Диссертация (1025437), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Во-первых, начальнаятемпература капли принимается равной температуре фазового перехода. Вовторых данная модель показала адекватные результаты до толщины слоя льда,не более 0,7 R.31Следующая работа [32] посвящена математическому моделированиюпроцесса намораживания льда на внешнейи внутренней сферическойповерхности (Рисунок 1.2).баРисунок 1.2.

Схема процесса намораживания льда. а – на внешнейсферической поверхности; б – на внутренней сферической поверхности.Профессором И.Е. Лобановым представлено точное аналитическоерешение квазистационарной задачи Стефана:– для внешней сферической поверхности2  tф  t0  c r  r  R L в  tв  tф   r c  в  r  R   tв  tф   4  tф  t0    в  tв  tф   4 R 2  t  t ф0  2Rλ  r  R  ξ   rc  r  R  2ξ    в  tв  tф   arctg 2 rc  r R  rc  в  r R   tв tф  4  tф t0  4 R  tф t0    rR2λRrttcв вф arctg 2 rc  r  R  r c  в  r  R   tв  tф   4  tф  t0   4 R  tф  t0     – для внутренней сферической поверхности(1.51)322  tф  t0  c r  r  R L  в  tв  tф    вtв r 2с   вtв rRс   вtф r 2с   вtф rRс  в  tв  tф   4t rR  4r t  4t R  4 t R  4t R  4t  R  фссфсфс000   2rc  2 R  rc R  2 Rr  2c R  r 2c   в  tв  tф arctg  22  вtв r с   вtв rRс   вtф r с   вtф rRс   rc  r  R    4t rR  4r t  4t R  4 t R  4t R  4t  R   000фссфсфс    c R  2 R  rc   в  tв  tф  r  arctg   вtв r 2с   вtв rRс   вtф r 2с   вtф rRс   c  r  R    4t rR  4r t  4t R  4 t R  4t R  4t  R   сс 0фс 0ф с  0 ф(1.52)где: ρ – плотность льда, L – удельная теплота фазового перехода, αв –коэффициент теплоотдачи от воды, tв – температура воды, tф – температурафазового перехода, ξ – толщина слоя льда, λ – коэффициент теплопроводностильда, t0 – температура поверхности фронта фазового перехода, λс –коэффициент теплопроводности стенки, r – внутренний радиус сферы, R –радиальная толщина сферы.В качестве допущения автором принято распределение температур,характерное для стационарной теплопроводности.Предложенная модельвесьма громоздка, результаты расчетов в графической или табличной форме непредставлены, отсутствует сопоставление результатов с опытными данными.Математическая модель, для расчета времени замораживания капли вохлаждаемой жидкости, предложена в работе [53].

Процесс замораживания вэтом случае происходит следующим образом: в термостат, заполненныйхладогентом устанавливают емкость с охлаждаемой жидкостью (как правилоэто гексан, так как он не растворим в воде, и имеет температуру кипения икристаллизации 342 К и 178 К соответственно). После выравниваниятемператур в объем гексана, в него распыляют порцию замораживаемоговещества, после чего твердые гранулы извлекают.33Уравнение, для определения зависимости между временем τ и толщинойзамороженного слоя ξ имеет вид:23L R 2       321     6 Tф  Tх    R  R    R  (1.53)для случая полного замерзания сферической гранулы время будет равно:L R 2  2  Bi 6 Tф  Tх   Bi (1.54)где: R – радиус капли, Тх – температура гексана, α – коэффициент теплоотдачиот поверхности капли к гексану, Bi – число Био.В модели принят ряд допущений: температура капли, в момент попаданияеёвхолоднуютеплофизическиежидкость,свойстваравнальдатемпературенезависятотфазовоготемпературы,перехода,чтонесоответствует действительности (особенно если учесть достаточно низкиетемпературы охлаждаемых жидкостей).В холодильной и криогенной технике, пищевой промышленности, в рядеслучаев для быстрого охлаждения больших объемов воды в неё погружаютзмеевиковоребристуюбатарею,вконалахкоторойцеркулируетнизкотемпературный хладоноситель или кипящий холодильный агент.

