Библиографическое описание:

Узаков Г. Н. Методика исследования тепловлажностных процессов в холодильных камерах с теплонасосной установкой // Молодой ученый. — 2010. — №11. Т.1. — С. 78-81.

При разработке энергосберегающей технологии хранения плодов и овощей, рациональных способов снижения потерь продуктов и для исследования тепломассообменных процессов, происходящие в хранилищах используются теплофизические методы. Пользуясь теплофизическими методами, можно объективно судить об оптимальных условиях хранения каждого из продуктов, выбирать рациональные технические средства для их поддержания в плодоовощехранилищах. Теплофизические методы позволяют построить математические модели для изучения конкретных процессов в исследуемом объекте [1].

Однако, в отечественной и зарубежной практике не имеется общепринятой стандартной методики для изучения тепловлажностных процессов в холодильных камерах. Исходя из этого, на основе комплексных теоретическо-экспериментальных исследований, нами сделана попытка дать рекомендации по методике исследования тепловлажностных процессов, снижению потерь плодов и овощей при хранении. Выявлены резервы экономии энергии в углубленных плодоовощехранилищах в условиях жаркого и сухого климата. Для исследования тепловлажностного режима нами создана опытная холодильная камера ХК-180 со строительным объемом Vстр = 180 м3.

Температурно-влажностные и газовые режимы хранения продуктов в опытном объекте изучались экспериментальным путем.

Основные показатели режима хранения плодов и овощей – температура и относительная влажность воздуха. В хранилище с активным вентилированием необходимо учитывать, кроме того, скорость движения воздуха в вентиляционных каналах, в штабеле продукции, в хранилище с регулируемой газовой средой (РГС) – содержание диоксида углерода и кислорода.

Для исследования тепловлажностного режима и измерения температуры грунта в углубленной хранилище нами разработан теплофизический измерительный стенд, который представлен на рис. 1.

Рис. 1. Теплотехническая измерительная схема для исследования температурного поля в углубленном овощехранилище.

а) поперечный разрез овощехранилища и точки измерений температуры в грунте (1,2,3), хранилище (4,5), насыпи овощей (6,7,8), наружный воздух (9) и внутренняя поверхност ограждения (10); б) электрическая схема измерения температуры. I – потенциометр, II – переключатель; III – термопары; IV – сборная коробка; V – сосуд Дьюара; VI – холодильная камера; VII – грунтовой массив; VIII – психрометр Августа.

 

В хранилище температуру определяли в насыпи продукции (штабеле), проходах и вентиляционных магистральных каналах. Для решения вопроса о целесообразности активного вентилирования определяем температуру атмосферного воздуха. Если она выше, чем в хранилище, а продукцию необходимо охладить, то вентилировать нельзя, и наоборот. Определение температуры атмосферного воздуха дает возможность судить об одной из причин изменения температуры в холодильных камерах и хранилищах.

Наблюдения за режимом проводили в течение всего периода хранения (октябрь-март). Осенью температуру измеряли ежедневно, а иногда два раза в день (утром и вечером), зимой – один-два раза в неделю.

Относительную влажность воздуха в хранилище измеряли психрометрами Августа, и гигрографами. Психрометры установлены в средней части хранилища на высоте 1,5 – 1,7 м.

Скорость движения воздуха в помещении хранилища и вентиляционных каналах измеряли при помощи кататермометров и анемометров.

Состав РГС контролировали химическими газоанализаторам ГПХ-3М и установкой САГ-1. Последняя обеспечивает автоматическую проверку содержания кислорода от 0 до 21 % и диоксида углерода от 0 до 20 % с точностью ±0,2 %.

Результаты измерений и контроля тепловлажностного режима хранения плодов и овощей в опытном хранилище записывали в журнал (протокол наблюдений). Один из фрагментов наблюдений представлен в табл. 1.

Таблица – 1.

Результаты измерений тепловлажностного режима хранения плодов и овощей в опытном хранилище ХК-180 (в условиях г. Карши)

за Декабрь 2009 г.

Дата и время учета

Температура, °С

Показания термометра, °С

Относи-тельная влажность воздуха в хранилище j, %

Атмосферного воздуха

В хранилище

В грунте

В закроме насыпи

сухо-го

смочен-ного

у двери

в центре камеры

H=1 м

h=2 м

h=3 м

1

2

3

01.12.09 2400

-1

+2

+4

+2

+5

+6

+4

+4,5

+5

+4

+3,4

90

02.12.09 800

+6

+4

+6

+8

+9

+9,5

+6

+7

+7,5

+6

+5

85

03.12.09 800

+5

+3

+4

+8

+9

+9,5

+5

+6

+7

+4

+3,2

87

05.12.09 800

+2

+2

+3

+5

+5,5

+6

+4

+4,5

+6

+2

+1,6

93

 

При охлаждении и тепловлажностной обработки воздуха в холодильных камерах, а также для экономии расходов энергии на теплохладоснабжение важно знать основные теплотехнические параметры воздуха (влагосодержание, относительную влажность, температуру точки росы, энтальпию, парциальное давление и т.д.) [2].

