Содержание к диссертации
Введение
Направления исследований 10
1.1. Развитие технологии массового хранения овощей 10
1.2. Анализ особенностей формирования пористой среды штабеля контейнеров с овощами 15
1.3. Анализ способов обеспечения требуемого микроклимата в хранилищах 22
1.4. Анализ систем воздухораспределения в штабеле контейнеров при хранении овощной продукции 24
1.5. Оценка формирования микроклимата в контейнерах и потерь картофеля при хранении 1.6. Обоснование и выбор направления исследований 38
1.7. Выводы по первой главе 41
ГЛАВА 2 Экспериментальные исследования по оценке аэродинамического сопротивления насыпи овощной продукции 42
2.1. Выбор и обоснование метода экспериментальных исследований 42
2.2 Выбор модели насыпи овощей 43
2.2.1 Критериальная форма аэродинамического сопротивления пористых сред с насыпной структурой 43
2.2.2. Экспериментальная установка и методика проведения исследований по обоснованию модели насыпи овощей 46
2.2.3. Результаты исследований по обоснованию выбора физической модели насыпи клубней картофеля 51
2.2.4. Аэродинамическое сопротивление и фильтрационные режимы, характерные для различных овощей 58
2.3. Выводы по второй главе 61
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования закономерностей распределения воздушных потоков в штабеле загруженных контейнеров при общеобменной вентиляции по схеме "снизу-вверх" 63
3.1. Методика воспроизведения аэродинамических процессов в штабельной структуре и в контейнерах при подаче воздуха "снизу-вверх" 63
3.2. Обоснование и расчет аэродинамической модели контейнеров с овощами для формирования модели штабеля 70
3.3. Экспериментальные исследования по активизации общеобменной вентиляции при хранении овощей в контейнерах
3.3.1. Экспериментальная установка. Методика исследования процессов фильтрации воздуха в штабеле 74
3.3.2. Закономерности распределения воздуха в штабеле контейнеров в условиях равномерной подачи воздуха 82
3.3.3. Закономерности распределения воздуха в штабеле контейнеров при сосредоточенной подаче воздуха 87
3.3.4. Экспериментальная отработка устройств, реализующих предлагаемый способ общеобменной вентиляции штабеля контейнеров 92
3.3.5. Экспериментальная оценка аэродинамического сопротивления штабеля контейнеров 97
3.4. Выводы по третьей главе 101
ГЛАВА 4 Рекомендации по расчету и проектированию системы воздухораспределения при общеобменной вентиляции контейнеров с овощами 102
4.1. Методика определения расходов подаваемого воздуха и потерь давления в системе воздухораспределения 102
4.2. Рекомендации по реализации системы воздухораспределения при общеобменной вентиляции контейнеров 105
4.3. Выводы по четвертой главе 108
Заключение 109
Библиографический список
- Анализ особенностей формирования пористой среды штабеля контейнеров с овощами
- Критериальная форма аэродинамического сопротивления пористых сред с насыпной структурой
- Экспериментальные исследования по активизации общеобменной вентиляции при хранении овощей в контейнерах
- Рекомендации по реализации системы воздухораспределения при общеобменной вентиляции контейнеров
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы отмечается значительный рост темпов и объемов строительства крупных торговых комплексов и оптовых баз. Кроме того, в связи с реализацией программы по обеспечению продовольственной безопасности страны, возобновляется строительство зданий и сооружений для длительного хранения сельскохозяйственной продукции.
Создание в загруженном объеме помещения определенных микроклиматических условий - в первую очередь, температуры и подвижности воздуха - один из определяющих факторов в обеспечении сохранности качества ггродукции (особенно сельскохозяйственной). Поддержание указанных параметров в пределах нормативных значений осуществляется, главным-образом, средствами общеобменной вентиляции, которая является наиболее распространенным и эффективным (по технологическим и технико-экономическим показателям) способом создания микроклиматических условий.
