Rambler's Top100
Санкт-Петербургский государственный
университет низкотемпературных и пищевых технологий
Проектно-конструкторское бюро
Статьи
ОСОБЕННОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ЛЬДОГЕНЕРАТОРОМ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ АККУМУЛЯЦИИ ХОЛОДА

УДК 621.565

© Петров Е.Т., Тушев К.А.

ОСОБЕННОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ЛЬДОГЕНЕРАТОРОМ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ АККУМУЛЯЦИИ ХОЛОДА

Опубликовано:
Известия Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий. Межвузовский сборник научных трудов, № 1 (6), 2004. с. 17-19.



Интенсивное повышение тарифов на энергоносители, введение льготных ночных тарифов и т.д. способствуют расширению использования схем хладоснабжения с аккумуляторами холода. Корректная оценка эффективности применения аккумуляторов холода требует детального численного анализа непрерывной работы холодильной установки в течение среднерасчетных суток каждого календарного месяца. Указанный анализ возможен только при наличии необходимого методического и программного обеспечения. Холодопроизводительность установки, методы ее регулирования, необходимость и размеры аккумулятора холода должны определяться в ходе предпроектных оптимизационных исследований.

Анализ конструктивных и эксплуатационных особенностей аккумуляторов холода различного исполнения позволил выделить группу эффективных аккумуляторов периодического действия с намораживанием льда на наружной поверхности вертикальных пластин. В работе предлагается подход к формированию математической модели указанного аккумулятора холода.

Рассматриваемая математическая модель является фрагментом полной модели холодильной установки как системы с аккумуляцией холода, состоящей из компрессора, конденсатора, пленочного испарителя, льдогенератора и бака-аккумулятора.

Исходные данные - график тепловой почасовой нагрузки Q(ti); поверхность плит (намораживание с двух сторон) fпл, м2; толщина слоя льда, оттаявшего при нагреве плиты, dот, м; температуры, °С: расчетная (начальная) воды tw, требуемая (конечная) tw вых, плиты в процессе оттаивания tот.

Процесс изменения тепловой нагрузки в течение суток считаем квазистационарным с различным множеством интервалов времени, число которых должно быть конечным.

Расчет аккумуляторов холода начинается с определения среднесуточного теплопритока

среднесуточный теплоприток

где Q(ti) - величина теплопритока в течение i-го интервала времени, Вт;
      n - конечное число интервалов.

Отношение Qср и Qmax характеризует неравномерность тепловой нагрузки.

Холодопроизводительность компрессорного оборудования и испарителя определяется:

холодопроизводительность компрессорного оборудования и испарителя,

где q ,
      q* .

Работоспособность системы аккумуляции холода определяется условиями: количество льда в баке-аккумуляторе в конце 24-часового цикла должно быть не меньше, чем в начале цикла, а также недопустимость ситуации, при которой израсходован весь лед внутри цикла. Количество льда в баке, накопленное на какой-то момент времени, определяется первоначальным заполнением бака, режимами, в которых работала система (зарядка или разрядка), их продолжительностью, уровнем тепловой нагрузки и производительностью установленного холодильного оборудования.

график накопления и расходования ледовой массы в баке-аккумуляторе в течение суток

Необходимая производительность льдогенератора Gлг, кг/час определяется исходя из условия работоспособности системы аккумуляции:

условие работоспособности системы аккумуляции,

где Gлг(ti) - количество льда, произведенное в льдогенераторе за периоды зарядки, т.е. когда Qoкм > Q(ti);
      Gизрасх(ti) - количество льда, который растаял за периоды разрядки, т.е. когда Qoкм < Q(ti).

количество льда, который растаял за периоды разрядки

где b - условный коэффициент теплоперехода от воды ко льду, который характеризует интенсивность работы аккумуляторов холода и равен

условный коэффициент теплоперехода от воды ко льду

где Qак - количество тепла, вносимого водой в течение всего процесса таяния льда, кДж; если основная часть тепловой нагрузки будет отводиться испарителем, то   Qак;
      Gл - общее количество накопленного льда, т;
      tв.вых - средняя температура отходящей воды, °C,     для панельного аккумулятора составляет 150840, а для аккумулятора с льдогенератором чешуйчатого льда - 419000 кДж/(т·°C).

