Концентрационная и температурная стратификация воздуха в гелиоустановках Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Tilavov Yunus - PhD, assistant professor, Department of Professional education, Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: [email protected] УДК 536.25

КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ И ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ ВОЗДУХА

В ГЕЛИОУСТАНОВКАХ

СадыковЖ.Д., РахимовЖ.С., Рахмонов Ф.Г., Рахимова К.К Каршинскийгосударственныйуниверситет, Карши, Узбекистан

CONCENTRATION AND WARM-UP STRATIFICATION OF THE AIR IN HELIUM

INSTALLATION

SadykovZh.D.,Raximov Zh.S., Raxmonov F.G., Raximova K.K Karshistateuniversity, Karshi, Uzbekistan

В работе рассмотрена концентрационная и температурная стратификация воздуха в солнечных сушильных установках, приведена корреляционная зависимость изменения температуры воздуха по высоте сушильной камеры.

Ключевые слова: солнечная энергия, солнечная сушильная установка, конвекция.

The article consideres the concentration and warm-up stratification of the air in solar dry installation, correlation dependency of the change the temperature of the air on height of the dry camera is established.

Key words: solar energy, solar dry installation, convection.

В низкотемпературных солнечных установках практически всегда существует температурная стратификация [1]. В дневное время в период инсоляции, солнечная радиация прогревает внутренние поверхности установки. Естественной конвекцией тепло передается воздушной среде. Эти процессы в замкнутом объеме конструкции приводят к температурной стратификации воздуха по высоте конструкции. В ночное время стратификация сохраняется, с понижением температуры степень стратификации снижается.

Некоторое нарушение стратификации вызывает естественная аэрация и принудительная вентиляция, инфильтрация и эксфильтрация воздуха в конструкции. Естественная конвекция вновь приводит к стабилизации стратификации.

Условие существования устойчивой стратификации определяется убыванием плотности среды по вертикали:

dp/dh<0 .(1)

Влажный воздух рассматривается как смесь идеальных газов, состоящего из сухого воздуха и перегретого пара (при ненасыщенном воздухе) или насыщенного пара (при насыщенном воздухе). В общем виде плотность влажного воздуха среды является функцией температуры t, давления р и концентрации параС:

р = p{t, р, С) .(1a)

В условиях гелиоустановок барометрическое давление принимается постояннымр=const. Тогда зависимость разности плотностей, определяющих Архимедову выталкивающую силу, от совместного действия переноса тепла и концентрации можно представить в следующем виде

Ар = Ар+ Apc = pofr(t - th) + popc(C - Ch) ;(2)

где po = p(t,C) - выбранная плотность среды, относительно которой определяется выталкивающая сила, ph = p(th,Ch) - рассматриваемая плотность.

В низкотемпературных солнечных установках в процессах переноса, изменение плотности в зависимости от ЬлС можно принять линейным. Тогда коэффициенты температурного в и концентрационного вс расширения среды определяются следующими выражениями:

et = -- дт- ;вс = -- .(3)

1 (др > 1 R - — ( др Л

р v д t y ) Р ,C Pc = - р кд C y

Для идеальных газоввt = 1 / То = 1 / 273,15 .(3а) Из выражений (3) и (3а) получим

вс =

( р - р t -1 ^

' О ' y y

с

C - C

v р 273,15

y V г О ' y

.(36)

Если известны температура, давление и относительная влажность воздуха, плотность воздуха, следовательно они определяются следующими выражениями [2;3]:

Р'М Ф'Рн

р=^~ ;Т = 273,1 5+£м= 28,95 - 10,93 -- ;(4)

Я ■ Т р

гдер- барометрическое давление, Па; М - молекулярная масса влажного воздуха, кг/кмоль; [=8314 Дж/(кмоль К) - универсальная газовая постоянная; Ф- относительная влажность воздуха; Рн - давление насыщения пара, Па.

