3795

11

Рис.5. Изменение температур при круглогодичном хранении: 1- лечебный период; 2 - период охлаждения; 3 - основной период; 4 - период проращивания

(при его наличии); 5 - период теплоизбытков в хранилище; 6 - период дефицита теплоты.

б)

	периоды хранения	-toC	\	периоды хранения
-I —	"*» ** '

Рис. 6 Соотношение температур tН и tК в период охлаждения

Расход холода, необходимого для удаления биологической теплоты из насыпи в весенний период года (заштрихованный участок на рис. 7),

определяется по формуле: Qx2 =Lн сb рв.(tН - tBOР).

Известные ранее зависимости по нормированию термического сопротивления Rотр наружных ограждений овощекартофелехранилищ во

взаимосвязи с мощностью систем отопления и биологических тепловыделений RоTP = (tB -tH) F / [QБ (1 - m) + QОТ], мощностью систем отопления:

Qoт =(tв - tН) F / Ro - QБ (1 - m) и температурой наружного воздуха, начиная с которой требуется включение систем воздушного отопления

12

t,o С

Рис. 7 Соотношение температур tH и tK в весенний период года.

tн' = tB - [QB (1 - m) + Qот] / (F / R0 + сB Gнmin), получены для полной (расчетной) загрузки емкостей хранилищ. На практике часть сырья реализуется или емкости

в момент загрузки заполняются не полностью, что приводит к дефициту теплоты из-за снижения величины биологических тепловыделений.

Мощность систем отопления QOTДОП в этом случае возрастает обратно пропорционально величине загрузки емкости а = Gд / Gр:

QOTдоп= (Gр-GД)<qV. = G(1-а)qV.

С учетом величины и температура наружного воздуха tH' примет значения:

tH' =tB - aGрqV / (F / RоTP + а сB GHmin а необходимая мощность систем отопления:

Qотт = (tB -tH ) F / ROTP - Gр (1 - а) qV(1 - m).

Взаимосвязь величин Qот , tH ' и R о T P д л я конкретных овощекартофелехранилищ удобно изображать в виде номограмм, которые разработаны и приведены в диссертации. В качестве примера на рисунке 8 приведена одна из них. Правила пользования указаны стрелками.

Проведенные теоретические и натурные исследования теплоустойчивости помещений наземных хранилищ позволили сделать вывод о большой тепловой инерционности как насыпей СРС. так и сооружений в целом. Выявлено, что наиболее неблагоприятные условия в хранилище создаются в цикле естественной конвекции, которые и рекомендуется принимать в качестве расчетных при нормировании теплотехнических характеристик наружных ограждений. Анализ теплового режима подземных хранилищ и буртов СРС, приведенный в диссертации, позволил сделать для них аналогичный вывод. Одновременно для подземных хранилищ рассчитано и показано, что принятие равенства значений теплотехнических характеристик ограждающих конструкций и грунта перестает практически сказываться на мощности систем

13

QOT,

Рис 8 Номограмма для определения Qот tH', ROTP для наземного картофелехранилища вместимостью 3000т (m=0,05, qV =I7,0 Вт/т)

отопления (или охлаждения) уже после 5 суток после начала эксплуатации

	CKM.
	Управление качеством хранения CPC и энергоемкости CKM хранилищ,
	возможные пути альтернативного выбора сберегающих технологий получены
	на основе анализа понятии эффективности, надежности, обеспеченности и
	управляемости CKM. Покачано на необходимость учета следующих
	положений рациональный и практический объективный интервал применения
	сочетаний характеристик		режимов работы		CKM;	тенденции оптимизации
--	соотношений	характеристик режимов			работы	CKM.	В результате
	экспериментально - аналитически определены количественные характеристики
	коэффициента сохранности продукции Kоб.х
		Kоб.х = 0,95 Коб.к Коб.м Коб.э Коб.хол
	Коэффициент обеспеченности качества закладываемых на хранение
	среднереализуемых	насыпей картофеля		и	овощей Kоб.к		рекомендуется
	принимать в следующих пределах: для картофеля Kоб.к = 0,90...0,92; для свеклы
	столовой Kоб.к = 0,93...0,95; для морковиKоб.к= 0,88.. 0,90; для капусты K06к =
	0,95...0,97.				-
	Количественное		определение	коэффициента			обеспеченности
	микроклиматахраненияможетбытьпредоставлено ввиде Kоб.м=f(Kоб.о,Kоб.в,
	Кобр, Kоб.з, Kоб.ф, K06L, Kоб.хол). Коэффициенты обеспеченности сохранности CPC
	при применении	систем воздушного отопления				Kоб.о	мощностью N

характеризуются величинами: для картофеля K06-0 =1 - 2,07 N / Gp; для капусты

14

Рис. 9 Дополнительные потери СРС от	Рис. 10 Дополнительные потери СРС с
применения систем отопления: I - учетом реализации продукции при
картофель; II - свекла, морковь; III -	различной начальной степени загрузки
капуста	хранилища: 1 — а =1,0; 2 - а =0,75;
	3-а = 0,50; 4-а=0,25

Коб.о = 1 - 1,3 N / Gр; для свеклы столовойКоб.о- 1 - 1,07 N / Gр; для моркови Коб.о =1 - 1,24 N / Gр. Графически зависимость дополнительных потерь СРС приведена на рисунке 9. Нагрев вентиляционного воздуха в вентиляторах и воздуховодах увеличивает естественную убыль продукции, что соответствует коэффициентам обеспеченности для радиальных вентиляторов Коб.в = 0,999, для осевых Коб.в = 0,9995. Коэффициент обеспеченности микроклимата при равномерной реализации продукции Коб.р определяется по тем же зависимостям, что и при применении систем воздушного отопления ( величина GР заменяется на аGр). По тем же зависимостям определяются также коэффициенты обеспеченности микроклимата при неполной первоначальной загрузке хранилищ Коб.з (Gд= а Gр). На рисунке 11 показана графическая зависимость этих потерь. Нарастание дополнительных потерь СРС при равномерной реализации продукции с учетом начальной степени загрузки емкости а = 1,0; а =0,75; а = 0,50; а = 0,25 показано на рисунке 10. Отклонение относительной влажности (фВО, %, от равновесных значений фр, %, вызывают снижениекоэффициентаобеспеченностисохранностиКоб.ф:

Коэффициент обеспеченности сохранности СРС при отклонении удельных расходов воздуха от оптимальных Коб.L на величину n = 1 - |(1-LVОПТ/LV)|

оценен величиной Коб.L =1 — 0,74* 1 0-2 n.

Коэффициент обеспеченности сохранности картофеля и овощей при

применении искусственного холода в осенний период года Кoоб.хол>1,0 и может быть представлен при расчетной загрузки емкости зависимостью:

к°

об.хол

Рис. 11 Зависимость годовых потерь СРС от степени заполнения хранилища: 1 - а =0,75; 2 - а =0,50; 3 - а = 0,25; I - картофель; II - столовая свекла, морковь; Ш-капуста

Продукция	Ростов - на Дону		Нижний Новгород	Томск
	tH= -20°С		tH=-300С	tH=-40°С
Картофель	875...815		265.. .145	0
Корнеплоды	1020...900		370.. .250	30.. .0
Капуста	1115...	995	480...360	160...40

Коэффициент обеспеченности эксплуатации СКМ Коб.э определяет множество состояний надежности, обеспеченности и управляемости систем. Нами для анализа этой величины все факторы, определяющие её значения, разделены на основные и дополнительные. К основным факторам отнесены такие события, при которых значения Коб.э принимают крайние величины: 0 или 1,0 (например, выходу из строя систем отопления, активной вентиляции соответствуют Коб.э = 0 и прекращение процесса хранения). К дополнительным факторам нами отнесены закономерности, зависящие от управляемости СКМ, при которых коэффициент Коб.эможет быть оценен экономически. Например, неравномерность продувки насыпи сопровождается увеличением продолжительности работы САВ за сезон хранения от тго до тг (а1 = тг / тго):

Кравноб.э=1-(а1 -1)[(1-Коб.L)+(1-Коб.ф)]

В таблице 3 приведены рассчитанные по разработанной методике прогнозируемые коэффициенты обеспеченности хранения Коб.х (базовый вариант Коб.э = 1,0) картофеля и овощей.

