Многоуровневая система моделирования нестационарных и меняющихся режимов работы низкотемпературных установок (1024695), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Таким же способом определяются конечноразностные аналоги граничных и начальных условий для слоёв тела и потоков.3.4 Рациональное ведение процесса охлаждения пакетаиспользованных автопокрышекОхлаждение блока использованных автопокрышек необходимо дляпоследующего помещения в утилизатор, где производится их разрушение сцелью получения порошка резины. Для этого блок автопокрышек необходимоохладитьдотемпературыневыше–60оС.Набазевоздушнойтурбохолодильной машины МТХМ1-21Р был создан экспериментальный стенддляисследованияпроцессовохлажденияизношенныхавтопокрышек,используемыхдля187криовзрывнойутилизации.Принципиальнаясхемавоздушной турбохолодильной машины МТХМ 1-21Р представлена на рис.
3.3[193]. Атмосферный воздух вентилятором 1 подаётся в секцию регенератора 3,где он охлаждается. Затем воздух направляется в холодильную камеру 6, где оннагревается, охлаждая блок изношенных автопокрышек. Затем нагретый воздухрасширяется в детандере 8 и вновь поступает в секцию регенератора 3, гденагревается при давлении ниже атмосферного и затем сжимется в компрессоре9. После сжатия в компрессоре воздух выбрасывается в атмосферу стемпературой, более высокой, чем температура окружающей среды.
Длявыноса атмосферной влаги из холодильной машины регенератор выполнен ввиде двух секций 3 и 12, потоки в которых переключаются с помощьюавтоматических клапанов 2,4,5 с электроприводом. Установка снабженаэлектродвигателем вентилятора 13 и электродвигателем 11 с мультипликатором10 компрессора. Компрессор и турбодетандер установлены на одном валу вкорпусе с горизонтальным разъемом. Часть мощности, потребляемуюкомпрессором, даёт турбодетандер, остальную - внешний источник – двигатель.Машина реализуют термодинамический цикл, называемый "русскимциклом" [194, 195]. Достоинством вакуумного цикла является отсутствиетеплообменника для отвода теплоты сжатия компрессора, поскольку нетнеобходимостивподводебольшогоколичестваводыиливоздуха,предназначенного для охлаждения. Кроме этого при получении низкихтемператур в традиционных воздушных турбохолодильных машинах безрегенерации теплоты требует большой степени повышения давления, чем прииспользованиивакуумногоцикла.Другимпреимуществомявляетсяиспользование выходящего из машины горячего воздуха для различныхтехнических нужд, что повышает общую термодинамическую эффективностьтурбохолодильной машины.Холодный поток воздуха из турбохолодильной машины поступает снизу вхолодильную камеру, представляющую собой цилиндрическую стальную188оболочку внутренним диаметром 0,93 м и высотой 1,5 м.
В камере охлажденияпомещается блок брикетов из разрезанных автопокрышек, помещённых насердечник. Внутри камеры приварены специальные воздухораспределительныекороба, обеспечивающие вертикальную подачу охлаждающего воздуха,проходящего через зазоры между автопокрышками в брикете. Для загрузки ивыгрузки пакетов автопокрышек камера снабжена верхней крышкой смеханическими зажимами. Теплоизоляция камеры охлаждения выполнена излистового пенополиуретана толщиной 45 мм. Воздух протекает черезцентральное отверстие в блоке, зазоры между слоями автопокрышек и зазормежду внутренней поверхностью ёмкости и наружной поверхностью блока.1 - вентилятор; 2,4,5 - клапаны; 3,12 – секции регенератора; 6 холодильная камера потребителя; 7 - дроссель; 8 - турбодетандер; 9 компрессор; 10 - мультипликатор; 11,13 - электродвигательРис.3.
3. Принципиальная схема воздушной турбохолодильной машиныМТХМ 1-21РИзмерение температуры автопокрышек, а также температуры входа и189выхода воздушного потока в камере охлаждения производится датчикамитемпературыкомпанииHoneywellсплатиновымичувствительнымиэлементами. Датчик HEL -700 имеет следующие характеристики: диапазонрабочих температур -200…+2000С, точность ±0,50С. Объёмный расходвоздушного потока измеряется диафрагменным расходомером типа AWM 300Мс измеряемым диапазоном 1…100 м3/мин в интервале температур -25..+850С,диапазон перепада давлений ±0,048 кПа.Блок состоял из автопокрышек легковых автомобилей толщиной 0,01м иимел высоту 1,2м, наружный радиус 0,455м, внутренний 0,15м, масса блокасоставляла 350кг. Данный блок автопокрышек устанавливается на стальнойсердечник диаметром 0,14м и помещается в камеру охлаждения.Средняявеличина зазора между наружной поверхностью блока автопокрышек ивнутренней стенкой камеры составляет 0,01м.
Начальная температура блокаравнялась 288К, температура воздуха на выходе из турбохолодильной машиныменяется с течением времени и при расчетах усредняется линейнойзависимостью, массовый расход воздуха составляет 0,946кг/с. Число слоёв шинв брикете автопокрышек определяется исходя из габаритов и массы блока шин,плотности покрышек (1190кг/м3) и их толщины.В качестве расчетной геометрии реального блока автопокрышекпринимается тело, состоящее из конечного числа коаксиальных слоёв, причёмразмеры зазоров между слоями принимаются одинаковыми, для чегоразработана методика пересчета по реальным средним толщине и объёмуавтопокрышек и внешнему объёму блока.Первоначально оценочные расчеты процесса охлаждения блока шинпроводились по формулам (3.13), (3.14) и (3.15).
Поскольку все эти выраженияпредставляют собой произведение одинакового логарифмического выраженияна постоянные коэффициенты, зависящий от теплофизических свойствохлаждаемого объекта, то целесообразно оценить эти коэффициенты исравнить их между собой, поскольку большее из этих значений будет190определять самый медленный механизм передачи теплоты. Эти коэффициентыимеют размерность времени и их можно использовать в качестве характерныхвремёнпроцессов,используемыхприобезразмериваниивременнойкоординаты.
Для указанных характеристик блока автопокрышек величины этихкоэффициентов составляют2CM 976 ,F2CM 677 ,SCM 602 .Cг GВсе эти величины примерно одного порядка, наибольшее значение имееткоэффициент в выражении для переноса теплоты за счёт теплоотдачи наповерхности. Следует заметить, чтопри уменьшении массового расходаохлаждающего воздуха до 0,6 кг/с и менее самым медленным механизмомбудет являться перенос теплоты за счёт ограниченного количества подаваемоговоздушного потока.Следующим этапом моделирования процесса охлаждения являетсяиспользованиесистемыдвухмерногоуравнениянестационарнойтеплопроводности для данного составного цилиндрического тела и уравнениясопряженного конвективного теплообмена для воздушного потока (3.1). Даннаясистема решалась описанным выше конечно-разностным методом и былаапробирована на экспериментальных данных, полученных при охлаждениихолодным воздушным потоком блока. При расчетах шаг по времени составлял0,25 с, число разбиений по высоте составило 20, по радиусу каждого слоя 10.Теплофизические свойства воздуха и материала шин брались из [196].На рис.
3.4 показаны экспериментальные временные зависимоститемпературы воздушного потока на входе и выходе из камеры охлаждения исоответствующие значения для принимаемой усреднённой температуры навходе и полученной расчетной на выходе. Соответствие расчетных иэкспериментальных значений температуры потока на выходе показалоправильность принятой модели.Принятая расчетная модель двумерной нестационарной теплопроводности191требовала использования больших размеров массивов переменных, чтоприводило к требованию большого объёма оперативной памяти компьютера ивремени расчета. Поэтому была создана упрощенная расчётная модель, вкоторой пренебрегалось осевой теплопроводностью в слое блока шин, чтопозволило сократить размер массивов переменных и время расчета. Данноедопущение следует из того, что толщина шины много больше ее осевогоразмера.
Точность расчетов практически не изменилось.1 (о), 4 (Δ) - экспериментальные значения; 2, 3 - расчетные значенияРис. 3.4. Временная зависимость температур воздушного потока на выходе (1,2) и на входе (3, 4) из камеры охлажденияНа рис. 3.5 показано расположение температурных датчиков в блоке шин,на рис. 3.6, 3.7, 3.8 временные расчётные и экспериментальные зависимоститемпературы точек блока шин. Из рисунков видно, что несовпадения лежат впределах точности вычислений и принятых допущений.1923, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 - номера датчиковРис. 3.5. Схема расположения температурных датчиков–––– расчётная зависимость; о – экспериментальные данныеРис.
3.6. Временная зависимость температуры в 7-ой точке блока шин193–––– расчётная зависимость; о – экспериментальные данныеРис. 3.7. Временная зависимость температуры в 8-ой точке блока шин–––– расчётная зависимость; о – экспериментальные данныеРис. 3.8. Временная зависимость температуры в 9-ой точке блока шин194Следующей задачей было определение рациональной величины расходапотока холодного воздуха, идущего на охлаждения блока автопокрышек.Оценка проводилась по значениям среднеинтегральной температуры блокашин. На рис. 3.9 показана временная зависимость расчётной и пересчитаннойпоизмереннымэкспериментальнымзначениямсреднеинтегральнойтемпературы блока для величины используемого массового расхода 0,946кг/с.Расхождение между полученными величинами лежит в пределах погрешностипересчёта ограниченного числа экспериментальных значений температур визмеряемых точках блока.
Поэтому данная модель может быть использованадля решения задачи определения рациональной величины расхода воздушногопотока. Расчёты (рис. 3.10) показали, что увеличение величины массовогорасхода воздуха более 1кг/с не приводит к существенному уменьшениюсредней температуры блока шин вследствие конечной величины коэффициентатеплопроводности.Рис.
3.9. Временная зависимость расчётной (1) и пересчитанной по измереннымэкспериментальным значениям (2) среднеинтегральной температуры блока длявеличины используемого массового расхода 0,946кг/с1951 - 0,1 кг/с; 2 - 0,2 кг/с; 3 - 0,25 кг/с; 4 - 0,3 кг/с; 5 - 0,5кг/с; 6 - 0,75 кг/с; 7 - 1кг/с; 8 - 10 кг/сРис. 3.10. Временная зависимость средней температуры блока шинпри различных значениях массового расхода потока хладагентаНа рис. 3.11 показана временная зависимость средней температуры блокашин при охлаждении воздушным потоком, определённая по оценочнымрасчётам и использованию механизма теплоотдачи, т.е. при использованииформулы (3.13) и полученного численного решения для массового расхода0,946кг/с. При оценочных расчётах принималась величина недорекуперацииТ=100С, средняя температура воздушного потока на входеТх= -900С.Сравнение полученных результатов показывает, что в значительной частивремени процесса охлаждения блока шин(до 20 минут) наблюдаетсясовпадение в пределах 15% обоих расчётных методов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
