначения объекта;
интенсификация работы охлаждающих приборов охлаждаемых объектов на основе учета особенностей их эксплуатации и технологических требований.
При современном уровне теоретических исследований и многофакторности даже отдельных задач это возможно лишь путем математического моделирования отдельных элементов холодильной установки. Оценку адекватности математических моделей следует проводить по данным натурных испытании на действующих холодильниках. Только на основе этих исследований можно разработать методику расчета тешгопритоков, учитывающую нестационарность процессов. Создание такой методики позволит решить актуальную проблему техники умеренного холода - проектирование охлаждаемых объектов, гарантирующих поддержание требуемого технологического режима и долговечность эксплуатации отдельных элементов холодильной установки.
Цель и задачи исследования. Целью проводимого исследования является разработка основ теплового расчета нестационарных процессов, происходящих в охлаждаемых объектах, и создание на этой базе методики определения тепловой нагрузки на холодильное оборудование, гарантирующей его способность поддерживать технологически требуемый режим.
Основными задачами диссертационной работы являются:
анализ динамики процессов тепло-массопереноса в ограждениях холодильников с целью повышения эффективности и долговечности их эксплуатации; - —
анализ динамики тешгопритока от поступающего в охлаждаемый объект іруза, как определяющей статьи тепловой нагрузки на холодильное оборудование;
анализ динамики работы воздухоохладителей камер хранения с целью повышения их технологической применимости.
. Научная новизна. В настоящей работе решена важная научно-техническая проблема, которая может быть сформулирована следующим образом: "Разработка основ проектирования элементов охлаждаемых объектов, в условиях реально протекающих в них процессов".
Основные положения диссертации, научная новизна которых .защищается: метод расчета тешгопритоков в охлаждаемое сооружение; результаты анализа влияния: внутренних и внешних факторов на теплотехнические характеристики ограждений охлаждаемых сооружений, нестационарности процесса холодильной обработки груза на обоснованность подбора теплообменной поверхности охлаждающих приборов, условий работы воздухоохладителей на температурный режим камер хранения; математические модели элементов охлаждаемых объектов, характеризующихся наличием нестационарнопротекающих процессов.
. Практическая ценность работы. Впервые разработана методика теплового расчета охлаждаемых объектов, учитывающая нестационарность процессов тепло-массопереноса, что позволяет проектировать охлаждаемые объекты, в которых:
1) теплообменная поверхность охлаждающих приборов гарантирует поддержание требуемого технологического режима;
-
теплоизоляционные конструкции сочетают надежность в эксплуатации с элементами оптимизации отдельных параметров;
-
теплообменные характеристики воздухоохладителей приведены в соответствии с воздухообменными.
Результаты работы внедрены: ВНИИПКспецстройконструкция при проектировании и строительстве первых отечественных железобетонных резервуаров емкостью 10 000 м3 для изотермического хранения сжиженных углеводородных газов в г.Ннжнекамске; НПО Агрохолодпром - на холодильниках мясокомбинатов в г.г. Тамбов, Донецк, Макеевка, Валга; ВНИКТИхолодпром - при разработке "Сборника инструктивных материалов по технической эксплуатации холодильников"; НПО Агрохолодпром - при модернизации действующего СНиПа 2.II-02.87 "Холодильники для нужд АПК"; Гипрорыбпромом при модернизации охлаждающих приборов камер холодильника Мурманского рыбного порта, Международной Академией холода - при разработке "Рекомендаций по проектированию холодильных установок пищевых производств малых объектов".
Материалы диссертации использованы в учебном процессе по курсу "Холодильная техника", читаемом на кафедре холодильных установок СПбГАХГТТ.
Апробация работы. Материалы исследования по теме диссертации докладывались на республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности процессов и оборудования холодильной и пищевой промышленности" (Ленинград, 1971 г.), на заседании комиссии С-2 "Каука и пищевая технология" и Д.1 "Холодильное хранение" МИХ (Варшава, 1972г), на III Национальной конференции по холодильной технике в Варне (Болгария, 1974 г.), на XIV Международном конгрессе по холоду (Москва, 1975 г.), на Всесоюзной конференции "Совершенствование процессов машин и аппаратов холодильной и криогенной техники и кондиционирования воздуха" (Ташкент, 1977г.), Всесоюзном семинаре НТО пищевой промышленности "Использование достижений холодильной техники и технологии в целях повышения эффективности пищевых производств" (Таллин, 1981 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Пути увеличения выпуска и сохранения качества пищевых продуктов, внедрение безотходных и малоотходных технологий на основе использования искусственного холода" (Тбилиси, 1984 г.), Всесоюзной конференции "О повышении роли молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса в мясной и молочной промышленности" (Мое ;ва, 1985 г.), Всесоюзной конференции "Повышение эффективности применения холода в отраслях АПК" (Ташкент, 1985 г.), Всесоюзной конференции " Пути интенсификации производства с применением искусственного холода в отраслях АПК" (Одесса, 1989 г.), Всесоюзной научно-технической конференции (Ленинград, 1991 г.), Международной научно-технической конференции «Холод и пищевые производства» (Санкт-Петербург, 1996 г.), Международной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 1998 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 45 печатных работах; на новые конструкции ограждений холодильников и способы за-
щиты грунта под ними от промерзання получено 2 авторских свидетельства СССР на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, приложения и содержит 198 страниц основного машинописного текста, 36 таблиц, 64 рисунка. Список использованной литературы включает 227 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.