РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Одеса ~
Работа добавлена на сайт samzan.net:
9
ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ЗИКОВ ОЛЕКСАНДР ВІКТОРОВИЧ
УДК 664:621.1.016
ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНІ СХЕМИ І АПАРАТИ З ТЕРМОСИФОНАМИ ДЛЯ ТЕРМООБРОБКИ ЗЕРНА
Спеціальність 05.18. 12 –процеси і обладнання харчових мікробіологічних та фармацевтичних виробництв
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового
ступеня кандидата технічних наук
Одеса –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Одеській національній академії харчових технологій
Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Бурдо Олег Григорович,
Одеська національна академія харчових технологій,
завідувач кафедри процесів та апаратів
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент
Погожих Микола Іванович,
Харківський державний університет харчування та торгівлі
завідувач кафедри фізики і енергетики
кандидат технічних наук, доцент,
Титар Сергій Семенович,
Одеський національний політехнічний університет,
професор кафедри теплових електричних станцій та енергозберігаючих технологій.
Провідна установа: Національний університет харчових технологій, кафедра процесів і апаратів харчових виробництв та технології консервування, Міністерства освіти і науки України, м. Київ.
Захист відбудеться 18 грудня 2003 р. о 10-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.088.01 в Одеській національній академії харчових технологій за адресою: 65039, м. Одеса-39, вул. Канатна, 112.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської національної академії харчових технологій за адресою: 65039, м. Одеса-39, вул. Канатна, 112.
Автореферат розісланий 17.11.2003 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради
доктор техничних наук, професор Гапонюк О. І.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Для сучасного зерносушіння характерні дві проблеми: енергетика і екологія. Витрати енергії на зерносушіння вищі, ніж енерговитрати при виробництві зерна. Тому потрібно шукати резерви зниження енергетичних витрат в зерносушінні. В Україні як сушильний агент використовують суміш топкових газів і повітря. Безпосередній контакт продуктів згоряння із зерном погіршує його якість в зв'язку з можливим проникненням в продукт канцерогенних компонентів. Задачами вдосконалення сушильних технологій є: зниження енергетичних витрат на видалення вологи, забезпечення екологічної безпеки продукту, що висушується, розробка високоефективної зерносушильної техніки. Процеси сушіння безперервно удосконалюються. Однак, можливості зниження витрат палива на сушіння не вичерпані і тут є резерви. Основний резерв зниження енергоспоживання при сушінні зерна в цей час міститься в раціональному способі рециркуляції теплоносія. Досвід застосування в світовій практиці теплових труб і термосифонів (ТС) дозволяє розраховувати на можливість створення на їх базі енергоефективних і екологічно безпечних апаратів для термообробки зерна. Тому, розвиток наукових уявлень про механізми тепло-масообміну в апаратах з ТС і створення на їх основі методик розрахунку і оптимізації сушарок і систем зберігання зерна є актуальним.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дисертаційна робота виконана згідно з госбюджетною тематикою науково-дослідних робіт (Виробництво, переробка і збереження сільськогосподарської продукції ( № 0100U4572).
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є створення енергоефективних і екологічно безпечних схем установок для термообробки зерна і методів їх розрахунку.
Виходячи з мети, формулюються такі задачі досліджень:
- запропонувати та обґрунтувати нові принципи термообробки (нагріву та сушіння) зерна;
- розробити математичну модель комбінованої зерносушильної установки;
- розробити методики експериментальних досліджень механіки руху зернового шару і теплообміну в шарових термосифонних апаратах;
- провести експериментальні дослідження механіки обтікання зерном труб і їх пучків, а також локальної і середньої тепловіддачі від труб до рухомого шару зерна;
- провести узагальнення експериментальних даних і розробити інженерну методику та комп’ютерну програму розрахунку і оптимізації зерносушарки;
- створити схему блокової зерносушарки і обґрунтувати її техніко-економічні показники.
Об'єктом дослідження є апарати з ТС для термообробки зерна.
Предметом дослідження є енергетична ефективність і процеси тепломасообміну в сушильній установці.
Методи досліджень. При експериментальному моделюванні термосифонного підігрівача зерна застосовувався метод міченого шару, відеозйомка, калориметрування. Результати оброблялися методами теорії подібності. Аналітична модель сушильної шахти послідовно розвинуто з моделі тонкого шару в моделі щільного шару і всієї шахти. Енергетична ефективність визначено на основі системного аналізу установки. Оптимізація режимних і конструктивних параметрів установки проведена варіаційним методом.
Наукова новизна отриманих результатів.
Доведене наукове положення роботи –“Комбінування кондуктивного підігрівання зерна (за допомогою випарно-конденсаційних систем енергопідводу) і конвективної сушки при глибокій рециркуляції теплоносія дає можливість створити енергоефективну сушарку, яка гарантує екологічну чистоту зерна. Мінімізація питомих витрат сушарки досягається шляхом системної оптимізації і визначення вдалого поєднання: конструктивно-компоновочних параметрів модулів; температури і витрат теплоносія; температури, витрат і кратності рециркуляції сушильного агента”. При цьому:
- встановлена специфіка обтікання шаром зерна поверхні труб і отримано рівняння для обчислення коефіцієнта теплопередачі від поверхні ТС до щільного зернового шару;
- доведено, що використання сучасних засобів організації теплопередачі (ТС) дає можливість розробляти принципово нове обладнання для термообробки зерна;
- дано розвиток модельним уявленням про кінетику сушіння та складена система математичних моделей, що дозволяє дати кількісну оцінку кінетиці сушки, технічним і економічним показникам сушильних установок;
- розроблена концепція побудови алгоритму розрахунку і оптимізації блокових зерносушарок з ТС.
Практичне значення отриманих результатів.
Алгоритми розрахунку і пакети прикладних програм на ЕОМ, що реалізовують розроблені алгоритми, можуть застосовуватися для проектування блокових зерносушарок з термосифонними модулями. Запропонована програма дозволяє визначати техніко-економічні характеристики блокової зерносушарки в залежності від режимних і конструктивних параметрів. Окремі модулі програми можуть бути використані для оптимізації діючих конвективних сушильних установок різного призначення для рішення задач підвищення енергоефективності і розрахунку полів температур і вологовмісту зернового потоку. Пріоритет нового способу захищен автором матеріалами заявки на винахід “Блочна зерносушарка” (МПК 7F26B 17/10, №200112834 від 20.11.01)
Проект блокової зерносушильної установки, продуктивністю 6 т/г, передано для виробництва дослідного зразка на Київському експериментальному механічному заводі тепломасообмінних апаратів (акт впровадження від 10 грудня 2002 р).
Особистий внесок претендента полягає в формулюванні і доказі наукових положень дисертації, розробці комплексної моделі блокової зерносушильної установки з шаровим підігрівачем, постановці та проведенні комплексних експериментальних досліджень і комп’ютерного моделювання, проведенні заходів щодо впровадження результатів наукових досліджень в практику, формулюванні висновків і підготовці до публікації результатів досліджень. На окремих етапах роботи в ній брали долю співробітники, аспіранти і докторанти ОДАХТ.
Положення опублікованих в співавторстві з колегами і використаних в дисертації статей належать автору на основі рівноправного партнерства.
Випробування результатів дисертації. Головні результати теоретичних і експериментальних досліджень включалися в програми, докладалися і дістали позитивну оцінку на: Науково-практичній конференції “Современные энергосберегающие технологии (сушка и термовлажностная обработка)”(Москва 2002); другій Міжнародній конференції “Industrial heat engineering" (ИТТФ, Київ 2001); Науково-практичній конференції “Регіональні проблеми енергозбереження в децентралізованій енергетиці”(Київ 2000 р.); шостій Міжнародній науково-технічній конференції “Проблемі та перспективи створення та впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості" (Київ УГУПТ 2000); XVII Міжнародній науковій конференції “Inzyneria procesowa w ochoronie srodowiska" (Opole Otmuchow 1999); Міжнародному форумі “Тепломассообмен ММФ-2000”(Мінськ АНК “Інститут тепло- і массообмена ім. А. В. Ликова" НАНБ); Х Міжнародній конференції “Вдоськоналення процесів та апаратів хімічних та харчових виробництв" (ІССЕ-99-Львів); Міжнародній науково практичній конференції “Регіональні проблеми енергозбереження у виробництві і споживанні енергії”(Київ 1999); Науково-практичній конференції “Енергоеффективность - 2002”(Київ 2002); 4- му Мінському міжнародному семінарі “Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators" (Minsk, Belarus, 2000); III Міжнародній науково практичній конференції “Хлібопродукти 2000" (Одеса 2000); науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ОГАПТ (1998..2003).
