Исследования по определению тепловлажностных характеристик плотного слоя зерна Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 631

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛОТНОГО СЛОЯ ЗЕРНА

Пиляева Ольга Владимировна

к.т.н., доцент кафедры агроинженерии ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г.Ачинск

Аннотация: На сегодняшний день модернизация технологического процесса сушки зерна очень актуальна. Совершенствуя конструктивные параметры оборудования (бункеров активного вентилирования), мы непременно снижаем энергозатраты, а расширяя технологические возможности оборудования, мы исключаем простои оборудования. Чтобы совершенствовать конструкцию, в первую очередь, необходимо исследовать тепловлажностные характеристики слоя зерна.

Ключевые слова: влажность, зерно, теплопроводность, теплоемкость, экспериментальные исследования.

STUDIES TO DETERMINE THE CHARACTERISTICS OF HEAT AND HUMIDITY

DENSE LAYER OF GRAIN

Pilyaeva Olga. V.

PhD, Associate Professor of Agroengineering Achinsk branch of the Krasnoyarsk State Agrarian University Russia, the city of Achinsk

Abstract: To date, the modernization of technological process of grain drying is very relevant. Improving the constructive parameters of the equipment (bins aeration), we will certainly reduce our energy consumption and expanding the technological capabilities of the equipment, we eliminate the downtime. To improve the design in the first place, it is necessary to investigate heat and humidity characteristics of the layer of grain.

Key words: humidity, grain, thermal conductivity, heat capacity, experimental

studies.

Применительно к технологическому процессу сушки зерна в зерносушилках шахтного, камерного и бункерного типов с плотным состоянием слоя сушимого материала, который связан с взаимосвязанным и взаимообусловленным протеканием внутренних и внешних процессов тепло- и влагопереноса и тепло- и влагообмена, основными тепловлажностными характеристиками являются:

1) теплофизические;

2) влажностные.

К первой группе относятся следующие параметры:

• коэффициент теплопроводности Л ;

• коэффициент температуропроводности а;

• коэффициент теплоемкости С;

• дополнительные (проверочные) характеристики:

- удельная объемная теплоемкость ср;

- коэффициент теплоаккумуляции (теплоусвояемость) в.

Ко второй группе относятся:

• коэффициент массопереноса;

• потенциал влагопереноса;

• удельная изотермическая влагоёмкость;

• дополнительные (проверочные) характеристики:

- полный водный потенциал;

- удельное влагосодержание.

Все характеристики тесно связаны причинно-следственной, функциональной и корреляционной формами связи с основными переменными состояния процесса сушки зерна - влажностных @ и температурой в зерна, а также с постоянным параметром -начальной плотностью зерна р .

Коэффициент теплопроводности Л можно рассчитать с помощью цилиндрического электрического зонда постоянной мощности конструкции НИПТИМЭСХ АЗ РФ (разработчики А.Ф. Эрк, ВН. Бровцин, С.К. Манасян), представляющего собой усовершенствованный вариант цилиндрического зонда Л.Ф. Янкелева. [1].

При вычислении коэффициента температуропроводности необходимо использовать результаты измерений с помощью данного цилиндрического зонда при его направлении и охлаждении, пользуясь методом регулярного режима, разработанным Г.М. Кондратьевым.

Теплоемкость образцов зернового материала определять калориметрическим способом.

Образцы исследуемого материала, как правило, отличаются следующими параметрами: культура, сорт; влажность, влагосодержание; плотность, насыпная плотность, порзность; температура, энтальпия (теплосодержание).

Для определения тепловых характеристик плотного слоя зернового материала экспериментальные исследования рекомендуется проводить на лабораторной установке, содержащей следующую аппаратуру: прибор ИТХ9П, измерительный блок (включающий стабилизированные источники мостовой измерительной схемы и подогревной обмотки зонда, измерительную схему и усилитель) и вторичный регистрирующий прибор. В приборе ИТХ9П в качестве теплового зонда используется полупроводниковый цилиндрический зонд. Относительная погрешность прибора не превышает 5%. Время теплового воздействия 4-5 мин., чувствительность прибора по температуре 1°С.

Опыт проводить по следующей методике. Зерновой материал увлажнять в специально приготовленных полиэтиленовых мешках в течение трех суток, перемешивать два раза в сутки. По каждой культуре (пшеница, рожь, овес, ячмень) приготовить по 11 образцов с влажностью от 10 до 35%.

Некоторые результаты проведенных экспериментальных исследований представлены на рисунке 1, который наглядно иллюстрирует сложный характер изменения теплофизических характеристик плотного зернового слоя в зависимости от его влажности.

Рисунок 1 - Зависимость теплофизических показателей слоя зерновых культур (тип слоя 1) от влажности: а - температуропроводность; Л - теплопроводность; 1-

ячмень; 2- рожь; 3 - овес

Исследования показали, что на теплофизические характеристики зернового материала наибольшее влияние оказывает его влажность. С увеличением влажности зерна, находящегося в плотном состоянии слоя, для всех видов зерновых культур коэффициент теплопроводности Л, удельная объемная теплоёмкость ср и

коэффициент теплоаккумуляции в (в = д/срЛ ) возрастают. Что касается коэффициента

(

температуропроводности а

Л

а = — I, то его значение при увеличении влажности с 10 V СР)

до 14% повышается, но, достигнув максимума, снижается с дальнейшим увеличением влажности зерна, а в области повышенных значений влажности от 28% его значение практически постоянно. Сложная зависимость термических коэффициентов от влажности зерна объясняется наличием разных форм связи влаги в материале, разной величины энергии для удаления влаги из зерна.

С увеличением плотности зерна теплофизические характеристики повышают свои значения по билинейному закону, близкому к линейному.

Вид и сорт зерновых культур заметно влияют на теплофизические характеристики, но они мало влияют на тип зависимости их от влажности и плотности зерна [2].

Для того чтобы определить оптимальные режимы технологических операций сушки и активного вентилирования зерна в бункерных установках (кроме коэффициентов, связанных с теплообменом), необходимо знать и коэффициенты, связанные с влагообменом коэффициенты массопереноса, потенциал влагопереноса I и удельная изотермическая влажность зерна. Полный влажностный потенциал ф зернового материала зависит от влагосодержания и температуры. Для того чтобы исключить зависимость его от температуры, необходимо использовать метод нестационарного субстанционального потока при изотермических условиях, теория которого основана на решении задачи теплопроводности для системы двух полуограниченных тел при граничном условии IV рода, соответствующего идеальному контакту.

Применение данного метода позволяет обосновать вид зависимости по методу Л {аз,в) и ср{т,в) :

(0 = оЗ~ь •

у ; 1.1) J = кр св.

1.2)

Коэффициенты а и Ь, зависящие от вида и сорта зерна и состояния слоя зернового материала, определяются в результате обработки экспериментальных данных.

Установленные теоретическими и экспериментальными методами тепловлажностные характеристики плотного слоя зерновых культур необходимы для расчета систем управления и регулирования термовлагообменными процессами при сушке и активном вентилировании зерна и для определения оптимальных параметров технологических режимов сушки, вентилирования и хранения зерна.

На основании всего вышеизложенного можно сделать следующие заключения:

1) наибольшее влияние на тепловлажностные характеристики зерна оказывает влажность;

2) все тепловлажностные характеристики зерна имеют сложный нелинейный характер изменения в зависимости от влажности;

3) в диапазоне влажности от 10 до 14% все основные теплофизические параметры плотного зернового слоя (теплопроводность, теплоемкость, теплоаккумуляция и температупроводность) являются неубывающими функциями (причем наиболее сильно возрастает теплопроводность, а наименее, - почти константа, -температупроводность));

4) температуропродность и теплопроводность зерновых культур в диапазоне от 14 до 20% снижаются;

5) в диапазоне от 20 до 28% температупроводность снижается еще быстрее, чем в предыдущем диапазоне влажности зерна, а теплоемкость, напротив, возрастает;

6) в области повышенных значений влажности от 28 до 35% с увеличением влажности зерна температуропроводность также продолжает снижаться, но с меньшей скоростью (для ячменя) или практически постоянна (для других зерновых культур), а теплопроводность возрастает со значительной скоростью, приближаясь к значению 0,20 Вт/м °С, что почти в 2 раза больше его значения для зернового материала в сухом состоянии;

7) характер изменения теплопроводности можно объяснить наличием разных форм связи влаги с материалом. При влажности зерна от 20 до 28% влага заполняет мелкие поры и после их насыщения переходит в межзерновое пространство (при этом теплопроводность меньше, так как в поры материала вместо воды входит воздух, теплопроводность которого значительно меньше, чем жидкости). При влажности зерна свыше 28% происходит резкое увеличение теплопроводности за счет слабосвязанной поверхностной влаги, которая выступает на поверхность отдельных зерен и образует водяные тепловые «мостики» в местах контакта частиц материала;

8) характер изменения температупроводности плотного зернового слоя в диапазоне влажности от 20 до 28% можно объяснить тем, что скорость изменения температуры в воздухе выше, чем в воде, и влага в зерне с увеличением её содержания насыщает поры и выступает на поверхности, что способствует уменьшению температуры.

Список литературы:

1. Малин, Н.И. Энергосберегающая сушка зерна / Малин Н.И. — М.: КолосС, 2004.-240с.

2. Пиляева О.В. Повышение эффективности воздухораспределительных систем бункеров активного вентилирования зерна: дис. кан. техн. наук: 05.20.01:13.09.2006.- Красноярск, 126с.

УДК 62-977

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАГРОМОЖДЕНИЯ КАНАЛОВ КОМПАКТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ НА ИХ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Ремчуков Святослав Сергеевич

аспирант, ассистент кафедры ТППДЛА Московского авиационного института (национальный исследовательский университет)

Россия, Москва Ярославцев Николай Львович к.т.н., профессор кафедры ТППДЛА Московского авиационного института (национальный исследовательский университет),

Россия, Москва

Аннотация: Перспективы развития газотурбинных двигателей (ГТД) и стационарных газотурбинных установок (ГТУ), связанные с повышением температуры газа перед турбиной, предполагают организацию эффективного охлаждения деталей ее горячего тракта. Конструктивно-технологическая сложность охлаждаемых деталей турбины определяет большую продолжительность и высокие затраты этапа их доводки по сравнению с другими этапами разработки. На этом этапе также важно определить технологические дефекты изготовления, так как они могут оказать существенное влияние на теплогидравлические характеристики компактного теплообменника. В работе проведен анализ влияния загромождения проточной части компактного теплообменника на его теплогидравлические характеристики. Исходя из того, что технология изготовления теплообменников оказывает значительное влияние на тепловое состояние объекта исследования, в работе проведен анализ методов изготовления моделей теплообменников, применяемых при доводке.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, компактные теплообменники, теплогидравлические характеристики.

STUDY OF THE EFFECT OF CLUTTERING THE CHANNELS OF THE COMPACT HEAT EXCHANGERS THEIR THERMAL-HYDRAULIC CHARACTERISTICS

Svyatoslav S. Remchukov

Postgraduate student, assistant, Department of TPDL Moscow aviation Institute (national research University) Moscow, Russia

Nicholay L. Yaroslavtsev Ph. D., Professor, Department of TPPDLA Moscow aviation Institute (national research University) Moscow, Russia

Abstract: prospects of development of gas-turbine engines (GTE) and stationary gas turbine units (GTU), associated with an increase in the gas temperature before the turbine,