Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших тенденций дальнейшего прогресса современной холодильной техники является уменьшение энергозатрат на производство искусственного холода и снижение потерь при его потреблении. Традиционные направления для решения этой проблемы (улучшение конструкций теплообменных аппаратов и пр.) к настоящему времени можно считать практически исчерпанными.
Трудность в решении проблемы — сравнительно медленное протекание процессов тепло—и массопереноса как в аппаратах холодильных машин, так и при консервировании холодом пищевых продуктов. Следовательно, основным направлением решения этой проблемы является разработка методов и средств, интенсифицирующих тепло—и массооб— менные процессы как на стгдии производства искусственного холода, так и на стадии его потребления, при этом методы и средства не должны оказывать негативного влияния на качество холодильного консервирования пищевых продуктов.
Согласно прогнозам Международного института холода в обозримом будущем крупнотоннажное холодильное консервирование скоропортящихся продуктов не имеет альтернативы. Вместе с тем современное производство искусственного холода является одним из основных потребителей высокопотенциальной энергии, на выработку которой расходуются невоспроизводимые виды природного топлива ( газ, нефть, уголь), так, в частности, на произюдство Ькг мяса и его холодильное хранение энергозатраты составляют свыше 21 кВт.ч.
Одним из возможных решений в создавшемся ситуации является использование электроконвекции в холодильной технике. Электроконвек— ция относится к одному из видов электротехнологии и ее прикладная основа состоит в применении постоянных электрических полей в качестве воздействующего фактора, способного интенсифицировать процессы тепло—и массопереноср..
Многофункциональность электростатических полей позволяет также разделять различные диспергированные смеси, удалять капли "жидкости из паровой и воздушной сред при минимальном расходе энергии в процессах и аппаратах пищевых производств.
Технологии с использованием электроконвекции в других отраслях промышленности накопили большой арсенал теоретических и инженерных разработок, хорошо зарекомендовавших себя в практике. Внедрение средств, создающих электроконвективные явления ввиду простоты их конструкции, не требует значительных капитальных затрат, а процессы поддаются безынерционному управлению.
Татам образом, задача поиска принципиально новых решений энергосбережения в процессах и аппаратах цроизводства и потребления искусственного холода является актуальной.
Цель работы. Разработать научные основы электроконвёкции в области холодильной техники, а на их базе создать надежные методы и средства интенсификации процессов тепло-и массообмена, обеспечивающие энергосбережение при обработке холодом пищевых продуктов.
3 соответствии с выбранно" целью решались следующие основные задачи:
анализ существующих и перспективных методов интенсификации процессов тепло- и массообмена на стадиях производства и потребления холода;
разработка классификации направлений применения электроконвекции в технике умеренного холода и процессах холодильной обработки пищевых продуктов;
исследование кинетики инееобразования на поверхности приборов охлаждения в электроконвективной среде (ЭКС);
исследование нестационарного процесса инееобразования на поверхности приборов охлаждения холодильных камер в условиях электроконвекции и переменной влажности паровоздушной среды, а также влияние этого процесса на вольт-амперные характеристики (ВАХ) генерирующих устройств;
разработка математических моделей внешнего и внутреннего массо-переноса в условиях ЭКС применительно к аппаратам холодильной техники, научно обоснованных методов экспериментальных исследований и создание для их выполнения лабораторного комплекса;
экспериментальные и аналитические исследования электроконвективного теплообмена воздушных конденсаторов применительно к малым холодильным машинам (ХМ);
экспериментальные исследования механизма тепло-и массообмена и аэродинамики воздухоохладителей в условиях ЭКС;
построение математической модели движения сырья в электрическом поле криоэлектросепаратов и проведение экспериментальных исследований процесса криоразделения;
экспериментальные и аналитические исследования процессов холодильной обработки мяса в условиях ЭКС, разработка инженерного метода расчета процесса замораживания мяса; определение бактерицидного эф-'ректа при электроантисептировании мяса;
разработка принципиальных конструктивных и технических решений аппаратов холодильно'* техники, криоэлектросепараторов, устройств
для электроантисептирования, камер холодильное обработки пищевых продуктов в условиях ЭКС.
Научная новизна. Разработаны Физические и математические модели процессов тепло- и массопереноса, учитывающие использование постоянных электрических потенциалов в аппаратах техники умеренного холода и на их основе созданы научно обоснованные методы расчета средств электроконвекции.
Разработана классификация направлена" использования электроконвекции в технике умеренного холода и процессах холодильно'1 обраоотки пищевых продуктов, определены основные технологические параметры процессов.
Выявлен механизм нестационарного процесса инееобразозания на поверхности приборов охлаждения в условиях электроконвекции при переменной влажности паровоздушной среды и определено влияние технологических и конструктивных параметров на вольт-амперные характеристики генерирующих устройств.
