Диссертация (1025437), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Стакан 2 крепилась к стойки 3, с помощьюзажима 4, причем, необходимым условием является наличие фиксированногозазора между плоским донышком стакана и поднимаемым грузом. Зазор между121грузом и элементом криокюветы фиксировался с помощью нетеплопроводныхвставок, расположенных на краях плоского донышка (Рисунок 5.7) в ходеопыта величина зазора составляла 5 мм.Рисунок 5.7. Фотография стакана с закрепленными на нем нетеплопроводнымивставками, для фиксации зазора.Позавершениюустановочныхработвнутрьстаканазаливалсянизкотемпературный энергоноситель, представляющий собой смесь 95 %этилового спирта с твердой углекислотой.
В ходе опыта путем добавления книзкотемпературной смеси твердой углекислоты, поддерживалась постояннаятемпература на поверхности плоского донышка стакана. По окончаниюформирования ледяного моста между стаканом 2 и поднимаемым грузом 6,производилось раскрытие зажима 4, удерживающего стакан 2, и поднятие наповерхность емкости 1, элемента криокюветы вместе с примороженным грузом(Рисунок 5.8, 5.9).122Рисунок 5.8. Фотография начала подъема стакана с примороженным грузом.Рисунок 5.9.
Фотография стакана с примороженным грузом, после извлеченияих из емкости с водой.Опытпоказываетвозможностьприменениянизкотемпературнойтехнологии для поднятия затопленных объектов со дна водных бассейнов, а также перспективность применения для этих целей устройства, предложеннойконструкции (криокюветы).123С целью определения предельно допустимой массы извлекаемого груза ввиде оболочковых объектов из водной среды, посредствам смораживания их сподложкой охлаждаемых стаканов-наконечников криокюветы, была проведенадополнительная серия экспериментов. Для этого, опытный стенд былмодифицирован, путем включения в него динамометра, и увеличения массыподнимаемого груза.
Схема опытного стенда показана на Рисунке 5.10.Рисунок 5.10. Схема опытного стенда, для определения предельно допустимоймассы извлекаемого груза. 1– емкость для воды; 2 – стакан-наконечник;3 – стойка; 4 – зажим; 5 – теплоизоляция; 6 – поднимаемый груз;7 – термоизмерительное оборудование; 8 – динамометр.124Методика проведения опыта, была следующая: к затопленному грузу, сфиксированным зазором, подводился стакан-наконечник. После чего внутрьстакана-наконечникаподаетсянизкотемпературныйэнергоноситель,иначинается процесс ледообразования. По завершению формирования ледяногомоста, между подложкой стакана-наконечника и поверхностью объекта,назначалась временная экспозиция для надежного смораживания, периодэкспозиции составляет 8-12% от времени заполнения зазора льдом.
Далеесоздавалось усилие вертикального подъема, до момента раскрытия стыка льда споверхностью объекта, которое фиксировалось с помощью динамометром.Опытноеисследованиепроводилосьтеплообмена: температура воды Тв=5,3наконечника Тс=-16приследующихусловиях, температура поверхности стакана-, зазор между поднимаемым объектом и поверхностьюстакана-наконечника δ=8 мм, время намораживания τ=3600 с, диаметр стакананаконечника d=50 мм.Опыты показали, что при указанных условиях теплообмена усилиераскрытия стыка льда с поверхностью объекта составляет ≈ 1200 кг/м2.5.2. Выбор эффективной поверхности намораживания и определениерационального соотношения геометрических размеров,ледогенераторов различных форм поверхностиВодныйледобладаетособымитеплофизическимисвойствами,относительно не высокой стоимостью, доступностью, а так же экологическойбезопасностью, все это обуславливает его широкое применение в различныхобластях науки и техники.
В связи со столь обширной областью примененияпроизводство искусственного водного льда является важной техническойзадачей. При проектировании ледогенераторов в первую очередь встает вопросо выборе наиболее эффективной поверхности намораживания водного льда, дляеё определения необходимо рассчитать динамику роста массы льда наразличныхповерхностях,приодинаковыхнамораживания и омывающий лед воды.температурахповерхности125Для расчета приняты следующие условия теплообмена: температураповерхности намораживания Tc=-13 , температура воды Тв=10 , плотностьводного льда ρ=917 кг/м3, теплота фазового перехода воды в лед L=334·103Дж/кг, коэффициент теплопроводности при температуре фазового переходаводы в лед λ=2,3 Вт/(м· ), коэффициент температуропроводности a=1,163·10-6м2/с, площадь поверхности намораживания S=1 м2, геометрические размерыплоской охлаждаемой стенки 1м×1м, радиус трубы r0=0,04 м, длинна трубы h1=1 м, количество труб n=4.
