Опыты по замораживанию воды в виде сферической формы проводились в экспериментальной установке, которая описана главе №3, при следующих условиях: d = 20 0.2мм, T = 263 0.2 С, V = 12 0.2 м/с; d = 20 0.2мм, T = 268 0.2 С, V = 12 0.2 м/с.

На Рисунке 4.1. дано сопоставление результатов расчетов по разработанной математической модели уравнения (2.15) и данных из опытов по промораживанию сферических слоев воды.

Рисунок 4.1. Зависимость относительной толщины ( ) промерзания капли от времени ( )

Из графика видно, что расхождение между расчетными (по уравнению 2.14) и опытными значениями составляет 6-8%.

4.2. Результаты сопоставления роста толщин водного льда плоско-параллельной формы

Опыты проводились в экспериментальной установке, которая описана в главе №3, при следующих условиях: =264 0,2 К, =273,6 0,1 К, =90 3 Вт/( ·К), =12 2 Вт/( ·К).

На Рисунке 4.2. дано сопоставление результатов расчетов по разработанной математической модели уравнения (2.15) и данных из опытов по промораживанию плоско-параллельных слоев воды.

Рисунок 4.2. Зависимость роста толщины слоя льда от времени

Расчетное уравнение, приведенное в рамках данной работы предсказывает толщину промораживаемого плоско-параллельного слоя с погрешностью до 10%.

4.3. Результаты сопоставления таяния сферы водного льда омываемой теплой водой

Опыты проводились в экспериментальной установке, которая описана в главе №3, при следующих условиях: диаметр ледяной сферы – = 0,036 0,001 м; начальная температура воды – =284 0,1 К; расход воды G = 0,0004 кг/с.

На Рисунке 4.3. дано сопоставление расчетных и опытных результатов по толщине оттаивания сферических слоев льда.

Рисунок 4.3. Зависимость времени оттаивания ледяной сферы от толщины

На Рисунке 4.4. представлена зависимость температуры охлаждения воды от толщины размороженного льда.

Рисунок 4.4. Зависимость температуры охлаждения воды от толщины размороженного слоя

4.4. Влияние коэффициента теплоотдачи на скорость замораживания сферической формы воды (результаты расчета)

Расчеты проводились по математической модели (2.15), при разных коэффициентах теплоотдачи (Рисунок 4.5.). при следующих условиях: диаметр ледяной сферы – d = 0,02 0,001 м; температура воздуха – = 263 0,1 К; коэффициент теплоотдачи – Вт/( ·К), Вт/( ·К), Вт/( ·К).

Рисунок 4.5. Зависимость относительной толщины промерзания сферы от времени при разных значениях коэффициента теплоотдачи

Заметно, что величина коэффициента теплоотдачи существенно влияет на процесс замораживания водяной сферы, следовательно при слабых температурах окружающей среды требуется увеличить скорость вентилятора.

Глава 5. Макетные образцы холодоаккумуляционных устройств. Описание, методика и пример расчета

5.1. Описание и принцип расчета холодоаккумуляционной градирни со сферической насадкой

Задачей, решаемой в представленной разработке, (Рисунок 5.1.) является улучшение процесса холодоаккумуляции за счет замораживания воды в волокнистой насадке, с возможностью использования слабо отрицательных температур воздуха (от минус 1.5 и ниже).

Рисунок 5.1. Холодоаккумуляционная градирня

Холодоаккумуляционная градирня содержит электровентиляторный агрегат 1, расположенный в верхней части корпуса 2. В нижний части корпуса 2 находятся воздуховходные окна 3, через которые воздух попадает внутрь аппарата, где для его более равномерного распределения установлены воздухораспределители 4. В средней части аппарата установлены оросительные насадки 5 и форсунки 6 для подачи воды. Аппарат снабжен патрубком для отвода охлажденной воды 7, расположенным в нижней части.

Оросительная насадка (Рисунок 5.2.) представляет собой тела сферические формы 9 (это позволяет получить более высокое значение удельной поверхности), выполненные из гидрофильного материала (например ваты), способного к впитыванию капельной влаги, размещенные с зазором друг относительно друга в три ряда в шахматном порядке в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной. Крепится насадка к ячеистой сетке 2 при помощи не теплопроводных держателях 8, связанных узлом крепления 10.