Публікації. Результати дисертації опубліковані в 16 наукових працях, в тому числі в збірниках наукових робіт - 5, в матеріалах конференцій - 7 і в тезах конференцій 4.
Структура та обсяг роботи: Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Викладена на 179 стор., містить 66 рисунків на 58 стор., 12 таблиць на 10 стор., список використаних джерел з 146 найменувань на 14 стор., 5 додатків на 17 стор.
.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів.
В першому розділі проаналізовано стан та напрями удосконалення техніки термообробки зерна, враховано світовий досвід розвитку енерготехнологій. Позначені основні проблеми в процесах термообробки зерна. Систематизовано роботи по енергозбереженню, обгрунтовано дві групи методів підвищення ефективності використання енергетичних ресурсів в сушильній техніці: - теплотехнологічні (що стосуються сушильної установки загалом) і кінетичні. Розглянуто методи розрахунку процесів тепломасопереносу в зернових технологіях.
5
6
e7
Аналіз шляхів комплексного вирішення проблем енергетики та екології виявив, що ТС є ефективними, перспективними теплопередаючими елементами. Можна очікувати позитивний ефект від впровадження ТС в схеми утилізації теплоти відпрацьованих газів зерносушильних установок. Запропоновано нові, оригінальні технічні рішення використання двофазних теплопередаючих елементів для інтенсифікації процесу, спрощення конструкції, поліпшення екології і умов експлуатації. На основі цих рішень розроблено схему екологічно безпечної енергоефективної блочної зерносушарки (рис. 1.), яка складається з шарового підігрівача 2, сушильної шахти 3, термосифонного калорифера 4. Суміш енергоносія з топковими газами поступає в газохід 1, в якому розташовані випарники (5) ТС. Конденсаційні дільниці (6) ТС розташовані в шаровому підігрівачі зерна. Частина енергії суміші через ТС передається зерну, що рухається щільним гравітаційним шаром крізь шаровий підігрівач в зону сушіння. Потім теплоносій поступає в термосифонний повітропідігрівник, де здійснюється нагрів повітря до температури сушіння. Нагріте повітря поступає в сушильну шахту, де здійснюється сушіння зерна. Шахта є традиційною конвективною зоною з шаром зерна, що продувається. Відпрацьований теплоносій розділяється на два потоки. Більша частина йде на рециркуляцію, а менша частина викидається в довкілля.
Методи розрахунку таких конструкцій відсутні. Необхідно провести дослідження для розробки методів розрахунку і оптимізації таких апаратів.
У другому розділі проведено аналіз зерна та зернової маси як об’єктів досліджень. Розроблена математична модель блокової зерносушарки що зв’язує послідовно модель розрахунку температури і вологовмісту в зернівці, модель щільного шару, модель сушильної шахти. Модель тонкого шару являє собою модель сушіння “середньої” зернівки (рис. 2) що складається з трьох зон. Передбачається, що кожна зона характеризується однаковою температурою і вологовмістом. Випаровування вологи відбувається з 3-ї (зовнішньої) зони.
Тепломасообмін між зернівкою і сушильним агентом визначений як:
(1)
(2)
а внутрішній масоперенос в зернівці:
(3)
де W- вологовміст зерна у відповідній зоні , Bкоефіцієнт дифузії, n- відносний об’єм відповідної зони, з-густина зернівки , pп- парціальний тиск водяної пари в повітрі, pпз- парціальний тиск водяної пари над поверхнею зернівки, r - питома теплота пароутворення, cpз- теплоємність зерна, q- потік теплоти, qm- потік маси, Sуд- питома поверхня зернівки, X- вологовміст сушильного агента, Tз-температура зерна Tса-температура сушильного агента, -коефіцієнт тепловіддачі, -коефіцієнт масовіддачі, -час.
