авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка и исследование холодильной машины с аккумулятором холода

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Хамие Хусейн Нуреддин


Разработка И ИССЛЕДОВАНИЕ холодильной машины

с аккумулятором холода

Специальность 05.04.03 Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Махачкала – 2006 г.

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ

ШЛЯХОВЕЦКИЙ В.М.

конд. техн. наук, доцент, беззаботов Ю.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мелехин В.Б.

кандидат технических наук, доцент

Аминов Г.И.

Ведущая организация: ООО «Юг-холодпром», г. Краснодар

Защита состоится 27 декабря 2006 г. в 14 час.

на заседании диссертационного совета

в Дагестанском государственном техническом университете по адресу:

367015, г. Махачкала, просп. Имама Шамиля, 70

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета по

адресу: г. Махачкала, просп. Имама Шамиля, 70

Автореферат разослан «25» ноября2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к.т.н., доцент Евдулов О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Системы хладоснабжения предприятий перерабатывающей промышленности с сезонным поступлением сырья работают в условиях резко переменного графика хладопотребления, т.е. с пиковой тепловой нагрузкой на холодильную установку. Применение в составе холодильной установки аккумуляторов холода (АКХ) является одним из современных эффективных способов снижения затрат на выработку холода. Использование АКХ позволяет сглаживать неравномерность тепловой нагрузки на холодильное и технологическое оборудование, уменьшить холодильную мощность установленного оборудования. При этом в период ночного минимума внешних теплопритоков и потребления электроэнергии намораживается водный лед (или охлаждается хладоноситель), холодильный потенциал которого используют в период дневного пика тепловых нагрузок потребителя холода и пика потребления электроэнергии. Анализ холодопотребления на распределительном холодильнике Республика Ливан показал, что основные затраты электроэнергии на выработку холода для компенсации теплопритоков совпадают с периодом действия высоких дневных тарифов на электроэнергию.

Исходя, из вышеизложенного следует, что разработка холодильной системы с аккумуляцией холода в период действия «ночного» тарифа на электроэнергию в условиях Республики Ливан является актуальной проблемой.

Цели и задачи исследования. Цель настоящего исследования - разработка холодильной машины с аккумуляцией холода для условий многоставочных тарифов на электроэнергию и суточных колебаний температуры, характерных для Республики Ливан.



Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи:

- разработать математическую модель холодильной машины с аккумулятором холода для условий эксплуатации в Республики Ливан;

- выполнить экспериментальные исследования для проверки адекватности разработанной математической модели;

- разработать холодильную машину с аккумуляцией холода, позволяющую понизить tк для условий многоставочных тарифов и суточных колебаний температуры, характерных для Республики Ливан;

- провести анализ энергетической и экономической эффективности применения холодильной машины с аккумулятором холода в условиях Республики Ливан;

- разработать методику расчета режимов работы и проектирования элементов аккумулятора холода;

- разработать комплекс прикладных программ для практического использования предложенной методики расчета и проектирования элементов холодильной машины с аккумулятором холода;

- разработать и оптимизировать конструкции отдельных элементов аккумулятора.

Научная новизна

- разработана схема холодильной машины с аккумулятором холода с тепловыми трубами для работы в условиях Республики Ливан;

- разработана математическая модель аккумулятора холода с тепловыми трубами;

- разработана методика расчета режимов работы аккумулятора холода;

- проведен анализ энергетической и экономической эффективности применения холодильной машины с аккумулятором холода в условиях Республики Ливан;

- получены экспериментальные данные по процессам тепло - и массообмена в аккумуляторе холода (коэффициенты теплоотдачи при кипении холодильного агента в тепловой трубе, массы наморозки льда и циклов зарядки и разрядки аккумулятора), подтверждающие адекватность разработанной математической модели;

- при работе аккумулятора холода на R134а, который рекомендуется для условий Республики Ливан, выявлен диапазон температур кипения хладагента (t0 = -10 … -150С), при которых работа аккумулятора холода наиболее эффективна;

- получены уравнения регрессии, описывающие характеристики работы аккумулятора холода в процессе наморозки льда;

- техническая схема разработанной конструкции холодильной установки с аккумулятором холода защищена патентом РФ на изобретение.