Установлены основные- закономерности изменения тепловых, аэродинамических и энергетических характеристик воздухоохладителей в условиях ЭКС и конденсаторов электроконвективного охлаждения.
Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применения электроконвективного теплообмена при холодильной обработке мяса. Разработаны математическая модель и метод расчета процесса завораживания мяса.
Предложена математическая модель движения частиц в электрическом поле, позволяющая осуществлять анализ траекторий их движения, что служит основой при конструктивном оформлении криоэлектросепараторов.
Практическая ценность и реализация результатов исследовашг". На основании аналитических и экспериментальных исследований обоснованы процессы тепло- и массопереноса с применением ЭКС в аппаратах холодильной техники, определены основные технологические параметры процессов и выявлены эйективные направления использования электроконвекции в холодильной отрасли.
Теоретические положения диссертации и инженерные расчеты использованы при разработке технических решений и конструктивном оформлении аппаратов холодильно'5 техники, криоэлектросепараторов, устройств для электроантисептирования и камер электроконвективной холодильной обработки мяса, защищенных авторскими свидетельствами и патентами.
Прошли производственные испытания и приняты к дальне "-ще4 разработке:.
- приборы охлаждения - на предприятиях объединения "іЛосхолод",
Краснопресненском оптово-розничном плодоовощном объединении г.
і'.їоскви, акционерном научно-производственном объединении (АНПО)
".Ларихолодмаа'і
конденсаторы элелтроконвективного 'охлаждения - на ПО "Родник" (г. Саратов); I
камеры с электроконвективным охлаждением - на Саратовском мясокомбинате, на предприятии "CZERNiAK " (Польша);
линия по переработке замороженного сырья биологического происхождения с использованием электросепарации - на экспериментальном комбинате овощных концентратов "Детчинский", на предприятии фирмы "AGAR " (Польша), а.с. № I533S3I, І533632 признаны международными патентами в Германии, Польше и Чехословакии.
Приборы охлаждения внедрены на,Коломенском хладокомбинате.
Охлаждающие приборы, электродные устройства и бытовой холодильник с конденсатором электроконвективного охлаждения внедрены в учебный процесс ГЛГАПБ.
Электродные устройства оборудуются в универсальном морозильнике, разработанном КЕ транспортно^химического машиностроения.
Получено положительное заключение на разработанные маслоотделитель и отделители жидкости (а. с. 1719324, 1749555, 1778466) от фирмы Тренко" (Голландия) и фирмы " РАР(/" (Польша).
Научно-технические разработки использованы в Мурманском высшем инженерном морском училище и др.
По результатам исследование изданы две монографии "Электр о-технология в холодильной промышленности" (1990) и "Совершенствование холодильное техники и технологии "(1992), которые используются в учебном процессе и при проведении научно-исследовательских работ.
Апробация работы. Штериалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции "Пути интенсификации производства и применение искусственного холода в отраслях АПК" (Ташкент, 1985), Пятой Всесоюзной конференции по электронной обработке материалов (Кишинев, 1985), Пятой Всесоюзно" научно-технической конференции "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов" (Москва, 198 5), Всесоюзное научно-технической конференции "Интенсификация производства и применение искусственного холода" (Ленинград,193 6), Всесоюзное научно-практической конференции "Искусственный холод в отраслях АПК" (Кишинев,1937), Третьей Всесоюзной научно-практической конференции -"Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания" (іЛосква,І988), Всесоюзной научно-технической конференции "Пути интенсификации производства с применением искус-
4 I
ственного холода в отраслях АПК, торговле и на транспорте" (Одесса, 1988), Шестой Всесоюзной научно-технической конференции "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья" (Москва, 1989), Всесоюзной научно-технической конференции "Качество сырья мясной промышленности, методы оценки и пути рационального и эффективного использования" (Москва, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Холод — народному хозяйству", 'Ленинград, T99I), Четвертой Всесоюзной конференции " Применение электронно—ионной технологии в народном хозяйстве" 'Москва, 1991), Научно-технической конференции "Применение псевдокипящего слоя и флгаидизированных систем в пищевой, вкусовой и биотехнологической промышленности" (Пловдив, Болгария, 1989), на международных семинарах "iNTEK-ICE " (Золинген, Германия, 1989, 1991), в Чешском высшем техническом училище (Прага, ЧСФСР, 1990).
Устройства для охлаждения воздуха экспонировались на ВДНХ СССР.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 67 печатных работах, в том числе в двух монографиях. Новизна разработанных технических решений подтверждена 82 авторскими свидетельствами, одним отечественным и шестью зарубежными патентами.
Объем и структура работы. Диссертация включает введение, пять глав, список использованной литературы из ^^наименований и приложения. Работа изложена на^^Умашинописных страницах, включает /J таблиц, 2ї рисунков.