Быстроеохлаждение воды достигается за счет её контакта с развитой поверхностьютеплообмена. При этом на поверхности ребер в области контакта с трубкойможет образовываться тонкая ледяная пленка. В частности такие условиятеплообмена, при образовании криоосадка из водного льда, являютсяхарактерными для работы генераторов ледяной воды работающих в составеводяных холодоаккумуляторов.В работе [27] предложена модель для расчета теплопередачи в оребреннойсистеме, погруженной в воду:34 Fр  tв  tф   L ' Fр   k р Fр  tв  t х _tв  t р th  mh t tв  t хmh1kр 1 р р   t  1   t mj 2 j р р11(1.55)(1.56)FмрFΣ(1.57)(1.58)(1.59)где: α – коэффициент теплоотдачи от воды, Fр – площадь теплопередающейповерхности аппарата, tв – температура воды, tф – температура фазовогоперехода, tх – температура холодильного агента, р̅ – средняя температураребра, L – теплота фазового перехода воды в лед, δ´ – скорость роста льда, ρ –плотность льда, kр – коэффициент теплопередачи к развитой поверхностиопределяется по уравнению (1.56), εt– температурная эффективность ребра, εр–температурная эффективность системы ребер (1.57), m – геометрическийфактор оребрения (1.58), h – высота ребра, δр λр – толщина и теплопроводностьребра, ξ – коэффициент льдовыпадения.Модель (1.55) представляет собой систему балансовых уравнений, которыемогут являться основой для расчета теплопередачи оребренных батарей,погруженных в неограниченный объем воды, и работающих в условияхнамораживания на их поверхности водного льда.

К недостаткам такой моделиможно отнести то, что в качестве допущения принят профиль льда, точноповторяющий профиль оребренной поверхности. Первое уравнение системы(1.55), я является уравнением теплового баланса, в котором не учитывается35временной фактор, а так же фигурирующий в уравнении параметр δ´ (скоростьроста льда) автором не определен. Стоит так же отметить, что схематеплообмена с использованием оребренной батареи, погруженной в воднуюсреду, более характерна для быстрого охлаждения большого объема воды (вэтом случае температура воды не является постоянной).

В случае газификациикриогенныхжидкостей,вследствиебыстрогозамыканиямежреберногопространства водным льдом, схема с использованием оребренной батареи неимеет смысла.1.4. Накопление и производство водного льдаИскусственный водный лед широко применяется в различных областяхнауки и техники, что связано с его совершенными теплофизическимисвойствами, а так же экологической безопасностью. Водный лед и водоледяныерастворы используются в сельском хозяйстве для охлаждения молока, овощей ифруктов, в рыбной промышленности для мягкого охлаждения морепродуктов смоментаихдобычиидопоступлениявпродажу,всистемахкондиционирования воздуха, а также в торговле, пищевой и химическойпромышленности, строительном деле и др. [54].

Ежегодно в мире производитсяболее 1 млн. тонн искусственного льда, как технического, так и пищевого [55].В связи с такой обширной областью применения водного льда, егопроизводство является важной технической задачей.Ледогенераторы можно классифицировать по видам вырабатываемого льдана: ледогенераторы блочного льда, ледогенераторы чешуйчатого льда,ледогенераторы снежного льда и ледогенераторы трубчатого льда.По способу охлаждения аппарата, ледогенераторы делятся на две группы:ледогенераторырассольногоохлажденияинепосредственным кипением холодильного агента.ледогенераторысВ ледогенераторах срассольным охлаждением лед образуется за счет отвода тепла от воды спомощью рассола, низкая температура рассола (около -10 ) поддерживаетсяблагодаряработехолодильнойустановки.Основныминедостатками36ледогенераторов такого типа являются: большие габаритные размеры итрудоемкость обслуживания в связи с использованием вторичного контураохлаждения, высокий коррозионный износ, а так же энергетические потери,возникающие в процессе теплообмена между хладагентом холодильнойустановки и рассолом.В ледогенераторах с непосредственным кипением холодильного агента,аппарат исполняет роль испарителя холодильной машины.

Ледогенератортрубчатого льда с непосредственным охлаждением может иметь конструкцию,представленную на Рисунок 1.3.Рисунок 1.3. Ледогенератор трубчатого льда. 1 – кожух ледогенератора;2 – труба; 3 – регулирующий вентиль, поплавкового типа; 4 – механическийнож; 5 – центробежный насос для подачи воды; 6 – сборник аммиака.37Такой ледогенератор состоит из вертикальных труб 2, размещенных вкожухе 1, межтрубное пространство которого заполнено холодильным агентом.По внутренней поверхности трубок стекает вода, которая замораживается иобразует трубчатый лед. Когда толщина ледяного слоя достигает 10-15 мм,перекрывают вентиль отсоса паров, после чего происходит выдавливаниежидкого аммиака горячими парами.

Характеристики

Список файлов диссертации