Производительность льдогенератора G'лг, кг/час, с учетом потерь льда в процессе оттаивания:

производительность льдогенератора

Зная производительность льдогенератора, определяем количество плит:

количество плит

где gпл - количество намороженного льда на поверхности одной плиты, кг;

количество намороженного льда на поверхности одной плиты

Объем бака для аккумулированного льда принимают из расчета:

объем бака для аккумулированного льда

Толщину слоя намораживаемого льда dнам, м определяют способом на основе метода элементарных тепловых балансов А. П. Ваничева.

Рассматриваемая пластина намороженного льда, с переменной толщиной разбивается на ряд элементарных, для каждого из которых записывается изменение его теплосодержания для малого промежутка времени:

изменение теплосодержания элементарной пластины для малого промежутка времени

где Vi - элементарный расчетный объем, м3;
      СуммQj - сумма тепловых потоков, поступающих в рассматриваемый элементарный объем из соседних объемов через плоские поверхности. Полагаем, что удельная теплоемкость Сл и коэффициент теплопроводности Lл в пределах элементарного участка постоянны.

Для нахождения теплового потока Qj, поступающего в i-ый элементарный объем из соседних, через плоскую поверхность величиной F в единицу времени, можно воспользоваться законом Фурье:

закон Фурье

где dt/dx - градиент температур.

Известно, что величина температурного градиента равна:

величина температурного градиента

На основании сказанного уравнение теплового баланса для узловой точки i будет иметь вид:

уравнение теплового баланса для узловой точки

или

уравнение теплового баланса для узловой точки .

Решая последнее уравнение относительно неизвестной температуры ti', получаем:

температура в узловой точке .

Для первого слоя (i = 1) уравнение теплового баланса с учетом теплоотдачи со стороны хладагента будет иметь вид:

тепловой баланс с учетом теплоотдачи со стороны хладагента.

Определение коэффициента теплоотдачи со стороны хладагента внутри пластины а реализуется методом итераций. Задача решается методом последовательного приближения при произвольном исходном значении плотности теплового потока.

При расчете нужно помнить, что обеспечить устойчивость уравнения можно только при условии:

условие устойчивости;

чем меньше Fo , тем больше вычислений, однако при этом повышается точность расчета.

Непосредственно толщина намораживаемого за время dt слоя определяется из теплового баланса последнего на данный момент слоя (i = n), т.е.:

тепловой баланс последнего на данный момент слоя,

где   dQзам ,

тогда:

толщина намораживаемого слоя .

Этот способ дает возможность рассмотреть процесс намораживания при переменной температуре кипения, т.е. когда компрессорное оборудование не поддерживает заданную температуру - в этом случае температура кипения в течение всего процесса является результатом равенства производительности компрессоров в расчете на температуру кипения в льдогенераторе и суммы производительностей льдогенератора и испарителя.

сравнение режимов работы льдогенератора

Продолжительность цикла работы льдогенератора tц , с, с учетом времени на оттаивание (в данной модели принимается 6 мин):

продолжительность цикла работы льдогенератора .

Причем часть холода расходуется на производство льда с учетом потерь в окружающую среду (потери принимаются равными 10% от расхода холода на льдообразование):

расход холода на производство льда ;

другая часть - на охлаждение плит после оттаивания:

расход холода на охлаждение плит после оттаивания

Более того, при понижении температуры кипения за счет установления данного равновесия значительно возрастает скорость намораживания - что сокращает периоды зарядки или уменьшает проектное значение площади теплообменной поверхности льдогенератора. Но при этом увеличиваются затраты электроэнергии. Поэтому необходимость аккумулирования холода при переменной или постоянной температуре кипения на отдельных интервалах времени определяется в ходе оптимизационного исследования работы холодильной установки, учитывающего ценовые тарифы на электроэнергию и доступное время для зарядки, с последующей проверкой работоспособности системы в течение суток.




Список литературы:

   1. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Пищевая промышленность. 1979. 272 с.
   2. Бобков В.А. Производство и применение льда. - М.: Пищевая промышленность. 1977. 232 с.

© 2004

В начало страницы
© ПКБ, 2004-2018. Все права защищены
Разработка: ALeXkRU
СПбГУНиПТ
Поиск по сайту
 

 фразу

 и

 или
 искать в найденном
Поиск по сайту
На главную страницу / Карта сайта
На страницу Статьи
   В Избранное
   Сделать стартовой
   Написать письмо
   Гостевая книга
Рейтинг@Mail.ru
Rambler's Top100
liveinternet.ru: показано число просмотров за 24 часа, посетителей за 24 часа и за сегодня