Введение к работе
Актуальность работы. Непрерывно возрастающие потребности народного хозяйства в искусственном холоде привели к тому, что холодильные установки стали крупными потребителями энергии. Расход энергии на производство холода становится соизмеримым с потреблением энергии основными технологическими процессами. Поэтому проблема экономии энергии, расходуемой в холодильных установках, является весьма актуальной.
Особенно актуальна эта проблема для пищевой и перерабатывающей промышленности Вьетнама. Во Вьетнаме холодильное оборудование работает в условиях тропического климата, что значительно осложняет работу холодильных установок. Положение усугубляется высокой стоимостью электроэнергии, ее нехваткой, перерывами в ее подаче и потреблении.
При оптимизации холодильных установок обычно применяют традиционный технико-экономический подход, например, метод минимизации приведенных затрат. В классической постановке задача оптимизации режима работы холодильной установки сводится, в конечном счете, к определению температурных напоров в теплообменных аппаратах охлаждающей и охлаждаемой сред, которые обеспечивают минимум приведенных затрат.
Однако с помощью традиционного технико-экономического подхода трудно определить стоимость холода, вырабатываемого при разных температурах, т.е. этот подход не позволяет учитывать "качество" производимого холода. Поэтому данное исследование, направленное на усовершенствование традиционных технико-экономических расчетов холодильных установок, работающих в осложненных климатических условиях, с использованием понятия эксергии и термоэкономического подхода является актуальным.
Цель работы: дать анализ особенностей термоэкономического подхода к моделированию и оптимизации холодильных установок, показать его преимущества перед технико-экономическими методами оптимизации режимов эксплуатации существующих установок и проектирования новых.
Исходя из идеи термоэкономического подхода разработать методику построения термоэкономической модели одноступенчатой холодильной установки, установить адекватность модели и выполнить оптимизацию при условии независимости друг от друга оптимизирующих переменных и без учета теплофизических характеристик охлаждаемого продукта.
Разработать математическую модель двухступенчатой холодильной установки с учетом взаимозависимости оптимизирующих переменных и теплофизических характеристик замораживаемого продукта и выполнить оптимизацию процесса замораживания при этих условиях.
Для условий тропического климата Вьетнама выдать рекомендации по модернизации и оптимизации морозильных аппаратов в рыбной промышленности Вьетнама и разработать блок-схему алгоритма оптимального проектирования морозильных аппаратов для рыбной промышленности Вьетнама.
Научная новизна. Дан анализ особенностей термоэкономического подхода к моделированию и оптимизации систем холодильной техники, показаны его преимущества перед технико-экономическими методами оптимизации и подчеркнута его перспективность для оптимизации режимов эксплуатации существующих холодильных установок и проектирования новых.
Разработана, исходя из идеи термоэкономического подхода, математическая модель одноступенчатой холодильной установки, доказана ее адекватность реальному холодильному процессу и подготовлены на базе созданной модели предпосылки для оптимизации одноступенчатых холодильных установок.
Построена термоэкономическая модель двухступенчатой холодильной установки с учетом теплофизических характеристик охлаждаемого и замораживаемого продукта, на основе построенной математической модели разработан метод и алгоритм расчета процесса замораживания пищевых продуктов, а также его оптимизация.
На основе разработанной математической модели поставлена и решена задача оптимизации режимов работы одноступенчатой и двухступенчатой холодильной установки.
Практическая значимость. Определены пути и разработаны конкретные меры повышения термоэкономической эффективности одноступенчатых и двухступенчатых холодильных установок, действующих в условиях тропического климата Вьетнама. Полученные рекомендации по выбору оптимальных режимов эксплуатации использованы на действующих установках рыбного холодильника Сайгонского порта. Разработанные модели оптимального проектирования холодильных установок рекомендованы для создания инструкций по проектированию таких установок для условий Вьетнама.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована автором теоретически на основе применения эксергетической концепции и метода термоэкономики для моделирования и оптимизации процессов и аппаратов холодильных установок в пищевой и перерабатывающей промышленности Вьетнама, а также экспериментально проверена на холодильных установках замораживания морских продуктов Сайгонского порта.
Апробация работы. Отдельные положения выполненного исследования были изложены в докладах, представленных на международной конференции по математическому моделированию процессов и аппаратов химической и пищевой промышленности (г.Тула, 1996 г.), Международной конференции по кибернетике и системному анализу химико-технологических процессов и комплексов (г.Москва, 1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных выводов. Работа содержит 247 страниц машинописного текста, 32 рисунка и 15 таблиц. Список литературы включает 170 наименований.