Однако проведенный анализ показал, что традиционно принятые в практике проектирования системы подачи воздуха в вентилируемые загруженные помещения обеспечивают средние температуры и скорость воздуха, близкие к благоприятным, только в свободном объеме помещения, тогда как в объеме загрузки отмечается значительная неравномерность распределения микроклиматических параметров, как по высоте, так и по площади. Это объясняется тем, что при размещении продукции в помещении^ (например, в ящиках или ящичных поддонах) образуется пористая среда со сложной структурой, характер циркуляции воздуха в которой изучен недостаточно.
Таким образом, являются актуальными исследования, направленные на изучение закономерностей распределения воздушных потоков в загруженном объеме помещения для совершенствования систем общеобменной вентиляции.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы - поддержание требуемых параметров микроклимата в загруженном объеме помещения для обеспечения качественного хранения продукции в условиях общеобменной вентиляции посредством
совершенствования систем воздухораспределения на основе исследования закономерностей фильтрации воздушных потоков в пористой среде загрузки. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
анализ особенностей формирования пористой структуры в загруженном объеме помещения (на примере контейнерных овощехранилищ);
анализ существующих способов обеспечения требуемого микроклимата в загруженных помещениях;
анализ существующих систем воздухораспределения в загруженных помещениях;
анализ особенностей формирования микроклимата в загруженных помещениях в условиях общеобменной вентиляции (на примере контейнерных овощехранилищ);
разработка физической модели для воспроизведения аэродинамических процессов в штабеле контейнеров, вентилируемых по схеме "снизу-вверх";
экспериментальные исследования по оценке эффективности способов общеобменной вентиляции по схеме "снизу-вверх" загруженных помещений (на примере овощехранилищ контейнерного типа);
- экспериментальные исследования по выявлению закономерностей распределения расхода подаваемого воздуха по высоте загрузки помещения;
- разработка методики расчета системы воздухораспределения в
загруженном помещении.
Основная идея работы состоит в организации сосредоточенной подачи дополнительного воздушного потока в каналы, образующиеся при формировании загрузки в помещении.
-Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных
научных и технических результатов, лабораторные исследования, обработку
экспериментальных данных методами математической статистики и
корреляционного анализа с применением ПЭВМ и сертифицированных
программ. '
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных условиях, с результатами других авторов.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- экспериментально установлены закономерности фильтрации воздушного
потока в пористой структуре, образующейся в загруженном объеме помещения,
при различных способах раздачи воздуха и высоте загрузки;
получены экспериментальные зависимости, характеризующие распределение воздуха по высоте загруженного объема помещения с учетом начальных условий истечения - высоты загрузки, способа воздухораспределения, интенсивности вентилирования;
по результатам обработки экспериментальных данных установлены зазисимосги, характеризующие приведенный коэффициент аэродинамического сопротивления системы воздухораспределения с учетом высоты загрузки, способа раздачи воздуха и интенсивности вентилирования;
в зависимости от режима вентилирования (подготовительный или основной период хранения) по результатам обработки экспериментальных данных и данных натурных наблюдений выявлены характерные режимы фильтрации воздушного потока в насыпи плодоовощной продукции, а также получены критериальные зависимости, характеризующие аэродинамическое сопротивление слоя овощей.
Практическое значение работы:
предложена методика оценки эффективности способов воздухораспределения, реализующих подачу воздуха в загруженные помещения по схеме "сверху-вниз", на основе использования коэффициента затекания, характеризующего долю расхода воздуха, поступающего в контейнеры разных ярусов штабеля;
разработаны инженерные решения по реализации способа воздухораспределения, предусматривающего сосредоточенную подачу воздуха под каждый нижний контейнер и дополнительно в вертикальные зазоры между ними;
установлены оптимальные соотношение расходов воздуха, подаваемого, под каждый вертикальный ряд контейнеров и в промежутки между ними, а также соотношение площадей основных и дополнительных щелевидных воздуховыпускных отверстий;
разработана методика расчета и рекомендации по проектированию системы воздухораспределения для загруженных помещений;
- предложена система расчетных формул, позволяющих оценить долю
объема продукции, находящегося в неблагоприятных для хранения
аэродинамических условиях.