16

Таблица 3

Коэффициенты обеспеченности Коб.л (базовый вариант Коб.э=1,0)

В результате проведенного анализа требований, предъявляемым к воздухоохладительным установкам хранилищ, которые эксплуатируются не более 25 суток за годовой цикл хранения, доказано, что наиболее полно им отвечают холодильные установки, основанные на принципе работы вихревых энергоразделителей - вихревые трубы (ВТ). По температурному эффекту ВТ уступает детандеру в 1,3..1,5 раза, по холодопроизводительности в 3,0...3,5 раза. По сравнению с процессом дросселирования, вихревые трубы при работе на воздухе по температурному эффекте лучше примерно в 30 раз, а по холодопроизводительности в 15 раз.

Термодинамическое несовершенство вихревых труб уходит на второй план в случае применения их для охлаждения воздуха в хранилищах. Основную роль здесь начинают играть их технические и технологические преимущества.

Для анализа работы противоточной ВТ нами принята гипотеза взаимодействия вихрей, предложенная профессором А.П. Меркуловым и развитая в дальнейшем профессором Л.М. Дыскиным, и разработанный на этой основе аналитический расчет вихревых груб.

Цель исследования конкретной заключалась в получении для различных режимов работы её достоверных экспериментальных характеристик в виде зависимостей Дtг,Дtх,, Qг, Qх = f (м, п,D), необходимых для разработки и уточнения инженерной методики расчета и подбора ВТ.

Конструктивная схема противоточной ВТ приведена на рисунке 12. Она представляет собой гладкую цилиндрическую или коническую трубу 1, снабженную тангенциальным соплом 2, улиткой 3, диафрагмой с осевым отверстием 4 и дросселем 5. Экспериментальная ВТ с внутренним диаметром D = 10мм имела длину рабочей части (камеры энергоразделения) L = 120 мм

				17
	(L / D = 12), тангенциальное прямоугольное сопло размером b x h = 3,0 х 2,0 мм
	и диафрагму с диаметром отверстия Dд = 5,0 мм.
	Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 13. Воздух,
	сжатый компрессором и охлажденный до температуры окружающей среды,
	поступает в ВТ (1). Расход сжатого воздуха измеряется мерным участком,
	включающим диафрагму (2) и водяной дифманометр (3). а его давление
	образцовым манометром (4). Массовый расход горячего потока определяете л
'	предварительно протарированньм			ротаметром (5). Температуры сжатого
	воздуха, холодного и горячего потоков измерялись лабораторными ртутными
	термометрами (6). Опыты проводились при наиболее часто встречающихся на
	практике избыточных (абсолютных) давлениях сжатого воздуха 0,4 МПа
	(0,5МПа), 0,3	МПа (0.4	МПа), 0,2	МПа (0,3 МПа)	в	диапазоне		величии
	μ = Gx / G от 0,05 до 0,95.
	Экспериментально определенные зависимости значений эффектом
	охлаждения Atx холодного и подогрева Δt1, горячего потоков от относительного
	массового расхода холодного потока μ и степени расширения сжатого воздуха
	Δtx = TI* - Tx* = f(μ, π), Atг		= Tг* - T1* = f (μ, π), приведены на рисунках 13, 14 и
	15. Влияние степени расширения воздуха π на степень охлаждения Atx и
	нагрева Δtг воздуха за трубой, на её холодопроизводительность μ Atx и
	теплопроизводительность (1 - μ) Atг при различных значениях μ приведены на
	рисунках 16 и 17. Максимальный эффект охлаждения воздуха Atx наблюдается
	при μ = 0,20...0,35 (рис.16), а наибольшая холодопроизводительность μ Atx
	соответствует	диапазону	μ	=0,55...0,65	(рис.		17).	Полная
	холодопроизводительность и теплопроизводительность ВТ соответственно
	составляют:
		Qx = qK G = μ Δtx Cp G;		Qr = qr G = (l - μ)Δtr CвG
	С термодинамических позиций оценка эффективности охлаждения ВТ
	наиболее полно характеризуется величиной температурной эффективности η,
	представляющей собой отношение Δtx к эффекту охлаждения Ats при
	изоэнтропном расширении от P1* и			TI* до давления	холодного потока рх:
	ηx = Δtx / Ats . Величина Ats определяется уравнением: AtS =Т1* [1 -(l/π)(k-1)/k
	Соответственно для горячего потока ηr = AtГ/ AtS. Окончательно величины nx
	при давлениях сжатого воздуха π = 5; 4; 3 с учетом поправок на масштаб ВТ
	составляют соответственно 0,222; 0,229; 0,228, а соответствующие значения ηr
	равны 0,648; 0,645; 0,405.
	На основе проведенных исследований разработан методический подход и
	даны конкретные рекомендации по расчету систем кондиционирования
	микроклиматахранилищи управлению качеством сохранности продукции. Они
	включают выбор теплофизических характеристик ограждающих конструкций и
	инженерного оборудования		хранилищ	с конкретными		рекомендациями,
	обоснованиями и примерами расчетов: расчет термического сопротивления
	наружных ограждающих конструкций; определение мощности систем
	воздушного отопления; расчет режимов работы систем активной вентиляции

18

Рис. 12. Схема противоточной вихревой трубы

вновь строящихся и эксплуатируемых навальных и контейнерных хранилищ по периодам хранения различных видов CPC. Обоснованы области применения хранилищ с естественной вентиляцией, буртов, траншей, погребов. Дан пример расчета круглогодичного теплового режима ледников.

Обоснована совместимость хранения различных видов CPC с биологической и теплофизической точек зрения при минимально допустимых потерях массы продукции, которая характеризуется коэффициентом испарительной способности EU, представляющим отношение количества влаги, испаряющейся с поверхности продукции, к количеству влаги, испаряющейся при тех же условиях с поверхности продукции, смоченной водой. При хранении различных видов CPC в одном помещении влажностный режим в нем определяется продукцией, имеющей наибольшее значение εu. Нами проведена классификация CPC и других видов продукции сельскохозяйственного производства по совместимости в процессе хранения в одном помещении.

Разработанные системы холодо- и теплоснабжения хранилищ с использованием ВТ учитывают их наиболее рациональные геометрические размеры, режимные условия эксплуатации и перспективность применения. Необходимый расход холода Qx1 вырабатываемого ВТ для целей поддержания технологического микроклимата, рассчитан для хранилища вместимостью Gp = 500т.

Холодо- и теплопроизводительности исследованной ВТ при μ = 0,55...0,65 даны в таблице 4. Сопоставление эффективности исследованной нами ВТ с результатами испытаний ВТ больших диаметров, выполненных другими авторами, приведено в таблице 5.

				Таблица 4
Давлениеπ	G, кг/час	qx, кДж/кг	Qx, Вт	Qr, Вт
5	30,86	15,0	128,6	385,8
4	22,63	13,0	81,9	164,5
3	16,02	10,5	46,7	120,2

19

Рис. 13. Схема экспериментальной установки
					Таблица 5
Источник	Диаметр ВТ, мм	π	qx, кДж/кг	Qx, Вт	QГ,Вт
Автор	10	5	15,0	128,6	385,8
КрамаренкоП.Т.	15	5	19,3	361,7	904,8
Меркулов А.П.	30	5	22,5	1733,3	4440

Количество параллельно установленных ВТ определяется из соотношения n= QXI / QxРезультаты расчетов для рассматриваемого овощехранилища, расположенного в различных климатических регионах страны, приведены в таблице 6.

Анализ результатов расчетов для хранилища емкостью 500т показал, что рациональна заводская поставка ВТ, объединенных в блоки с заданной холодопроизводительностью Qx. Схема обвязки блока из 10 ВТ приведена на рисунке 18. ВТ (1) снабжаются сжатым воздухом из магистрального трубопровода (3). Охлажденный воздух поступает в магистраль холодного воздуха (4), а горячий - в магистраль горячего воздуха (5). Регулирование величины μ осуществляется дросселями (2), предусмотрены отключающая арматура (6), термометры (7) и манометры (8). После ВТ охлажденный или подогретый воздух поступает в приточный воздуховод CAB.

Проведены количественные сопоставления по приведенным затратам и выявлены допустимые области применения равных по холодопроизводительности вихревых труб, детандеров и парокомпрессионных генераторов холода. Холодильные агрегаты из блока ВТ экономически оправдано применять по сравнению с турбодетандерами при производительности 160...220 м3/ч и по сравнению с фреоновыми холодильными установками при производительности 230...270 м3/ч сжатого

20

Рис. 13. Зависимости Δtx =

при π=5

Рис. 14. Зависимости Δtx = f (μ) и Δtr = f (μ) при π=4

Рис. 15. Зависимости Δtx = f (μ) и AtГ = f (μ) при π=3