В интервале температур!" = 303...343 К давление насыщения [4]

Рн = 4245,29 ехр[5201,3(1/303-1/ Т)].(5) Влагосодержание воздуха х (г/кг) и концентрация параС(кг/кг) [4]

х =0,622 —рн— ;С = х /1000 .(6)

Р - Рн

В соответствии с формулами (4) и (5), с увеличением температуры при Ф=оопзЬплотность воздуха падает практически линейно (рис. 1). Таким образом

др/дЬ = -gradp(7)

и Архимедова силапридЬдЛ = дгэСЬ - направлена вверх; придЬдЛ = -дгэСЬ - направлена вниз.

При равных условиях Ьи рплотность сухого воздуха больше плотности водяного пара. При увеличении влагосодержания плотность воздуха также линейно убывает (рис. 1, 2).

p

1

р, кг/м3

t, oC

Рис. 1. Изменение плотности воздуха c изменением температуры: р=р(0 при 1-ф=0;2-ф=30%;3-ф=50%;4-ф=70%;5-ф=90%

1.16 1,135 1,11 1,085 1,06 1,035 1,01 0,985 0,96 0,935 0,91 р, кг/м3

-о-2

—й—3

10 30 50 70 90 110 X, г/кг

Рис. 2. Изменение плотности воздуха c изменением влагосодержания: р = р(х) при 1-t=20 oC;2-t=35 oC;3-t=50 oC;4-t=65 oC;5-t=80 oC

Аналогично (7) можно записать

др/дС = -gradр(7а)

и Архимедова силапридС/дЛ = grad С - направлена вверх; придС/дЛ = -grad С - направлена вниз.

Температурный градиент плотности сухого воздуха в интервале t=20...70 оС составляет:

др/д\ = - 0,0034...0,00494 (кг/м3)/К .(8) Концентрационный градиент плотности влажного воздуха в интервалеС=(10...110)/103 кг/кг (х=10...110 г/кг) составляет: др/дС = - (0,00047...0,01)/103 (кг/м3)/(кг/кг) .(8а)

Как видно из (8) и (8а), температурный градиент плотности превышает концентрационный в «103 раз. Поэтому, можно принять, что основное изменение

плотности влажного воздуха определяется изменением температуры рь=р(Ь). В практических расчетах в формуле (2) можно не учитывать Дэс.

Таким образом, для возникновения стратификации достаточно условие

дЬ / дЛ>0 .(9)

Соотношения (1) и (9) являются условиями устойчивости стратификации, в процессах тепло- и массопереноса в низкотемпературных солнечных установках достаточно учитывать только температурную стратификацию.

Традиционно при исследовании тепло- и массопереноса в процессах сушки в солнечных сушильных установках используется объёмная модель, где принимаются средние по объему значения параметров в сушильной камере [5,6,7,8]. В общем виде теоретически такой подход достаточно полно отражает процессы протекающие в сушильной камере.

Процессы тепло- и массопереноса происходят только в объёме слоя расположения материала сушки. В промежутках между стеллажами и вне тележки эти процессы отсутствуют, и происходит только стратификационная стабилизация среды. В условиях естественной конвекции стратификация среды оказывает влияние на процессы тепло-и массопереноса в зависимости от расположения слоя материала по вертикали. В свою очередь, процессы тепло- и массопереноса влияют на стратификационное расслоение среды.

Как показывает опыт эксплуатации солнечных сушильных установках, вертикальная стратификация наиболее выражена и устойчива (рис. 3), нарушение температурной стратификации по длине конструкции практически отсутствует, по ширине - нарушение температурной стратификации наблюдается вблизи ограждений и вентиляционных форточек.

Изменение температуры воздуха по высоте можно представить следующей корреляционной зависимостью

Ьо = Ьт- (Ьт ха) ;Ьь = Ьовхр(ЬхЬ) ,(10)

Ьо - температура воздуха при Л=0 м;

Ьт- среднемассовая температура воздуха, измеряемая на высоте Л=1,5...1,7 м;

а,Ь -коэффициенты, определяемые экспериментально.

На основе регрессионного анализа среднестатистических экспериментальных данных, для условий солнечных сушильных установок получены следующие значения коэффициентов

а = 0,0425 ;Ь = 0,029 .(10а)

Таким образом, при многослойной модели сушки, для каждого слоя граничные условия будут иметь вид:

на входе в слой 1!н = кЬн = Ьовхр(ЬхЬн);

на выходе из слоя 1!к = Ь + С:Ьк = Ьовхр(ЬхЛк);(11)

где Ь - высота расположения стеллажа с материалом сушки, м;

С - высота слоя, средний эквивалентный размер материала сушки, м.