Реализация результатов работы:
рекомендации по проектированию систем общеобменной вентиляции для загруженных помещений использованы ООО "ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой" при разработке проектной документации;
материалы диссертационной работы использованы кафедрой отопления, вентиляции и экологической безопасности ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке инженеров по специальности 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция".
На защиту выносятся:
- закономерности фильтрации воздушного потока в пористой структуре,
образующейся в загруженном объеме помещения, при различных способах
раздачи воздуха и высоте загрузки;
- экспериментальные зависимости, характеризующие распределение
воздуха по высоте загруженного объема помещения с учетом начальных
условий истечения - высоты загрузки, способа воздухораспределения,
интенсивности вентилирования;
зависимости, характеризующие приведенный коэффициент аэродинамического сопротивления системы воздухораспределения с учетом высоты загрузки, способа раздачи воздуха и интенсивности вентилирования;
- критериальные зависимости, характеризующие аэродинамическое сопротивление слоя овощей при характерных режимах фильтрации воздушного потока в насыпи плодоовощной продукции.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной научной конференции "Качество внутреннего воздуха и окружающей среды" (Волгоград, 2008 г.); Международной научной конференции "Проблемы сельского хозяйства" (Камбоджа, 2008' г.); Всероссийской научной электронной научной конференции "Современные наукоемкие технологии" (Москва, 2007 г.); научно-практической конференции "Проблемы охраны производственной и окружающей среды" (г. Волгоград, 2007 г.); ежегодных научно-практических конференциях ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (г. Волгоград, 2006-2008 г.г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 5 работах.
Струотура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы 127 страниц, в том числе: 123 страницы - основной текст, содержащий 18 таблиц на 15 страницах, 32 рисунка на 32 страницах, библиографический список литературы из 117 наименований на 13 страницах; 2 приложения на 4 страницах.
Анализ особенностей формирования пористой среды штабеля контейнеров с овощами
Плоды и овощи - сочные растительные продукты хранения и потребления. Они содержат до 90-97% воды, которая участвует в физиологических и биологических процессах [12, 20, 32, 35].
В период роста и созревания растительных продуктов при поступлении питательных веществ и воды из почвы происходит накопление сухих веществ, увеличивается содержание витаминов, дубильных и красящих веществ, уменьшается содержание кислот. Изменения химического состава при созревании связаны с физиологическими процессами образования репродуктивных органов (цветков) [51, 54, 59].
При хранении плодов и овощей продолжаются сложные процессы их жизнедеятельности. Наибольшее влияние на длительность хранения и качество продукции оказывают биохимические процессы и процесс дыхания [51,54,59].
Особенностью биохимических процессов в период хранения является-гидролиз накопленных при росте и созревании органических веществ, что приводит к изменению химического состава растительного сырья В результате при хранении в плодах и овощах наблюдается снижение витаминов и других полезных веществ.
В процессе дыхания кислород вступает в соединение с различными веществами (чаще всего с моносахарами). В результате реакций выделяются тепло, вода, углекислый газ. Чем интенсивнее дыхание, тем больше расход питательных веществ и тем быстрее снижается качество продукции [51, 54, 59].
С целью снижения интенсивности дыхания и замедления биохимических процессов при хранении плодовощеи в насыпном слое продукции создаются определенные микроклиматические условия. Эти условия также призваны замедлить процесс дифференциации точек роста.
Очень важными фа4торами являются временная стабильность и равномерность поддержания температурно-влажностных условий хранения в объеме насыпи [41] или штабеля продукции. Колебания температуры усиливают процесс дыхания, сокращают период покоя, увеличивают убыль массы. По данным Моисеевой Н.А. и Высоцкой О.М. [41] повышение температуры на каждые 0,1 С при длительном хранении растительных продуктов приводят к увеличению среднемесячной потери массы на 0,06-0,08%.
Для поддержания стабильного и равномерного температурно-влажностного режима, а также для удаления из насыпи или штабеля продуктов жизнедеятельности плодов и овощей (избыточного тепла, влаги и углекислого газа) необходимо правильно организовать вентилирование продукции свежим воздухом. При этом должна быть обеспечена определенная скорость воздушного потока при обтекании овощей или плодов. При подвижности воздуха менее 0,05 м/с потери продукции увеличиваются из-за самосогревания сырья [33]. При скорости воздушного потока 0,5 м/с и выше с поверхности растительных продуктов срывается весь пограничный слой углекислого газа (продукт дыхания), в результате чего вентиляционный воздух более интенсивно отбирает влагу от продукции и тем самым ускоряет ее усушку [26].
К числу важнейших параметров микроклимата в насыпном слое продукции относится температура воздуха. Повышение температуры интенсифицирует жизнедеятельность как самого растительного продукта, так и болезнетворных организмов, что вызывает снижение качества и увеличение потерь продукции из-за усиления дыхания, порчи и прорастания. Понижение-температуры ослабляет развитие микроорганизмов, замедляет процессы жизнедеятельности и переход из состояния покоя плодов и овощей в физиологически активное состояние.
В то же время чрезмерное понижение температуры приводит к переохлаждению продукции, что вызывает нарушение биохимических процессов и физиологические расстройства. Так, в клубнях картофеля при температуре ниже +2С происходит значительное накопление сахара, в результате чего ухудшаются пищевые и технологические качества продукта [32].
При хранении плоды и овощи выделяют влагу, как в процессе дыхания,, так и при испарении. Чрезмерные потери влаги приводят к уменьшению массы и увяданию продукции, ухудшению семенных качеств, вызывают потерю клетками тургора, что, в свою очередь, нарушает нормальное течение биохимических процессов. В результате снижается питательная ценность продукта, уменьшается его лежкость. Предотвращение избыточных потерь влаги достигается поддержанием достаточно высокой относительной влажности окружающего воздуха. Однако при этом недопустимо образование капельной жидкости, которая благоприятствует развитию микроорганизмов и в сочетании с повышенной температурой способствует нарушению состояния покоя.
Следовательно, для обеспечения качественного и длительного хранения плодоовощной продукции необходимо обеспечить соответствующую температуру, относительную влажность и подвижность воздуха в порах насыпного слоя продукции, образующегося в насыпи, в контейнерах или ящиках.
Конкретные значения оптимальных величин температуры, относительной влажности и скорости воздуха дифференцируются в зависимости от вида сырья и технологического режима хранения. Например, процесс хранения картофеля делится на три периода -лечебный, охлаждения и основной [4, 17, 23, 35, 51, 104].
Лечебный период проводится в течение 15 суток непосредственно после уборки и загрузки в хранилище с целью заживления механических повреждений и укрепления покровных тканей. Оптимальными для успешного проведения лечебного периода являются температура 10 - 20С, относительная влажность воздуха 85-90% и скорость фильтрации воздушного потока 0,2-0,4 м/с [104]. При таких условиях наиболее интенсивно происходит образование раневой эпидермы, опробкование кожуры и дозревание.
После лечебного периода картофель охлаждают до температуры, нормируемой для режима хранения. При использовании естественного холода период охлаждения для клубней картофеля и овощей обычно составляет 20-40 суток, а при искусственном охлаждении этот период не превышает трех суток.
Критериальная форма аэродинамического сопротивления пористых сред с насыпной структурой
С позиций гидро-аэродинамики монодисперсная структура насыпных слоев изучена наиболее детально, и соответствующие сведения достаточно подробно представлены в литературе [5, 15, 18, 22, 25, 38, 49, 60, 62, 64]. Так, именно для этого вида пористой структуры имеются сведения, уточняющие значение эквивалентного диаметра поровых каналов (линейного размера) в-критерии Рейнольдса [60].
Поэтому для воспроизведения аэродинамического сопротивления реальной насыпи овощей к исследованию была принята монодисперсная структура насыпного слоя, сформированного из стеклянных шаров диаметром 20 мм.
Экспериментальные исследования по выявлению возможности использования аэродинамических свойств монодисперсных слоев из шаров для моделирования насыпного слоя овощей (в контейнере) при изменении схемы укладки элементов загрузки (шаров) и объемной пористости проводились на специальной установке, схема которой представлена на рис. 2.1.
Воздух с помощью вентилятора высокого давления ВР132-30-8,2-01 с электродвигателем АИР160М4, имеющем п = 1810 об/мин и N= 18,5 кВт, подавался в вертикальную камеру, состоящую из трех секций 6 с размерами 600x600x200 мм. Рабочий объем камеры заполнялся стеклянными шарами 7 диаметром 20 мм, образующими монодисперсный насыпной слой.
Геометрический симплекс слоя - отношение линейных размеров сечения камеры и элементов слоя - равен 30. Это почти в 2 раза превышает минимальное значение, необходимое для устранения влияния флуктуации локальной пористости вблизи стенок камеры. Кроме того, для предотвращения влияния пристенного эффекта на процесс переформирования скоростного поля в верхних слоях насыпи зазоры между шарами и стенками камеры устранялись закладкой в них паралона.
Расход воздуха в насыпном слое изменялся с помощью шиберов 2 и определялся по перепаду статических давлений в камере 8 и коллекторе 9, измеряемому с помощью микроманометра И. Точеный по лемнискате коллектор был предварительно протарирован по расходу воздуха, который измерялся с помощью пнвмометрической трубки Пито-Прандтля 10, устанавливаемой на прямом участке воздуховода диаметром 100 мм, имеющем длину, равную 10-ти его диаметрам.
Равномерное распределение расхода воздуха по поперечному сечению-слоя загрузки достигалось установкой ступенчатого диффузора 5 и камеры статического давления 3 с двумя рядами сетки 4. Определение удельных Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки для исследования аэродинамических свойств монодисперсного насыпного слоя из шаров. 1 - вентилятор; 2 - шибер; 3,8- камера статического давления; 4 - сетка; 5 - ступенчатый диффузор; 6 - рабочая камера; 7 - шаровая загрузка; 9 - точеный коллектор; 10 -пневмометрическая трубка; 11 - микроманометр; 12 -концентрические лопатки потерь давления при фильтрации потока через исследуемые насыпные слои осуществлялось посредством отбора статического давления из секций рабочей камеры.
Для более полной оценки возможности применения монодисперсного насыпного слоя из шаров для воспроизведения насыпи овощей принимались такие схемы укладки шаров, при которых объемная пористость исследуемых моделей изменялась в максимальном пределе - от 0,26 до 0,40 [64]. Среднее значение объемной пористости монодисперсного слоя из шаров определялось экспериментальным путем. С этой целью сосуд диаметром 600 мм заполнялся шарами до верхнего среза. По результатам заполнения сосуда водой определялась доля объема сосуда, занятая шарами, т.е. объемная пористость слоя.
Пористость S = 0,26 и Є =0,35 обеспечивалась регулярной укладкой шаров по схемам, соответствующим данным значениям объемной" пористости [64]. Пористость S = 0,40 обеспечивалась загрузкой шаров в рабочую камеру "дождем", т.к. только в этом случае образующийся монодисперсный слой из шаров можно рассматривать как однородную изотропную среду [64].
Значения геометрических параметров исследуемых монодисперсных структур из шаров - поверхность элемента, приходящаяся на единицу объема f0, и суммарная поверхность элементов загрузки, отнесенная к единице объема слоя f — /Q (1 — s) - приведены в табл. 2.1.
Геометрические параметры монодисперсных слоев из шаров с различной объемной пористостью Геометрические параметры Средняя объемная пористость слоя Є = 0,26 є = 0,35 S = 0,40 /о» м2/м3 291 291 291 /, м2/м3 215 і 189 175 Экспериментальные исследования по обоснованию модели насыпи овощей проводились в следующей последовательности: - определялись удельные потери давления в монодисперсных слоях с различной структурой, определяющей объемную пористость; - для сопоставительной оценки аэродинамического сопротивления различных монодисперсных структур потери давления представлялись в безразмерном виде Q. = /(Re) и сравнивались с известными литературными данными для насыпных структур, сформированных из элементов с различной формой и размерами;
Экспериментальные исследования по активизации общеобменной вентиляции при хранении овощей в контейнерах
Детальное изучение процессов фильтрации подаваемого воздуха через сложную пористую структуру заполненных контейнеров, включает внешнюю и внутреннюю задачи.
Внешняя задача состоит в - исследовании закономерностей распределения расхода подаваемого воздуха по высоте штабеля; - количественной оценке расхода воздуха, затекающего непосредственно в контейнеры каждого яруса, и включает результаты по сопоставлению эффективности общеобменной-вентиляции, базирующиеся на коэффициентах затекания воздуха в контейнеры при различных способах подачи воздуха "снизу-вверх" в штабель контейнеров.
Внутренняя задача конкретизирует характер фильтрационных процессов в насыпном слое овощей в контейнерах в зависимости от соотношения расходов воздуха, затекающего в контейнеры, и обтекающего их снаружи через межконтейнерные промежутки, а также устанавливает влияние на эти процессы интенсивности воздухообмена внутри контейнеров с учетом данных, полученных при изучении внешней задачи. Это позволяет выявить конечную эффективность общеобменной вентиляции по обеспеченности нормируемого предела скорости потока контейнера с овощами.
Для получения сведений о качественно-количественных характеристиках формирования скоростных полей в загруженных контейнерах каждого яруса необходимо иметь штабель стандартного размера, сформированный из достаточно больших моделей контейнеров. Это практически невыполнимо, во-первых, из-за большого числа контейнеров в штабеле (от 300 до 400), а во-вторых, из-за возникающих трудностей по определению расхода воздуха в потоках внутри штабельной структуры (снаружи и внутри контейнеров).
Большие размеры модели штабеля контейнеров также в существенной степени затрудняют постановку многофакторного эксперимента с целью обоснования конструкции контейнера и наиболее эффективных способа и решения общеобменной вентиляции, способных кардинально повысить воздухообмен в слое овощей.
В то же время попытки применить в экспериментальных исследованиях модели контейнеров, уменьшенных в 6 раз [72], не позволили изучить и выявить закономерности фильтрационных процессов в штабеле контейнеров с овощами. Не является в этом случае в какой-то мере достоверной и оценка эффективности общеобменной вентиляции овощехранилищ контейнерного типа по температуре [72], проводимая при нагревании модельной "недышащей" загрузки (керамзита), ввиду принятия многочисленных упрощений и приближенности моделирования теплообменных процессов, имеющих место в натуре не только при охлаждении, но и при хранении овощей.
Очевидно, что высота штабеля определяет его аэродинамическое сопротивление, и потому может существенно влиять на эффективность систем воздухораспределения. В свою очередь, высота штабеля зависит от высоты помещения, числа ярусов и размеров контейнеров, и вида-закладываемой в них овощной продукции.
В овощехранилищах с малой высотой контейнеры устанавливают, в основном, в 4 яруса. В более высоких хранилищах при использовании стандартных контейнеров (ящичных поддонов) штабель с целью улучшения использования грузового объема помещения формируют в 5 или 6 ярусов [104].
Как показано в табл. 1.1. и 1.2, размеры контейнеров, применяемых для хранения овощей, не являются стабильными. В то же время вполне очевидно, что размеры контейнеров в плане (длина, ширина) при подаче воздуха в штабель направленно "снизу-вверх" не оказывают существенного влияния на аэродинамическое сопротивление, как загруженного контейнера, так и всего штабеля. Поскольку решетчатое днище и стенки стандартных контейнеров имеют идентичное конструктивное оформление и одинаковую относительную площадь живого сечения, то при вертикальном движении воздуха аэродинамическое сопротивление контейнера образуется из сопротивления, создаваемого его днищем и насыпным слоем овощей. Так как при этом решетчатое днище имеет небольшое относительное живое сечение, то можно предполагать, что предусмотренные [103] незначительные изменения высоты применяемых контейнеров не могут оказывать заметного влияния на общее аэродинамическое сопротивление загруженного контейнера. Поэтому исследуемый штабель формировался из стандартных контейнеров СП-5-0,60-2, имеющих средние размеры [103].
По нормативным требованиям [104] расстояние между контейнерами в штабеле должно составлять 50-100 мм. Ширина этих зазоров конкретна для каждого типа контейнеров и определяется его конструктивными особенностями. Поэтому при разработке модели штабеля была принята-величин зазоров (межконтейнерных промежутков), равная 65 мм, что соответствует конструкции выбранного контейнера СП-5-0,60-2. При этом учитывалось, что поля давлений в штабеле зависят от скорости перемещаемого потока, и потому полученные сведения могут быть использованы и при других значениях межконтейнерных промежутков, соответствующих указанному выше пределу.
Модель, воспроизводящая выбранный стандартный контейнер СП-5-0,60-2, представляет собой емкость, боковые стенки и днище которой выполнены идентично и по своим безразмерным геометрическим характеристикам полностью соответствуют реальному объекту. Поскольку насыпной слой овощей в контейнере воспроизводился, согласно результатам проведенных исследований, монодисперсным слоем из шаров, размеры которых в 2,5 раза меньше размеров реальной загрузки, то во столько же раз должны быть уменьшены и характерные размеры контейнера. Поэтому геометрические размеры модели контейнера составили 496x334x348 мм. При этом ширина и шаг деревянных планок, образующих стенки и днище контейнера, составили соответственно 24 и 8 мм.
Динамическое подобие обеспечивалось равенством критерия Рейнольдса в модельной загрузке и реальной насыпи овощей. Таким образом, модель штабеля должна формироваться из описанных выше моделей контейнеров, заполненных шаровой загрузкой, при соблюдении величины межконтейнерных промежутков.
При таком подходе к моделированию размеры экспериментального штабеля в плане составили бы: длина - 4-4-4,8 м; ширина - 1,5 -г- 2,2 м. При установке контейнеров в 5 или 6 ярусов высота модели составляет 2 м или 2,4 м соответственно. Такая громоздкая модель штабеля, включающая до 400 контейнеров, как уже отмечалось, вызывает значительные технические сложности при ее изготовлении, монтаже и проведении экспериментальных исследований. Кроме того, возникают дополнительные затруднения с соблюдением условий динамического подобия. Так, общий расход воздуха, подаваемого в модель штабеля, с учетом его затекания в контейнеры из условия динамического подобия должен изменяться в пределах от 20000 м3/ч до 45000 м3/ч.
Для выполнения всего комплекса исследований с целью решения поставленных в работе задач была разработана специальная методика постановки экспериментов, сущность которой заключается в следующем. При изучении вопросов, относящихся к внешней задаче, предусматривается использование физической модели штабеля, выполненной в масштабе 1:13. Отличительной ее особенностью является применение достаточно корректного метода "сеток" при воспроизведении аэродинамического сопротивления насыпного слоя овощей в контейнере.
Детальное изучение характера фильтрационных процессов в загрузке контейнеров, позволяющие оценить эффективность общеобменной вентиляции, проводилось на большой физической модели контейнера, выполненной в масштабе 1:2,5 с воспроизведением в ней аэродинамического сопротивления слоя овощей и с соблюдением граничных условий, типичных для штабельной структуры.
Рекомендации по реализации системы воздухораспределения при общеобменной вентиляции контейнеров
Расчет подпольных каналов, реализующих предлагаемый способ подачи воздуха в штабель проводится по известным методикам расчета воздуховодов статического давления. При этом учитывается, что давление в-канале на конечном его участке перед последним щелевым отверстием составляет АРсист.
Прежде чем окончательно выбрать расчетный воздухообмен, определяется, какая доля продукции в основной период хранения будет находиться в аэродинамических условиях, неблагоприятных для качественного хранения, т.е. где скорость обтекания клубней будет ниже минимальной, рекомендуемой для поддержания в насыпи картофеля требуемого теплового режима.