Расчет динамики роста слоя водного льда проведенпо уравнениям: (2.21) – для плоской поверхности, (2.46) – для внешнейповерхности трубы, (2.66) – для внутренней поверхности трубы. Результатырасчета представлены на Рисунке 5.11.ξ (мм)25201512103501020304050τ (мин)60Рисунок 5.11. График динамики роста слоя водного льда на различныхповерхностях при одинаковых температурах поверхности намораживания иомывающий лед воды. 1 – плоская поверхность; 2 – наружная цилиндрическаяповерхность; 3 – внутренняя цилиндрическая поверхность.Изграфикаследует,чтотолщинаслояльданавнутреннейцилиндрической поверхности существенно больше по сравнению с плоскойповерхностьюивнешнейцилиндрическойповерхностью.Полученныйрезультат вполне ожидаем, так как намораживание льда на внутреннейповерхности трубы идет с концентрацией плотности теплового потока.
Другим126условием, влияющим на теплообмен, является фактор более низкогокоэффициента теплоотдачи от воды к поверхности льда, намораживаемоговнутри трубы.С учетом геометрических факторов поверхностей намораживанияполучаем выход массы намораживаемого льда на единицу рабочей поверхности(Рисунок 5.12).m (кг/м2)18,0016,0014,0012,00110,0028,0036,004,002,000,00102030405060τ (мин)Рисунок 5.12.
График динамики роста массы водного льда на различныхповерхностях при одинаковых температурах поверхности намораживания иомывающий лед воды. 1 – плоская поверхность; 2 – наружная цилиндрическаяповерхность; 3 – внутренняя цилиндрическая поверхность.Из графика (Рисунок 5.12) следует, что наиболее эффективнойповерхностью намораживания, с точки зрения получаемой массы льда сединицы площади является внутренняя цилиндрическая поверхность.5.3. Выводы по главе 51. Разработана конструктивная схема устройства криозахвата оболочковыхобъектов, находящихся на шельфе водных бассейнов.2.
Приведена методика для расчета времени примораживания поднимаемогообъекта к рабочей поверхности криокюветы.1273. Создан экспериментальный стенд и проведено опытное исследование работыэлемента криокюветы.4. Осуществлен выбор эффективной, по способности накапливания водногольда, формы поверхности намораживания.128ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.Показано,чтовсуществующейпрактикепроектированияледогенераторов и холодоаккумуляторов расчет динамики намораживанияводного льда осуществляется по зависимостям, предполагающим стационарноераспределение температур в слоях ледяного криоосадка, что в ряде случаевприводит к погрешностям в расчетах.2. На основе решения нестационарного дифференциального уравненияФурье созданы математические модели протекания процесса намораживанияводного льда на поверхностях канонических форм.3.
На специально созданных стендах получены опытные данные,определяющиеприменительнохарактеристикикпроцессаповерхностям,намораживанияхарактернымводноголедогенераторовльдаихолодоаккумуляторов различных типов.4. Проведено сопоставление результатов расчетов, выполненных на основетеоретических моделей с опытными данными, расхождение параметра временинамораживания не превысило 6-8%5. Осуществлен выбор эффективной, по способности накапливанияводного льда, формы поверхности намораживания.6.
Разработана конструктивная схема устройства криозахвата оболочковыхобъектов, находящихся на шельфе водных бассейнов.7. Получены экспериментальные данные по предельно допустимымнагрузкам при извлечении оболочковых объектов из водной среды, посредствам смораживания их с подложкой охлаждаемых наконечниковкриокюветы.129СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Накопление холода как способ энергосбережения и оптимизацииэнергопотребления // А.М. Архаров [и др.]. Вестник Международнойакадемии холода. 2009. № 2. С.
12-19.2. БобковВ.А.Производствоиприменениельда.М.:Пищеваяпромышленность. 1977. 232 с.3. Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. М.: Наука. 1999. 255 с.4. Маэно Н. Наука о льде. пер. с яп. М.: Мир. 1988. 231 с.5. Ефимченко В.С. Фазовые превращения в системе вода – водород привысоких давлениях. Диссертация кандидата физико-атематических наук.Черноголовка. 2008.6. Уравнения для расчета p-v-t свойств высокобарных водяных льдов.
//А.Н. Дунаева [и др.]. Электронный научно информационный журнал«Вестник Отделения наук о Земле РАН» №1(27) 2009.7. Черепанов Г.П. Уравнение состояния при высоких давлениях: метод d-uдиаграмм // Черепанов Г.П., Закиров К.Р.Физическая мезомеханика.2014. № 4. С. 13-28.8. Пехович А.И. Основы гидроледотермики. Л.: Энергоатомиздат. 1982.200 с.9. СазоновК.Е.Материаловедение.Свойстваматериалов.Методыиспытаний. Лед и снег. СПб.: изд. РГГМУ. 2007. 195 с.10. МаринюкБ.Т.Расчеттеплообменаваппаратахисистемахнизкотемпературной техники.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
