Диссертация (Обоснование применения водных растворов пропиленгликоля в качестве универсального теплоносителя в тепловом оборудовании предприятий питания), страница 8

Данный случай теплообмена изучен, имеются надежные данные в научнотехнической литературе [20, 32, 33]. Полученные экспериментальные данныеподтвердили точность эксперимента и послужили основой для анализатеплообмена при использовании водных растворов пропиленгликоля.При проведении экспериментов, во время которых рубашка котласообщалась с атмосферой, для предотвращения выкипания теплоносителя, егоконденсацииистеканияобратноврубашку,применялсяспециальноизготовленный холодильник.

Холодильник представлял собой медный цилиндр,внутри которого проходит герметично припаянная к цилиндру медная трубка,одним концом плотно крепящаяся к выходному отверстию рубашки, другой жеконец трубки открыт и сообщался с атмосферой. Между стенками цилиндра итрубки, проходя через отверстие в цилиндре, протекала холодная вода,поступающая из городского водопровода и уходящая в канализацию через второеотверстие в цилиндре по гибкому шлангу.В ряде экспериментов разогрев осуществлялся пропорционально, приизменениимощностиотминимальнойдомаксимальнойприпомощивключенного в цепь лабораторного регулируемого автотрансформатора (ЛАТРTDGC2-5k). В других экспериментах нагрев осуществлялся на одной мощности втечение всего времени эксперимента.По полученным в ходе эксперимента значениям передаваемой теплоты Q ипоказателямтемпературныхполей,исходяиззначенийкоэффициентатеплопередачи от теплоносителя к нагреваемой среде К, были вычисленыкоэффициенты теплоотдачи αсм от теплоносителя к нагреваемой стенкеQ  K  F  t   (14),KQF  t  (15),52где: К - коэффициент теплопередачи от пара к нагреваемой воде, Вт/(м2·К);F – площадь поверхности греющей рубашки варочного котла, м2; ∆t - средняя повремени разность температур греющего пара и нагреваемой среды;τ -продолжительность процесса, с.1K1 см1  ж(16),где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К)αсм – коэффициент теплоотдачи от пара к стенке варочного сосуда, Вт/(м2·К);αж - коэффициент теплоотдачи от стенки варочного сосуда к пищевой среде,Вт/(м2·К);λ - коэффициент теплопроводности стенки варочного сосуда, Вт/(м.К);δ – толщина стенки, м.Термическим сопротивлением стенки варочного сосуда λ/δ, изготовленнойиз нержавеющей стали и толщиной 2 мм, по малости пренебрегали.Дляопределенияαжиспользовалисьданныеранеепроведенныхисследований.

Теплообмен между стенкой варочного сосуда и нагреваемойжидкостью хорошо изучен [20, 33, 86] и с погрешностью не более 5%описывается критериальным уравнением подобияNu = 0,15(Gr*Pr)0,33 [86], гдеNu – критерий Нуссельта, Gr – критерий Грасгофа, Pr – критерий ПрандтляПолученныевходеэкспериментовкоэффициентытеплоотдачисопоставлялись с коэффициентами теплоотдачи, вычисленными аналитически.Значение αж определялось по значению Nu по соотношениюж Nu   cGr  Pr   (17),llnС=0,15 и n=1/3; – коэффициент, зависящий от режима течения жидкости; l –высота рубашки, м; Gr =gl 3  t c  t 0 2, где g — ускорение свободного падения, м/с2;t c — температура поверхности теплообмена, K; t0 — температура теплоносителя,K;ν — коэффициент кинематической вязкости, м²/с; β — температурный53коэффициент объёмного расширения теплоносителя, 1/К; Pr =  сР, где η –динамическая вязкость.Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке варочного сосуда α стопределялся из соотношения (3) по значениям коэффициента теплопередачи К иαж .Результатысравнительногоанализапозволилисделатьвыводыосопоставимости теплотехнических характеристик предложенных теплоносителейсаналогичными,общественногоэффективности.используемымипитания,ивтепловойсоответственно,аппаратуреихпредприятийработоспособностии544.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ, ИХ ОБРАБОТКА ИОБОБЩЕНИЕ.Былипроведеныэкспериментальныеисследованияпятивидовпромежуточных теплоносителей: воды, чистого пропиленгликоля, а также 48%,55% и 80%-х водных растворов пропиленгликоля. Каждый теплоносительисследовался как при максимальной мощности нагревательного элемента, так ипри постепенном повышении мощности с минимальной до той, при которойпищевая среда в котле закипает.Опыты проводились в диапазоне давлений от 0 до 0,75 бар в зависимости оттипа теплоносителя и герметичности рубашки котла. Варочный сосуд былзаполнен водой на 70%, то есть 0,007 м3.На рисунке 4.1 представлены зависимости температуры пищевой среды,внутреннейстенкигазообразноговарочноготеплоносителясосуда,отавременитакжетемпературпроведенияжидкогоэкспериментаидлятеплоносителя вода при максимальной мощности нагревательного элемента инормальном заполнении рубашки – 0,0015 м3Рисунок 4.1 - Зависимость температуры пищевой среды, стенки варочногососуда, жидкого теплоносителя и пара от времени разогрева длятеплоносителя вода при максимальной мощности нагревательного элемента.55На рисунке 4.2 представлена зависимость давления внутри рубашки котла отвремени разогрева для того же эксперимента.Рисунок 4.2 - Зависимость давления внутри рубашки котла от времениразогрева для теплоносителя вода при максимальной мощностинагревательного элемента.Вода повсеместно используется в качестве основного промежуточногодвухфазного теплоносителя в рубашечных аппаратах предприятий общественногопитания.

Вода является стандартным теплоносителем для котлов фирмы Groen.Графики зависимостей температуры и давления от времени эксперимента дляводы можно принять в качестве эталонных.На рисунке 4.3 представлены зависимости температуры пищевой среды,внутреннейстенкигазообразноговарочноготеплоносителясосуда,отавременитакжетемпературпроведенияжидкогоэкспериментаидлятеплоносителя 48%-го водного раствора пропиленгликоля при максимальноймощности нагревательного элемента и нормальном заполнении рубашки – 0,0015м3.56Рисунок 4.3 - Зависимость температуры пищевой среды, стенки варочногососуда, жидкого теплоносителя и пара от времени разогрева длятеплоносителя 48% водный раствор пропиленгликоля при максимальноймощности нагревательного элемента.На рисунке 4.4 представлена зависимость давления внутри рубашки котла отвремени разогрева для того же эксперимента.57Рисунок 4.4 - Зависимость давления внутри рубашки котла от времениразогрева для теплоносителя 48% водный раствор пропиленгликоля примаксимальной мощности нагревательного элемента.Как видно из графиков на рисунках 4.1 и 4.3, время закипания пищевойсреды в котле и температурные поля в экспериментах с теплоносителями водой и48%-м водным раствором пропиленгликоля очень близки.

Давление же, как видноиз графиков на рисунках 4.2 и 4.4 в эксперименте с раствором пропиленгликолятак же идентично давлению, зарегистрированному в эксперименте с водой, идостигает своего максимума в 0,75 бар.В следующем эксперименте в качестве промежуточного теплоносителя также применялся 48%-й водный раствор пропиленгликоля, однако ручка регуляторамощности электронагревателя в течении всего времени эксперимента былаустановлена в положение 4 – средняя мощность.На рисунке 4.5 представлены зависимости температуры пищевой среды,внутреннейстенкигазообразноговарочноготеплоносителясосуда,отавременитакжетемпературпроведенияжидкогоэкспериментаидлятеплоносителя 48%-го водного раствора пропиленгликоля при средней мощности58нагревательного элемента и нормальном заполнении рубашки – 0,0015 м3. Нарисунке 4.6 представлена зависимость давления внутри рубашки котла от времениразогрева для того же эксперимента.Рисунок 4.5 - Зависимость температуры пищевой среды, стенки варочногососуда, жидкого теплоносителя и пара от времени разогрева длятеплоносителя 48% водный раствор пропиленгликоля при среднеймощности нагревательного элемента.59Рисунок 4.6 - Зависимость давления внутри рубашки котла от времениразогрева для теплоносителя 48% водный раствор пропиленгликоля присредней мощности нагревательного элемента.Как видно из графика на рисунке 4.5, температурные поля в эксперименте с48%-мводнымрастворомпропиленгликолявкачествепромежуточноготеплоносителя при средней мощности нагревательного элемента сохраняют те жетенденции, что и в эксперименте с тем же теплоносителем, но на максимальноймощности нагревательного элемента, хоть и не идентичны.

Время закипанияпищевой среды, однако, в эксперименте на средней мощности нагревателя на 53%больше, чем в эксперименте на максимальной мощности. Как видно из графика нарисунке 4.6, давление в рубашке котла гораздо меньше в эксперименте,проводимом на средней мощности нагревательного элемента, и не превышает всвоем максимальном значении 0,25 бар, что на 67% меньше чем давление врубашке котла при использовании того же теплоносителя или воды намаксимальной мощности нагревательного элемента.Сильное снижение давления в рубашке котла – положительная тенденция,однако время разогрева котла до начала кипения пищевой среды при такомрежиме разогрева слишком сильно увеличивается.

Стремясь снизить время60разогрева котла до начала кипения пищевой среды, в состав теплоносителя былодобавлено больше пропиленгликоля, до его 55%-й концентрации.На рисунке 4.7 представлены зависимости температуры пищевой среды,внутреннейстенкигазообразноговарочноготеплоносителясосуда,отавременитакжетемпературпроведенияжидкогоэкспериментаидлятеплоносителя 55%-го водного раствора пропиленгликоля при максимальноймощности нагревательного элемента и нормальном заполнении рубашки – 0,0015м3.Рисунок 4.7 – Зависимость температуры пищевой среды, стенки варочногососуда, жидкого теплоносителя и пара от времени разогрева длятеплоносителя 55% водный раствор пропиленгликоля при максимальноймощности нагревательного элемента.На рисунке 4.8 представлена зависимость давления внутри рубашки котла отвремени разогрева для того же эксперимента.61Рисунок 4.8 - Зависимость давления внутри рубашки котла от времениразогрева для теплоносителя 55% водный раствор пропиленгликоля примаксимальной мощности нагревательного элемента.Как видно из графиков на рисунках 4.1 и 4.7, время закипания пищевойсреды в котле и температурные поля в экспериментах с теплоносителями водой и55%-м водным раствором пропиленгликоля очень близки.