Практическая значимость работы

- разработана математическая модель и пакет реализующих ее прикладных программ, позволяющие проектировать, холодильную машину с аккумулятором холода для работы в условиях резкопеременной температуры наружного воздуха при многоставочных тарифах на электроэнергию в Республике Ливан.

- разработанные с использованием математической модели программы расчета холодильной машины с аккумулятором холода используются в учебном процессе на кафедре холодильных и компрессорных машин и установок Кубанского государственного технологического университета (КубГТУ) - при подготовке специалистов по специальности 101700 - Холодильная, криогенная техника и кондиционирование;

- патент на изобретение может использоваться как коммерческий продукт.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- математическая модель холодильной машины с аккумулятором холода на базе тепловых труб;

- экспериментальные данные по исследованию коэффициентов теплоотдачи и плотности тепловых потоков при кипении холодильного агента в тепловой трубе в режиме заморозки льда на ее наружной поверхности, подтверждающие математическую модель;

- методика теплового расчета холодильной машины с аккумулятором холода;

- схема и режимные характеристики (производительность аккумулятора холода, число циклов наморозки и оттайки) работы холодильной машины с аккумулятором холода;

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международной научной конференции «Прогрессивные пищевые технологии – третьему тысячелетию» в КубГТУ г. Краснодар в 2000г. и на второй региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в КГАУ г. Краснодар в 2001г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи, 5 тезисов, получен 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 20 таблиц, 20 графиков, список использованной литературы включает 110 наименований.

содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу состояния вопроса и обоснованию выбранного направления исследования.

Приведен анализ существующих аппаратов для охлаждения жидких сред, позволяющих использовать аккумуляцию холода. Дан анализ процессов тепло-массообмена в тепловых трубах, как элементах аккумуляторов холода, работающих в режиме наморозки льда. Приведены основные зависимости, определяющие значения коэффициентов теплоотдачи и теплового потока в тепловых трубах, показана необходимость проведения исследований процессов тепло-массообмена в тепловых трубах в режиме льдообразовании.

Рассмотрены вопросы построения методики моделирования тепловых труб и процессов теплообмена в них при льдообразовании, дана оценка эффективности применения аккумулятора холода в условиях Республики Ливан.

Проведенный обзор литературы показывает, что:

1.Рассмотренные системы аккумуляции холода и регулирования температуры конденсации не отвечают в полной мере условиям эксплуатации в Республике Ливан, так как не учитывают резкопеременные суточные колебания температур и «ночные» тарифы стоимости электроэнергии.

2.При резкопеременном графике тепловой нагрузки на холодильную установку, значительном изменении параметров окружающей среды в течение суток и вводе переменных по времени тарифов оплаты за электроэнергию, в схему холодильной установки для сокращения приведенных затрат на выработку холода предлагается ввести аккумулятор холода, позволяющий понизить температуру конденсации в период пиковых тепловых нагрузок на холодильную установку за счет использования аккумулированного холода.

4.Необходима разработка нового технического решения холодильной машины с аккумуляцией холода и возможностью его использования для снижения температуры конденсации и потребляемой электроэнергии с учетом особенностей эксплуатации холодильной машины в Республике Ливан.

Вторая глава посвящена разработке математической модели, которая описывает процессы наморозки льда в аккумуляторе холода с тепловыми трубами.

Начиная с 1980 г., в Кубанском государственном технологическом университете профессором В.М. Шляховецким был выдвинут новый подход к сокращению уровня энергозатрат в холодильных установках с аккумуляцией холода при наличии различных тарифов на оплату электроэнергии. Этот подход был сформулирован следующим образом : для сокращения уровня энергозатрат необходимо снижение температуры конденсации хладагента tkтр в цикле холодильной машины в период максимальных температур окружающей среды tо.с и максимальных суммарных теплопритоков Qi.