Рисунок 5.2. Оросительная насадка

Сферические тела оросительной насадки допускают многократные циклы замораживания – оттаивание без потери свойств, впитывания влаги.

Предложенная холодоаккумуляционная градирня работает следующим образом

На первом этапе электровентилятор 1 отключен. На оросительные насадки 5 подается вода через форсунки 6.

Далее после насыщения водой оросителных насадок 5, форсунка 6 прекращает работу и включается электровентиляторный агрегат 1, который подает холодный воздух из окружающей среды на оросительные насадки 5. Влага, содержащаяся в сферических телах, оросительных насадок 5 замораживается, превращая их в ледяные массивы сферической формы.

Следующий этап работы холодоаккумуляционной градирни заключается в остановке электровентилятора 1 и подаче отепленной воды форсункой 6 через оросительные насадки 5.

Контактируя с холодными оросительными насадками, содержащими ледяную массу, вода охлаждается до околонулевой температуры за счет расплавления льда оросительных насадок 5, после чего охлажденная вода через патрубок для отвода охлажденной воды 7 подается потребителю. Форсунки отключаются. В то же время во время пролива теплой воды, гидрофильные сферы впитывали воду, поэтому насадку не надо повторно насыщать влагой. Далее включается электровентилятор 1 и циклы замораживание – оттаивания насадки повторяются.

Достоинством предложенного устройства холодоаккумуляционной градирни является расширение диапазона использования отрицательных температур воздуха вплоть до околонулевых (от минус 1.5 и ниже) для ведения процесса замораживания воды при создании холодоаккумуляционной массы льда.

Система может эксплуатироваться зимой и летом. В последнем случае выгодность применения диктуется тем обстоятельством, что в условиях дешевого ночного тарифа осуществляется охлаждение воздуха в воздухоохладителе и затем происходит замораживание насадки.

5.1.1. Методика теплового конструктивного расчета холодоаккумуляционной градирни

Холодоаккумуляционная градирня применяется в холодильной технике для накопления энергии (в виде льда) и охлаждения воды до околонулевых температур для различных технологических процессов.

Исходными параметрами для расчета градирни являются:

- Масса молока ;

- Начальная и конечная температура молока;

- Начальная и конечная температура воды;

- Время охлаждения воды .

Задачей расчета является определение холодоаккумуляционной градирни, время намораживания льда, электропотребление.

1. Находим массу требуемой воды из теплового баланса:

(5.1)

2. Рассчитаем расход воды проходимый через аппарат:

(5.2)

3. Проведем расчет тепловой нагрузки:

(5.3)

4. Находим количество льда необходимое для охлаждения воды:

(5.4)

5. Рассчитываем количество аккумулирующих насадок:

(5.5)

6. Определим габаритные размеры холодоаккумуляционной зоны.

7. Произведем расчет времени, требуемый для заморозки всей холодоаккумуляционной композиции.

	(5.6)
	(5.7)

8. Следующим шагом при расчете необходимо проверить охладится ли вода до требуемой температуры при протекании ее через ледяную композицию и хватит ли для этого массы льда исходя из физической конструкции градирни. Для этого необходимо посчитать толщину размороженного слоя , которая должна быть не более R:

	(5.8)
	(5.9)

9. По сопротивлению и расходу воздуха подбираем вентилятор [61, 62].

10. По площади поперечного сечения F1 и расходу воды подбираем форсунки.

11. Определим высоту холодоаккумуляционной градирни.

12. По расходу воды и высоте Н градирни подберем циркуляционный насос для воды.

13. Определяем потребляемую мощность холодоаккумуляционной градирни.

Метод расчета холодоаккумуляционной градирни формализован в виде блок-схемы, представленной на Рисунке 5.3.

Рисунок 5.3. Блок – схема расчета холодоаккумуляционной градирни

5.1.2. Пример расчета холодоаккумуляционной градирни со сферической насадкой

Исходные данные: