Многоуровневая система моделирования нестационарных и меняющихся режимов работы низкотемпературных установок (1024695), страница 26

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

При больших временах196расхождение увеличивается, что связано с усреднением теплоёмкости прииспользовании формулы (3.13).1 – конечно-разностный метод, 2 - метод интегральных оценокРис.3.11. Временная зависимость средней температуры блока шин в процессеохлаждения воздушным потокомИспользование оценочных расчётов позволяет сделать анализ поведенияполученных расчётных зависимостей, показанных на рис.

3.10. Для малыхзначений расходов воздуха (менее 0,3 кг/с) определяющим в процессеохлаждения является ограниченное количество подаваемого воздушного потокаи графики зависимостей имеют отрицательную кривизну. С увеличениемвеличины расхода воздуха (более 0,3 кг/с) кривизна меняет свой знак. Этосвязано с тем, что определяющим, т.е.

самым медленным, становится процесспереноса теплоты за счёт теплоотдачи. Кривизна особенно увеличивается припонижении температуры, что связано с уменьшением разности температурмежду поверхностью охлаждаемого тела и воздушным потоком и возрастаниемхарактерного времени за счёт теплоотдачи.3.5197Использование измененияпотокадляуменьшениянаправленияразностидвижениятемпературвохлаждаемом телеРеверсирование, т.е. изменение направления движения потока приохлаждении блока, позволяет сократить общее время охлаждения тела досредней температуры, понизить наивысшую температуру внутри тела,уменьшить максимальный перепад температуры внутри тела.

Для величинымассового расхода 0,946 кг/с были рассчитаны временные зависимостимаксимальной температуры в блоке (рис. 3.12) и максимального перепадатемператур в блоке шин (рис. 3.13) для различных значений времениреверсирования.1 - без реверсирования; 2 – реверс через 35 мин.; 3 – через 17,5 мин.;4 –через 8,75 мин.Рис. 3.12. Расчётная зависимость максимальной температуры в блоке шинпри многократном реверсировании от времени1981 - без реверсирования; 2 – реверс через 35 мин.; 3 –через 17,5 мин.; 4 –через8,75 мин.Рис. 3.13.

Расчётная зависимость максимального перепада температур в блокешин от времени начала многократного реверсированияИз рисунков видно, что с повышением частоты реверсирования значениямаксимальной температуры и максимального перепада температур в блоке шинуменьшаются.

Частое реверсирование осуществить достаточно трудоёмко иобычноиспользуетсяоднократное реверсированиевовремяпроцессаохлаждения. Поэтому следующим этапом было определение времени началареверсирования для более эффективного проведения процесса охлаждения наоснове созданной расчётной программы.Дляапробациирасчётноймоделипроизведеносравнениеэкспериментальных и расчетных зависимостей температуры ближней к входу199потока точки блока шин от времени при однократном реверсировании.Температура этой точки наиболее резко меняется при начале реверсирования,т.к. она находится в начале движения охлаждающего потока.

Расчёты (рис.3.14) показали удовлетворительное совпадение результатов, что позволилоиспользовать данную расчётную программу для моделирования процессаоднократного реверсирования.Рис. 3.14 Экспериментальная (■) и расчетная (––––) зависимости температурыкрайней точки блока шин от времени при однократном реверсированииНа рис. 3.15 и рис.

3.16 представлены расчётные зависимостимаксимальной температуры и максимального перепада температур в блоке шинот времени начала однократного реверсирования.2001 - без реверсирования; 2 – реверс через 40 мин.; 3 – реверс через 50 мин.Рис. 3.15. Расчётная зависимость максимальной температуры в блоке шин отвремени начала однократного реверсирования1 - без реверсирования; 2 – реверс через 40 мин.; 3 – реверс через 50 мин.Рис. 3.16. Расчётная зависимость максимального перепада температур в блокешин от времени начала однократного реверсирования201Из этих зависимостей видно, что чем позже начинается реверсирование,тем меньше конечная средняя температура и максимального перепадатемператур в блоке шин. Реверсирование целесообразно проводить назаключительной стадии процесса охлаждения, когда температура ближней квходу потока точки блока шин достигнет минимального требуемого значения.Из проведённых расчётов видно, что при использовании однократногореверсирования время охлаждения блока может быть уменьшено на 6 – 8%.Выводы по третьей главе1.

Сделан обзор различных способов охлаждения объектов, физических иматематических моделей для их расчёта.2. Впервые получена интегральная оценка времени охлаждения объектовдля различных условий охлаждения и сделан анализ механизмов переносатеплоты для этих случаев, позволяющая определить роль основных механизмовпередачи теплоты для разных условий охлаждения.3. Впервые создана физическая и математическая модель процессаохлаждения объектов с осевыми каналами потоком хладоносителя.4.

Созданная модель была использована при расчёте процессовохлажденияблокаиспользованныхавтопокрышекдляпоследующейкриодеструкции с целью получения резины.5. Проведённые расчёты при использовании данной модели позволилиопределитьрациональноезначениерасходавоздушногопотока,предназначенного для охлаждения блока использованных автопокрышек, атакже оптимальное время реверсирования воздушного потока.202Глава 4. СОПРЯЖЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНАПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ И ПИЩЕВЫХПРОДУКТОВ4.1 Особенности моделирования процессов охлаждения изамораживанияПроцессы затвердевания и оттаивания тел имеет существенное значение вхолодильной и криогенной технике, особенно при рассмотрении процессовзамораживаниязамораживанияиотогревапищевыхбиологическихпродуктов,объектовпромерзанияприпочвы,использованиикриохирургического инструмента, а также в скороморозильных аппаратах.Поэтому их исследование необходимо для проектирования криогенного ихолодильного оборудования и рациональной организации технологическихпроцессов охлаждения и отогрева.Несмотря на большой экспериментальный опыт, полученный в видеэмпирических зависимостей для различного рода охлаждаемых тел и условийохлаждения, математическое моделирование таких процессов имеет большоезначение для проектирования соответствующего оборудования и определениярациональных режимов работы данных устройств, особенно при использованиинестандартныхобъектовохлаждения,оценкивременипроцессаприотклонении режимов от номинальных.Процессы замораживания и отогрева с учетом фазового переходаописываются в общем случае нестационарным трехмерным уравнениемтеплопроводности для однофазных частей тела и для границы затвердевания(задача Стефана) [191]: TC T   TTz L, T x  z  TL ,slsxxx z0x  z 0(4.1)где Т - температура; τ - время; C, ,  - теплоемкость, плотность и коэффициент203теплопроводности тела; L , TL - теплота и температура затвердевания; x координата в направлении оси, перпендикулярной поверхности затвердевания;z - координата границы поверхности затвердевания, индекс «s» относится ктвердой фазе, индекс «l» - к еще не затвердевшей фазе.Система (4.1) дополняется начальным условием:Т|τ=0 = Т0 ,(4.2)где Т0 - температура тела в начале процесса, и граничными условиямиконвективного теплообмена на поверхности, обозначаемой индексом f:  (T ) f   T f  TF ,(4.3)где  - коэффициент теплоотдачи между холодным воздухом с температуройTF и поверхностью тела, и в случае симметрии отсутствие теплового потока вцентре тела ("с"):(T ) c  0(4.4)Система (4.1) с соответствующими начальным (4.2) и граничнымусловиями (4.3) и (4.4) в трехмерном случае не имеет аналитического решения,даже численное решение этой задачи достаточно затруднительно.Аналитическое решение даже одномерных систем уравнений типа (4.1) ссоответствующими начальным и граничным условиями для случая постоянныхкоэффициентоввуравнениях(чтоиспользуетсяприусреднениитеплофизических свойств замораживаемого тела и охлаждающей среды)возможно получить методом интегральных преобразований [191].

Однако этотпроцесс очень трудоёмок, и конечное выражение нельзя получить в виде явнойфункциональной зависимости от времени и координаты.Существуют различные приближённые решения задачи Стефана, средикоторых наиболее распространённым является формула Планка [197], котораяполучена для затвердевания пластины при условии постоянства температуры внезамерзшемслоепространственнойилинейномукоординате.законуВремятолщиной z определяется по формулеизменениязамораживаниятемпературычастипопластины204L l zTL  TF z1  . 2s  (4.5)Многие приближённые решения задачи Стефана для моделей различнойстепени сложности зачастую не дают результатов, удовлетворительносовпадающих с экспериментальными данными.

Характеристики

Список файлов диссертации