Из характера изменения теплопритоков Qi в течение суток в летний период (рис. 1), применительно к распределительному холодильнику в г. Бейрут (Ливан), следует, что основные затраты энергии на выработку холода для компенсации теплопритоков на холодильнике оплачивают в период действия высоких тарифов SN2 и SN3, а время поступления минимальных теплопритоков совпадает со временем действия минимального тарифа SN1.

Принципиальная схема предлагаемой холодильной установки с аккумулятором холода для регулирования режима (АР) показана на (рис. 2).

Рис. 1 - Характер изменения тарифа SNi, температуры конденсации хладагента tki и теплопритоков Qi в течен ие i часов в сутки.

Qt- теплопритоки, обусловленные разностью температур воздуха наружного и в камерах; Qp- теплопритоки от солнечной радиации; Qn- теплопритоки от продуктов; Qa- холодильная мощность с (АР).

Рис. 2 - Принципиальная схема холодильной установки с АР.

1 — испаритель; 2 — компрессоры;

3 — конденсатор; 4 — линейный ресивер; 5,6 — дроссельные вентили; 7 — аккумулятора холода для регулирования режима (АР); 8, 9 — запорные вентили; 10,11,12 — трехходовые электроуправляемые вентили.

Вертикально-трубный испаритель из тепловых труб, положенный в основу конструкции аккумулятора холода, имеет свои особенности в протекании процессов тепло - и массообмена, поэтому на основе рассмотренных в 1 главе уравнений смоделированы процессы кипения в вертикально-трубном испарителе тепловых труб и аккумуляция холода при намораживании на его поверхности водного льда. На рис.3 представлена расчетная схема теплообменной трубки аккумулятора холода.





 Расчетная схема теплообменной-2

Рис. 3 - Расчетная схема теплообменной трубки.

Процесс теплообмена в трубке описывается системой уравнений (1):

,

, (1)

,

.

где Fo и Вi- критерии Фурье и Био для процессов льдообразования и разморозки;

- температуры в аккумуляторе воды и льда, 0С;

и - удельные теплоемкости и плотности воды и льда кДж/кгК, кг/м3;

- толщина льда, задаваемая и предельно возможная при данных условиях работы аккумулятора, м;

с - толщина теплопередающей стенки, м;

л - толщина льда, м;

л - плотность льда, кг/м3;

- время льдообразования, с;

л -коэффициент теплопроводности льда, Вт/(мК);

с -коэффициент теплопроводности стенки теплообмена, Вт/(мК);

с -коэффициент теплопроводности стенки теплообмена, Вт/(мК);

ф -коэффициент теплоотдачи от воды к слою льда, Вт/м2К;

к -коэффициент теплоотдачи от воды к слою льда при конвекции, Вт/м2К;

х -коэффициент теплоотдачи от холодильного агента к стенке, Вт/м2К;

х – паросодержание кипящего хладагента, кг/кг;

r0- теплота плавления льда, кДж/кг;

i - разность энтальпий воды и льда в процессе льдообразования, Дж/кг;

Nu - критерий Нуссельта;

- коэффициент динамической вязкости воды, Пас;

ст - коэффициент динамической вязкости теплопередающей стенки, Пас;

G - модуль сдвига льда;

Условия аккумуляции холода и намораживания льда на поверхности теплообмена тепловой трубки описываются уравнениями системы (2):

(2)

где - теплоемкость воды,

- теплоемкость льда,

- теплота льдообразования,

tвн - начальная температура льдообразования,

- плотность льда, кг/м3;

- теплопроводность льда,

- теплопроводность воды,

л - толщина льда, м;

cm - толщина стенки трубки, м;

a- коэффициент теплоотдачи от хладагента,

от - толщина слоя воды при работе аккумулятора в режиме оттайки, м;

qзам - теплота замораживания слоя льда, Вт;

qот - теплота оттаивания слоя льда, Вт;

зам - время замораживания слоя льда, с;

от - время оттаивания слоя льда при очистке поверхности аккумуляции, с;

Решение системы уравнение (1) определяет следующие характеристики:

- коэффициент теплоотдачи от хладагента к стенке теплового трубе, , Вт/м2к;

- плотность теплового потока при аккумуляции холода, qF, Вт/м2.

Результаты расчетов представлены на рис. 4.

Рис. 4 - Зависимости коэффициента теплоотдачи Вт/м2К от плотности теплового потока q Вт/м2 и температуры кипения То для некоторых хладагентов:

1 -для аммиака R717 при То = 253-283 К, по /14/;2 -для аммиака R717 при То = 243 К, по /25/; 3 - для аммиака R717 при То = 258 К, по /25/; 4 - для аммиака R717 при То = 283 К, по /14/; 5 - для фреона R12 при То = 263 К, по /28/; 6 - для фреона R12 при То = 248 К, по /28/; 7-9 – по данным исследований автора: 7 - для фреона R22 при То = 300 К; 8 - для фреона R22 при То = 313 К; 9 - для фреона R134а при То = 307 К;

Расчеты по математической модели проводились для разработанного вертикально-трубного испарителя. Как следует из рис.4, полученные в численном эксперименте зависимости 7-9 имеют характер, аналогичный ранее известным (зависимости 1–6), но проходят более круто. Это свидетельствует о том, что при работе тепловых труб в условиях наморозки льда при увеличении удельной тепловой нагрузки q коэффициент теплоотдачи будет возрастать более интенсивно, что обеспечит эффективную работу аккумулятора холода.

nцикл nцикл

tо = -150C; tл = -120С; tгр = 1) +250С;

3 2) +350С;

2 3) +450C;

1

nцикл = 105,55 бл -1,601

бл.м

Рис. 5 количество циклов (nцикл) в зави-

симости от толщины наморозки льда при

температуре to =-150C для фреона R22.

tо = -150C; tл = -120С; tгр = 1) +250С;

2) +350С;

3 2 3) +450C;

1

nцикл = 90,971бл -1,5239

бл.м

Рис. 6 - количество циклов (nцикл) в зависимости от толщины наморозки льда при температуре to =-150C для фреона R134а.

mak, кг

tо = -150C; tл = -120С; tгр = 1) +250С;

3 2) +350С;

3) +450C;

mak = 412,22 бл -,02005

1 2

бл.м

Рис. 7 - масса намораживания (mак, кг) в зависимости от толщины льда при температуре t0 = -15 0C для фреона R22.

mак,кг

tо = -150C; tл = -120С; tгр = 1) +250С;

2) +350С;

3) +450C;

3 mak = 355,29 бл -0,1234

1 2

бл.м

Рис. 8 - масса намораживания (mак, кг) в зависимости от толщины льда при температуре t0 = -15 0C для фреона R134а.

Система (2) определяет параметры режима работы аккумулятора и его производительность при льдообразовании. Режим работы аккумуляторы состоит из двух циклов: цикла намораживания льда и цикл оттайки, т.е. снятия намороженного льда с теплообменной поверхности. Полученные результаты расчета режимных параметров представлены на рис.5-8.

Режим аккумуляции осуществляется во время действия минимального тарифа на электроэнергию (в ночное время). Днем холодильная машина работает в обычном режиме, используя аккумулированную массу льда для снижения температуры конденсации. Установлено что:

1-Продолжительность времени оттайки (от, с) апроксимируется уравнением: от = 1990,6tгр-1 в интервале температуры кипения t0 [(-5) - (-15)] и в интервале греющей температуры tгр [(+25) - (+45)] для фреона R22 и уравнением: от = 2596,9tгр-1 в тех же интервалах температур для фреона R134a, с отклонением не более 5%.

2-Максимальная производительность аккумулятора за время аккумуляции получается при намораживании льда толщиной 7 - 9 мм.

3-Увеличение толщины льда в процессе зарядки аккумулятора от 0,008 до 0,01 м приводит к увеличению времени зарядки и оттаивания, уменьшению массы льда, намороженного за данное время.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.