Товстий шар представляємо послідовністю елементарних шарів симетричних відносно напряму рушення сушильного агента. Параметри сушильного агента визначаються по рівняннях:
(4)
де z-лінійна координата уздовж напряму руху сушильного агента, wса-швидкість руху сушильного агента, -пористість шару зерна.
Зерносушарка в цілому представляється як послідовність товстих шарів із прямоточним і протиточним рухом сушильного агента .
Для шарового підігрівача з ТС розроблено двокомпонентну модель тепло переносу в основі якої принципи, запропоновані В.О. Календерьян:
- на конденсаційних дільницях ТС:
для зерна
(5)
для повітря
(6)
- на випарній дільниці ТС для газу:
де - RГИ = г -1 + R1 + R2 + и-1- загальний термічний опір ТС, Gв – витрати повітря Gз – витрати зерна , Gг – витрати газу , Fк – поверхня конденсатора , Fи – поверхня випарника , Fяг – поверхня дільниці , NT- кількість ТС , Vя - об’єм дільниці з зерновим шаром, Vяг - об’єм дільниці з газовим потоком.
На основі методу аналізу розмірності отримано критеріальне рівняння для визначення коефіцієнту тепловіддачі від поверхні ТС до зернового шару.
(7)
де =Nu, - число Нусельта =Pe – число Пєкле, ,, - безрозмірні симплекси.
Для визначення невідомих коефіцієнтів критериального рівняння (8) проведено комплекс експериментальних досліджень. Інтенсивність тепловіддачі при руху шару у поверхні ТС в значній мірі визначається механізмом обтікання. Тому дослідження цього механізму дозволить встановити діапазони параметрів, що варіюють, при експериментальному вивченні тепловіддачі, визначити раціональні для постановки дослідів параметри пучків ТС. Для проведення експериментальних досліджень були розроблені методики експериментів і експериментальні установки, проведена оцінка погрішностей.
У третьому розділі представлені результати експериментальних досліджень механіки руху та локального і середнього теплообміну поверхні ТС. з зерновим шаром.
Були взяті чотири найбільш характерні профілі труби: круглий, плоский, трикутний і еліптичний. По характеру викривлення міченого шару і розміру і розташуванню повітряного мішка якісно оцінювався характер обтікання (рис.3).
Аналіз картин (рис.3) показав, що найкраща тепловіддача до зернового шару повинна спостерігатися від труб овального перетину. Але, враховуючи технологічність виготовлення, подальші дослідження і узагальнення результатів проводилося для труб круглого перетину, які виготовляються серійно. Внаслідок обробок картин (як на рис.3) отримані значення локальних швидкостей (рис 4), щільності і міри гальмування зернового шару.
На основі досліджень пучка ТС, що обтікаються шаром зерна встановлено, що значення локальних характеристик швидкості рушення шару, міри гальмування і його приведеній щільності не співпадають по кутовій координаті, що не дозволяє однозначно визначити навіть якісний характер локальної тепловіддачі від циліндричної поверхні.
e0)
w=2ec/
w=4ec/
2. Проблема свідомості у філософії Проблема свідомості ~ одна з найважливіших і загадкових
3. диоксиантрахинон4сульфокислота натриевая соль реагируют со многими элементами и образуют окрашенные ком
4. Логічні елементи1
5. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук Луганськ 2007 Ди.
6. Кратные интегралы
7. red the text Wht does the uthor of the rticle think bout trvelling brod Text Isn~t it wonderful to discover new plces Trvelling hs lwys been prt of people~s eduction
8. Утверждаю Приборостроительный Зам
9. 654 на качество выстрела скорость кучность влияет не только содержимое баллона чистота объём но и
10. во аним исполнитель именинник Колво детей
11. Мать с младенцем на руках что может быть прекрасней в старшей группе
12. І. викладач .
13. Клинический диагноз- Хроническая экзема, стадия обострения с присоединением пиогенной инфекции
14. дедуктивная схема развития научного знания
15. Виды жанров драматургии и их особенности
16. этнография и этнология появились в XVIII веке
17. Динозавры
18. 2 Понятие и признаки кражи 3 Квалифицированные виды кражи 12 Судебная практика по при
19. При оказании первой помощи при множественных ранениях следует руководиться следующими принципами- в перв
20. Тема Урок мужества