В расчетах процессов охлаждения, связанных с влажным воздухом, широкое распространение получила i - d диаграмма, которая учитывает баланс теплоты и влаги в процессах, позволяет наглядно представить соотношение между их измерением, а также легко определить параметры и характеристики его в процессе охлаждения.

Инженерные методы расчета режимов работы холодильных установок основаны на использовании i - d диаграммы влажного воздуха, для построения которой используются следующие термодинамические уравнения [3].

, (г/(кг сух. в.))                         (1)

,                                   (2)

,                                                           (3)

,

,                                               (4)

где d - влагосодержание воздуха, г/кг; mп=18,016×10-3 молярная масса водяного пара кг/моль; mсв=28,97×10-3 молярная масса воздуха кг/моль; j - относительная влажность воздуха, выраженная в долях единицы (0£j£1); Рн – давление насыщенного пара, Па; В – давление влажного воздуха, Па; i – энтальпия сухого воздуха, кДж/кг; Срв – удельная изобарная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг×к); t – температура воздуха, °С; ro – удельная теплота парообразования при 0 °С кДж/кг; Срп – удельная изобарная теплоемкость водяного пара кДж/(кг×к).

Парциальное давление водяного пара в насыщенном воздухе является необходимым исходным данным для определения влагосодержания. Давление водяного пара в насыщенном воздухе является функцией только температуры и определяется по таблицам, полученным различными исследователями в результате лабораторных исследований [4].

Нами проведено исследование охлаждения картофеля и яблок в холодильной камере, где внутренний воздух с параметрами t = 33 °С, j = 35 % охлаждается до температуры t = 5 °С. Барометрическое давление воздуха для условий г. Карши            В = 981×102 Па, требуемая относительная влажность внутрикамерного воздуха j = 90 %.

Рис. 2. i - d диаграмма изменения состояния влажного воздуха при охлаждении

На диаграмме i – d находим точку В с параметрами t = 5 °С, j = 90 % и определяем остальные параметры: i = 17,5 кДж/кг, d = 5,0 г/кг. Параметры начального состояния воздуха: i = 62,1 кДж/кг, d = 11,3 г/кг. Следовательно , при охлаждение воздуха в камере происходит понижение температуры, энтальпии (Di = 62,1 – 17,5 = 44,6 кДж/кг) и влагосодержания, т.е. выпадение влаги Dd = 11,3 – 5,0 = 6,3 г/кг.

По расчетным значениям теплотехнических параметров холодильной камеры, для хранения картофеля, при атмосферном барометрическом давлении В = 981×102 Па согласно приведенной методики, построена i - d диаграмма влажного воздуха.

По полученным результатам исследований тепловлажностного режима холодильной камеры можно определить количество тепла (Qв, Вт), удаляемое из штабеля продуктов, воздухом при активном вентилировании:

Qв=Gв×ср×rв×(tm-tв)×M,                                     (5)

Потери влаги продукции (W, кг/с) зависит от теплопритоков в холодильную камеру, расхода вентилируемого воздуха и теплотехнических параметров влажного воздуха. В практических расчетах потери влаги продукцией при активном вентилировании определяются по [5]:

W=7,8×10-6×Gв×(Pt-Pв)×M,                               (6)

где: Gв – количество воздуха, подаваемого на единицу массы продукции, м3/(кг×с); tm, tв – соответственно температура продукции воздуха, °С; Рt, Рв – парциальное насыщающее давление водяных паров в воздухе соответственно при температуре продукции и воздуха, Па; М – масса продукции, кг; ср – теплоемкость воздуха, Дж/(кг×°С); rв – плотность воздуха, кг/м3.

Исследования проведены в опытном плодооовщехранилище ХК – 180 вместимостью 24 тонн, для хранения яблок зимних сортов. При Gв = 50 м3/(т×ч) теплота удаляемая из штабеля продуктов (яблок) воздухом составляет Qв = 8,54 кВт. Потери влаги продукции в этих условиях равна W= 0,83 кг/ч.

 

Литература:

1.      Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 270 с.

2.      Узаков Г.Н. Исследование тепломассообменных процессов и теплохладоснабжения в плодоовощехранилищах, Краснодар, 2006. – 152 с.

3.      Кудинов В.А. Техническая термодинамика. – М.: Высш.шк., 2003. – 261 с.

4.      Ривкин С.А. Термодинамические свойства газов. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

5.      Волкинд И.Л. Комплексы для хранения картофеля, овощей и продуктов. – М.: Агропромиздат, 1989.

Основные термины (генерируются автоматически): влажного воздуха, влажность воздуха, тепловлажностного режима, относительная влажность воздуха, холодильных камерах, режима хранения плодов, движения воздуха, атмосферного воздуха, сухого воздуха, водяного пара, давление влажного воздуха, температуры атмосферного воздуха, тепловлажностного режима хранения, Относительную влажность воздуха, исследования тепловлажностного режима, исследования тепловлажностных процессов, температуру атмосферного воздуха, диаграмма влажного воздуха, диаграммы влажного воздуха, теплоемкость сухого воздуха.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle