Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что газовое оборудование пищевой промышленности экономически и технологически более выгодно в эксплуатации, чем электрическое. Однако, в сегменте тепловых аппаратов предприятий общественного питания доля газового оборудования не превышает 30%. Причиной столь низкого уровня использования газового топлива в качестве источника энергии на пищевых предприятиях является недостаточно высокая эффективность сжигания газа и как следствие загрязнение окружающей среды экологически вредными дымовыми газами, в частности СО, что ведет к его существенному перерасходу. В целях более полного сжигания топлива за счет избытка воздуха в смеси непреднамеренно снижается температура пламени и дымовых газов, что ведет к недожогу в холодном пламени. Объем дымовых газов и размеры теплового блока возрастают, как и тепловые потери через наружную поверхность, коэффициент полезного действия падает. Наиболее наглядно недостатки этого процесса проявляются на плитах, сковородах и пищеварочных котлах, обогреваемых дымовыми газами. Они имеют пониженный коэффициент полезного действия.
Химическая реакция горения из-за неравномерного смешивания реагентов идет медленно и температура факела понижена настолько, что основным источником энергии в тепловом аппарате считается конвективная составляющая от дымовых газов ак. В тоже время кондуктивная составляющая aw, как и составляющая лучеиспусканием ал по известным законам физики в этом процессе слишком мала. Это второй недостаток традиционных топок по сжиганию газа и используемой методики расчета рассматриваемых тепловых аппаратов.
До сих пор эффективность газовых тепловых аппаратов повышалась за счет применения горелочных устройств с увеличенным коэффициентом избытка воздуха, что заведомо увеличивало и объем отходящих токсичных газов.
По теории топочных процессов и горения существуют фундаментальные исследования ученых Кнорре Г.Ф., Семенова Н. Н., Ксандопуло Г.И. Технологией сжигания газового топлива занимаются современные ученые школы Померанцева В.В., Ахметова Р.Б. Основоположниками кластерной теории горения являются ученые Дж. Е. Майер и Я.И. Френкель. Известны исследования о влиянии электрического поля на процесс сжигания топлива выполненные Громцевым А.С., Дудышевым В.Д., Пурмалом М.Я.
Известны попытки интенсификации процесса горения топлива за счет каталитического воздействия озона, и наложения на факел электрического поля.
До настоящего времени работ по применению подобных способов для повышения эффективности газового теплового оборудования пищевой промышленности не проводились.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является исследование процесса обогрева рабочей поверхности тепловых аппаратов пищевой промышленности и разработка способа интенсификации этого процесса путем наложения электрического поля на факел горения.
Для достижения поставленной цели определены основные задачи исследования:
- разработать способ интенсификации процесса обогрева рабочей поверхности
в тепловом аппарате;
обосновать эффективность применения электрического поля в качестве фактора интенсификация процесса сжигания газового топлива и выбрать параметры электрического поля для обработки горючей смеси в тепловом аппарате;
разработать методику расчета теплового аппарата с учетом повышения эффективности сжигания топлива;
на лабораторной установке исследовать эффективность сжигания газового топлива при одновременном воздействии электрического поля;
обосновать техническое решение создания теплового аппарата повышенной эффективности.
На защиту выносятся следующие научные положения:
зависимость эффективности сгорания топлива в тепловом аппарате от параметров электрического поля;
механизм передачи тепла от пламени и газов к рабочей поверхности теплового аппарата;
технические решения конструкции теплового аппарата;
методика расчета теплового аппарата с использованием газовой горелки с одновременным воздействием электрического поля
Научная новизна работы:
- предложена зависимость между эффективностью сгорания топлива и
параметрами электрического поля для обработки горючей смеси, позволяющая
определить основные режимы горения топлива;
на основе предложенной зависимости получены исходные параметры для формирования способа интенсификации обогрева рабочей поверхности теплового аппарата;
раскрыт механизм передачи тепла от пламени и газов к рабочей поверхности в модернизированном аппарате, который отражает зависимость интенсивности теплопередачи от ионизации горючей смеси;
- разработано и подтверждено практически техническое решение и
конструкция теплового аппарата, обеспечивающая экономию топлива до 20 %
по сравненшо с существующими.
Практическая значимость. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований предложена реальная конструкция навесного устройства повышающего эффективность тепловых аппаратов и разработаны техническое задание и условия.
Разработана методика расчета теплового аппарата с использованием газовой горелки с каталитическим воздействием электрического поля
Результаты работы используются в учебном процессе подготовки студентов по специальности «Технологическое оборудование, машины и аппараты пищевых производств», для переподготовки преподавателей ВУЗов, в проектных институтах и фирмах для разработки новой техники.
Материалы диссертации включены в рабочую программу повышения квалификации профессорско-преподавательского состава университета и других ВУЗов России «Вепольные технологии в пищевой промышленности», раздел «Математическая модель вепольного горения газового топлива».
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на 61, 62, 63 научно-технических конференциях СПбГУНиПТ С.-Петербург (2006-2009г), на 34 научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников университета и на Научно-технической конференции с международным участием «Холодильные агенты на все времена. Евроожидания и российский опыт» (20 Юг).
Публикации. По результатам исследований опубликованы пять печатных работ, в том числе одна работа - в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 108 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемой литературы, содержащего более 100 источников. Работа содержит 15 таблиц и 37 рисунков.