С этой целью находится сначала скорость воздуха на входе в контейнеры остальных ярусов и- (4.9) КЗІЄ Определяется усредненная по сечению и высоте насыпи скорость фильтрации воздуха в контейнере каждого яруса - соф/7/. Вследствие втекания воздуха через боковые стенки в нижних контейнерах ю м = совх1. Для контейнеров остальных ярусов скорость со ы определяется в зависимости от коэффициента затекания как среднее арифметическое из усредненных по сечению скоростей воздушного потока на входе и на выходе. Для определения &вых могут быть использованы зависимости
При проектировании, прежде всего, следует учитывать технологические требования по формированию штабеля, а именно: - штабель формируется из стандартных контейнеров с плотностью их размещения, соответствующей величине вертикальных межконтейнерных зазоров, не превышающей 80 мм; - число ярусов контейнеров в штабеле должно составлять 5 или 6; - по периметру помещения контейнеры устанавливаются вплотную к его вертикальным ограждениям с конструктивным зазором, не превышающим 80 мм; - расстояние от контейнеров последнего яруса до нижней поверхности покрытия помещения должно соответствовать существующим требованиям. Для реализации способа организации общеобменной вентиляции контейнеров могут быть использованы два решения, обеспечивающие подачу воздуха при параллельном расположении основных щелевых отверстий для подачи воздуха под каждый нижний контейнер по отношению к дополнительным, через которые воздух поступает в вертикальные межконтейнерные зазоры (рис. 4.1) и при перпендикулярном их расположении (рис. 4.2).
Подача воздуха к основным 4 и дополнительным 5 щелевым отверстиям при параллельном их расположении в полу осуществляется одним и тем же каналом 2, соединенным с этими отверстиями и проходящим под полом вдоль каждого ряда 1 нижних контейнеров (рис. 4.1).
При таком выполнении требуется относительно небольшое количество каналов, но соотношение расходов воздуха, подаваемого под днища нижних контейнеров и в вертикальные межконтейнерные зазоры можно регулировать только изменением соотношения площадей щелевых отверстий. Поэтому для установления необходимого соотношения 1:1 указанных расходов воздуха отношение площадей основных и дополнительных щелевых отверстий должно быть определенным.
Основываясь на экспериментальных данных при обеспечении одинакового статического давления в каналах перед щелевыми отверстиями , указанное соотношение расходов воздуха устанавливается при соотношении площадей основных и дополнительных отверстий, равном также 1:1. Это условие необходимо учитывать при проектировании.
При перпендикулярном расположении основных и дополнительных целевых отверстий в полу подача воздуха к ним осуществляется различными каналами, проходящими под полом и соединенными с этим отверстиями (рис. 4.2).
Решение системы воздухораспределения, реализующей способ общеобменной вентиляции контейнеров с перпендикулярным расположением основных и дополнительных щелевых отверстий. 1 - контейнеры нижнего яруса; 2 - межконтейнерные зазоры; 3 - основные каналы; 4 - дополнительные каналы; 5 - основные щелевые отверстия; 6 - дополнительные щелевые отверстия; 7 - дроссельные устройства для регулирования расходов воздуха; 8 - магистральный канал Каналы 3 одной группы проходят под нижними контейнерами вдоль их рядов и подают воздух к основным отверстиям 5. Каналы 4 другой группы проходят под вертикальными межконтейнерными зазорами 2 вдоль них и-подают воздух к щелевым отверстиям 6, расположенным по оси этих каналов.
При таком решении необходимо большее число каналов, но возможно более гибкое регулирование расходов воздуха, подаваемых к основным и дополнительным щелевым отверстиям, которые располагаются в каналах разных групп.
При определении размеров щелевых отверстий 4, 5, которые располагаются поперек распределительных каналов 2, 3, следует иметь в виду, что ширина каждой щели должна быть не меньше толщины пола (верхней стенки канала), с целью предотвращения отклонения от перпендикулярного направления истекающего потока.
При загрузке контейнеров в овощехранилище сначала устанавливают контейнеры вплотную к задней стенке помещения. При этом между соседними контейнеры образуются зазоры, которые не должны превышать 80 мм. Контейнеры устанавливают так, чтобы зазоры между соседними контейнерами располагались над дополнительными щелевыми отверстиями 5,6.
После установки во все ярусы штабеля контейнеров, примыкающих к задней стенке помещения, аналогичным образом устанавливают остальные контейнеры штабеля. При этом необходимо следить за тем, чтобы зазоры между соседними контейнерами разных рядов располагались над дополнительными щелевыми отверстиями.
