Модель тепловых процессов трубок с фазопереходным веществом во всесезонном электрогелиоводонагревателе Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

С помощью «Системы» можно осуществлять исследовательские расчеты -определять рациональные параметры, технико-экономическую характеристику требуемых для определенных условий производства машинно-тракторных агрегатов, сельхозмашин, энергосредств. Используя техническую характеристику вновь созданных новых машин и энергосредств можно

определять их максимально допустимую или паритетную балансовую стоимость.

Система автоматизированного проектирования механизированных технологий и технических средств является мощным научно-исследовательским и практическим инструментом как для научного сотрудника, так и для специалистов сельхозпредприятий отрасли растениеводства.

Сведения об авторе

Кушнарев Алексей Павлович - канд. экон. наук, заведующий отделом инженерно-экономического обеспечения в АПК Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)41-6-91.

Information about the author

Kushnarev Alexei Pavlovich - Candidate of Economic Sciences, chief of the engineering-economic securing department, North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd). Phone: 8(86359)41-6-91.

УДК 631.252: 658.531

МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ТРУБОК С ФАЗОПЕРЕХОДНЫМ ВЕЩЕСТВОМ ВО ВСЕСЕЗОННОМ ЭЛЕКТРОГЕЛИОВОДОНАГРЕВАТЕЛЕ

© 2011 г. В.С. Газалов, Е.Ю. Абеленцев

Значительная доля потребностей в горячей воде, формируемая сельскими децентрализованными потребителями, может быть обеспеченна за счет использования солнечных водонагревательных установок.

Произведено определение влияния фазопереходного вещества на динамику процессов нагрева и охлаждения.

Результаты исследований показывают, что фазопереходный процесс увеличивает время остывания трубки с парафином до 30 0С с 14 минут до 47 минут, до 20 0С с 22 минут до 66 минут, что характеризует высокие теплоаккумулирующие свойства устройства.

Ключевые слова: солнечные установки, водонагреватели, нагрев, охлаждение, теп-лоаккумулирующие свойства, парафин.

The considerable part of the hot-water necessities is forming by agricultural decentralized consumers may be provides by mean of using the solar water-heater sets.

The phase-change substance influence determination on the dynamics of the heating and cooling processes was made.

The results of investigations indicate that phase-change process increases the cooling time of the tube with paraffin to 30 0C from 14 minutes to 47 minutes, to 20 0C from 22 minutes to 66 minutes. That fart defines high heat-accumulating properties of the set.

Key words: Solar plant, water-heater, heating, cooling, heat-accumulating properties, paraffin.

В нашей стране около трети энергоресурсов расходуется на теплоснабжение. Для условий страны с умеренным и холодным климатом трудно выполнимо полное замещение этой части энергоресурсов солнечной энергией. Вместе с тем можно с уверенностью утверждать, что значительная доля потребностей в горячей воде, формируемая сельскими децентрализованными потребителями, может быть обеспечена за счет использования солнечных во-донагревательных установок [1].

Всесезонный электрогелиоводонагре-ватель состоит из солнечного коллектора, оснащенного трубками с фазопереходным веществом, электрических водонагревателей емкостного типа, системы трубопроводов и аппаратуры контроля и управления.

Целью настоящего этапа исследований является определение влияния фазопе-

реходного вещества на динамику процессов нагрева и охлаждения.

Одним из технических решений, направленных на предотвращение замерзания воды в солнечном коллекторе при сильных морозах зимой и уменьшение энегозатрат на догрев воды для часов утреннего водоразбора, является оснащение солнечного коллектора (рис. 1) емкостями с фазопереходным веществом (парафином).

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии теплоаккумули-рующих установок является использование аккумуляторов с плавящимися веществами. Принцип аккумулирования теплоты заключается в том, что материал накапливает значительное количество тепловой энергии при переходе из твердого состояния в жидкое (в период плавления) и отдает накопленную теплоту при затвердевании.

Рис. 1. Общий вид солнечного коллектора

Проведенными исследованиями установлено то, что отдельные части трубки с фазопереходным веществом можно считать однородными с бесконечно большой проводимостью, благодаря чему температура всех ее точек одновременно достигает одинакового значения температуры, при диаметре трубок с парафином не более 20 мм.

При аккумулировании теплоты фазо-переходным веществом тепловая емкость аккумулирования определится из выражения

0 = тф-АН, (1)

где т - масса фазопереходного материала, кг; АН - приращение энтальпии, Дж/кг. Приращение энтальпии фазопереход-ного материала при его нагреве от температуры ф меньшей температуры фазового перехода фФ до температуры ф > 1ФФ определится из выражения

АН = с - (1^ - С ) + Н + с^

ФТ V ФФ Ф1 / Ф ФЖ

2 ^ФФ ) ,

(2)

где СФТ - удельная теплоемкость твердой фазы, Дж/(кг0С);

Ьф - энтальпия фазового перехода, Дж/кг;

СФЖ - удельная теплоемкость жидкой фазы, Дж/(кг0С).

Первый член в уравнении обозначает изменение внутренней энергии твердой фазы, второй - теплоту фазового перехода, третий - изменение внутренней энергии жидкой фазы.

Тепловой поток, поступающий в фа-зопереходный материал при его нагреве от температуры до tфф, будет равен:

ж.

= С

т , (3)

7 Ф1 Фу' 4 '

ат ат

где йгф - изменение температуры фазопе-реходного материала за промежуток времени ат

Тепловой поток, поступающий в фа-зопереходный материал при его нагреве при температуре tфф, будет равен:

тф • акф

ат ат

Тепловой поток, поступающий в фа-зопереходный материал при его нагреве от температуры ^Ф до tф2, будет равен:

аг

ат

= с • т^

ФЖ Ф

ат

(5)

Для выражения (3) уравнение теплового баланса за интервал времени ёт имеет вид

ао2Ф = а(2вк,

(6)

dQф -

где dQФ - количество теплоты, затрачиваемое на изменение теплосодержания фазопереходного вещества, Дж;

аавк - количество теплоты, отдаваемое фазопереходным веществом воздуху коллектора или получаемое от воздуха коллектора, Дж.

Составляющие предыдущего уравнения (6) можно определить следующим образом:

оО, = с^т • т • аи,

г^ф фт ф ф " (7)

0Ок = Квк • КрФ • (гФ - гк ) • ^ (8)

где кфВК - коэффициент теплопередачи от фазопереходного вещества в окружающую

2 О

среду, Вт/(м • С-с);

К

ТрФ

поверхность теплоотдачи тру-

(4) бок с фазопереходным веществом, м ;

г„„ -

температура воздуха внутри

0

коллектора, С.

В результате подстановки уравнение теплового баланса при нагреве фазопере-ходного вещества примет вид:

ст • т • ат = к • К • (/ - / ) • ат,

ФТ Ф Ф ФВК ТрФ V вк ф/ '

ст • т • аи - к • К • (/ - / ) • ат = 0.

ФТ Ф Ф ФВК ТрФ V ВК ф/

(9) (10)

Разделив левую и правую части уравнения на кФЖ • КТрф • ат и сгруппировав

члены, получим уравнение следующего вида:

СФТ • тФ

к • К

ФВК ТрФ

агФ

_ф

ат

+ гФ - гВК = 0

(11)

Введём обозначение:

СФТ • тФ _ Т

н ■

(12)

к • К

ФВК ТрФ

Если подставить в эту формулу размерности, то получим, что Тн имеет раз-

мерность с. Поэтому, назовём янной времени нагрева.

Тн - посто-

тн+ гф -гвк = 0 (13)

В результате получим уравнение следующего вида:

йт

Это дифференциальное уравнение первого порядка с разделяющимися переменными.

От,

Т, ■■

йт

гвк - *ф • (14)

Тогда

Или

Тн--ф— = ат.

н г - г

1ВК 1Ф

-Тн ■ 1п(гвк - Ч) = т + С,

(15)

(16)

Тн ■ 1п(гвк - гф) = -(т + С). (17) Отсюда

1п(гВК - гФ ) = -■

Т + С

Тогда

г - г = е

ВК 1ф с

Отсюда

Тн (18)

т+С

• (19)

Т,

т+С Т

г = г - е н

1Ф ВК С 5

Ф ВК

Или

где С=сопБ1. (20)

т С

Т Т

г = г -е Тн Тн

Ф ВК с

е

т Т

^ф ^вк с •

Т

(21) (22)

е

С =

1

Если обозначить: 1 С '

Т

е н

то

При

г = г + С ■ е

1Ф 1ВК + С1 е

т=о с=г

Т,,

Ф «-Фн , тогда

С = I -1

1Фн 1ВК-

Подставим (24) в (23), получим

гФ гвк + (гФн гвк ) ■ е

Т

(23)

(24)

(25)

Или

гФ = гФн ■ е Тн + ■ (1 - е Тн),

(26)

где гФн - температура фазопереходного вещества в начальный момент времени при

т = 0.

Зависимость (26) представляет собой уравнение нагрева однородного тела и является экспонентой, асимптотически приближающейся к установившемуся значению температуры = гш . Уже при времени т = (3...4)Тн наступает практически установившийся режим, при этом гФ

=(0,95.. .0,98) Iвк .

Для определения тепловых характеристик трубки с парафином помещали в среду с неизменной температурой. Постоянные времени нагревания и охлаждения определялись по соотношению:

Т =

Ат

г - г 1п ^^

(28)

^3 ^2

Динамика охлаждения при температуре окружающей среды 18 0С представлена на рисунке 2.

т

т

т

т

60 -50 -40 30 20

1 1

л

1ШШШШШШ

! |||

10 20 30 40

-•-Температура парафина

50

60 г, мин I

Рис. 2. Динамика охлаждения трубки с парафином при постоянной температуре

окружающего воздуха 18 0С

На кривой времени охлаждения брались через равное приращение времени три

точки с Ат = 3 мин. Тогда постоянная времени охлаждения трубки с фазопере-ходным веществом в жидкой фазе составит:

3

Т охлЖФ =-„„ ^ = 12 мин• (29)

Т

3

охлТФ , 26 - 24

1п-

24 - 23

= 4,33 мин.

(30)

1п

74 - 65

65 - 58

Постоянная времени охлаждения трубки с фазопереходным веществом в твердой фазе составит:

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Для определения влияния фазопере-ходного процесса на динамику охлаждения нанесем на график охлаждения трубок с фазопереходным веществом, полученный опытным путем, теоретические кривые охлаждения с жидким и твердым парафином (рис. 3).

ч

0

10

20

30

40

50

60

70

80

г,

ф

-Температура парафина экспериментальная Температура парафина теоретическая с исключением фазопереходного процесса

Рис. 3. Динамики нагрева трубок с парафином экспериментальная и теоретическая с исключением фазопереходного процесса

Результаты исследований показывают, что фазопереходный процесс увеличивает время остывания трубки с парафином до 30 0С с 14 минут до 47 минут, до 20 0С с 22 минут до 66 минут, что характеризует высокие теплоаккумулирующие свойства устройства.

Литература

1. Газалов, В.С. Состояние и перспективы всесезонного электрогелиоводоподо-

грева для сельскохозяйственных потребителей/ В.С. Газалов, Е.Ю. Абеленцев// Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 3-й Междунар. науч.-практ. конференции в рамках 13-й Междунар. агропромышленной выставки «Интерагромаш-2010» (г. Ростов-на-Дону, ВЦ «ВертолЭкс-по», 4-5 марта 2010 г.). - Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2010. - С. 34-36.

Сведения об авторах

Газалов Владимир Сергеевич - д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник отдела электроэнергетики Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)42-2-80.

Абеленцев Евгений Юрьевич - младший научный сотрудник отдела электроэнергетики Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)42-2-80.

Information about the authors

Gazalov Vladimir Sergeevich - Doctor of Technical Science, professor, chief research worker of the electric power engineering department, North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd). Phone: 8 (86359)42-2-80.

Abelentsev Eevgeniy Yurievich - junior research worker of the electric power engineering department, North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd). Phone: 8(86359)42-2-80.

УДК 664.7

ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН МЯГКОЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ХЛЕБОПЕКАРНЫЕ СВОЙСТВА ЗЕРНА

© 2011 г. Е.Н. Симонова

Применение ЭАР с концентрацией активного С1 1% в растворе улучшает биохимические признаки: массовая доля сырой клейковины увеличивается на 1,2-2,6%, количество белка возрастает на 0,7-1,2%, стекловидность у изучаемых сортов увеличилась на 3-5%, хлебопекарная сила муки увеличилась у изучаемых сортов на 4-10 е.а., упругость теста - на 2-6 ед. фар.

Данные хлебопекарной оценки свидетельствуют о положительном влиянии предложенного способа стимуляции семян.

Ключевые слова: озимая пшеница, технологические свойства зерна, электроактивированные растворы.

The application of the electric activated solutions with active 1% C1 concentration in the solution improves biochemical signs: mass part of damp gluten increases on 1,2-2,6%, protein amount increases on 0,7-1,2%, glass-properties of the studied sorts increase on 3-5%, baking force of studied sorts increases on 4-10 units, dough elasticity increases on 2-6 units.

87