Н, м

2

А I__

30405060£, °С

^ °С

60

50

Рис. 3. Среднестатистическое изменение температуры воздуха в солнечной сушильной установке (август): А - по высоте на расстоянии L=3 м;Б - по длине на высоте Н=1,6 м; 1 - минимальное в 6 часов;2 - максимальное в 14 часов; а - место расположения тележек-стеллажей

Библиографический список

1. Джалурия, И. Естественная конвекция. -М.: Мир. 1983. -399 с.

2. Егиазаров, А.Г. Отопление и вентиляция зданий и сооружений сельскохозяйственных комплексов. -М.: Стройиздат. 1981. -263 с.

3. 3. Крум, Д. Кондиционирование воздуха и вентиляция зданий.-М.: Стройиздат. 1980.

-395 о.

4. Богословский, В.Н., Поз, М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. -М.: Стройиздат. 1983. -317 с.

5. Ким, В.Д., Хайриддинов, Б.Э., Холлиев, Б.Ч. Естественно-конвективная сушка плодов в солнечных сушильных установках: практика и теория. -Т.: Фан, 1999. -378 с.

6. Мальтри, В. И др. Сушильные установки сельскохозяйственного назначения.-М.: Машиностроение. 1979. -525 с.

7. Хайриддинов, Б.Э, Садыков, Т.А. Комбинированные гелиотеплицы- сушилки. -Т.: Фан. 1992. -184с.

8. Якубов, Ю.Н. Аккумулирование энергии солнечного излучения. -Т.: Фан. 1981.105 с

Б1Ь!юдгаАсИезк1у зр1зок

1. Djaluriya, I. Yestestvennaya konveksiya. -M.: Mir. 1983. -399 s.

2. Yegiazarov, A.G. Otopleniye i ventilyatsiya zdaniy i soorujeniy selskoxozyaystvennix kompleksov. -M.: Stroyizdat. 1981. -263 s.

3. Krum, V.D., Xayriddinov, B.E., Xolliyev, B.CH. Yestestvenno-konvektivnaya sushka plodov v solnechnix sushilnix ustanovkax: praktika i teoriya. -T.: Fan, 1999. -378 s.

4. Bogoslovskiy, V.N., Poz, M.Y. Teplofizika apparatov utilizatsii tepla sistem otopleniya, ventilyatsii i konditsionirovaniya vozduxa. -M.: Stroyizdat. 1983. -317 s.

5. 5. Kim, D. Konditsionirovaniye vozduxa i ventilyatsiya zdaniy.-M.: Stroyizdat. 1980. -395

c.

6. Maltri, V. I dr. Sushilniye ustanovki selskoxozyaystvennogo naznacheniya.-M.: Mashinostroyeniye. 1979. -525 s.

7. Xayriddinov, B.E, Sadikov, T.A. Kombinirovanniye gelioteplitsi- sushilki. -T.: Fan. 1992. -

184s.

8. Yakubov, Y.N. Akkumulirovaniye energii solnechnogo izlucheniya. -T.: Fan. 1981.-105 s

Садыков Жамал Джаббарович- старший преподаватель кафедры«Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан, E-mail: [email protected]

Sadykov Zhamal - a senior lecturer, Department of Professional education, Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: [email protected]

Рахимов Жура Суюнович- кандидат технических наук, доцент кафедры, Каршинский инженерно-экономический институт/. Карши, Узбекистан

Rahimov Zhura - PhD, assistant professor, Karshi engineering-economic institute, Karshi, Uzbekistan

Рахмонов Фарход Габбарович- преподаватель кафедры«Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан,

Raxmonov Farhod - lecturer, Department of Professional education, Karshi state university, Karshi, Uzbekistan.

Рахимова Камола Каримовна- преподаватель кафедры«Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан,

Raximova Kamola- lecturer, Department of Professional education", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan