CC BY
119
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
сальных алгоритмов, подходящих для произвольного конденсатора, позволяющих существенно повысить энергоэффективность и снизить массо-габаритные и стоимостные параметры.
Рис. 2. Температурное поле конденсатора холодильной машины
Была проведена серия экспериментальных исследований с целью определения длины фазового перехода и коэффициентов теплоотдачи. Для проведения
этой серии экспериментов собрана холодильная установка, работающая по обратному циклу, размещенная в климатической камере объемом 10 м3.
В эксперименте измерялась температура по длине конденсатора.
На основе проведенных экспериментов по температурному полю (рис. 2) двухфазного теплообменника можно определить длину фазового перехода без разрыва первого рода.
Обработка экспериментальных данных будет служить основой верификации алгоритма расчета и проектирования теплообменных аппаратов холодильных установок. На основе алгоритма планируется создать эффективный инструмент оптимизации подобных систем.
Библиографическая ссылка
1. Данилова Г. Н., Богданов С. Н., Иванов О. П. и др. Теплообменные аппараты холодильных установок / под ред. Г. Н. Даниловой. 2-е изд., перераб. и доп. Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. 303 с. : ил.
© Ходенков А. А., Делков А. В., 2014
УДК 621.5
М. К. Череватенко, А. Е. Какоулин Научный руководитель - Е. В. Черненко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ ЛЕДОВОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАКРЫТЫХ ЛЕДОВЫХ АРЕН
Рассматривается устройствои процесс создания ледового покрытия. Эта тема актуальна, так как во многих странах активно развиваются зимние виды спорта, а климатические условия некоторых стран не позволяют создавать открытые ледовые арены. Создание закрытых ледовых арен дает возможность проводить занятия круглогодично.
В последние годы строительство ледового катка, является не таким сложным как раньше, все благодаря последним строительно-техническим достижениям и накопленному опыту в области климатической техники [1]. Ледовые арены имеют две характерные особенности: во-первых, требуется выполнить два различных требования по температурно-влажностным параметрам - комфортные условия для зрителей и условия нормального функционирования ледового покрытия; во-вторых, требуется обеспечить достаточно существенную холодильную мощность для намораживания этого ледового покрытия; В третьих эффективная система воздухообмена и глубокое осушение воздуха, благодаря которым предотвращается заражение помещений плесенью. Избежать технических ошибок при строительстве крытых ледовых катков позволяют современные методы моделирования процессов, которые происходят внутри помещения ледовой арены.
На любом подобном спортивном сооружении можно выделить минимум две зоны [2]. Первая - это
«чаша» ледовой арены с поверхностью льда и трибунами, вторая - подтрибунные помещения. Система климатизации самих ледовых арен имеет некоторые особенности. Поверхность льда имеет обычно околонулевую температуру, то есть является своеобразным «генератором холода». Математическое моделирование с использованием специализированного программного обеспечения дает возможность проектировщикам обеспечить такое взаимное движение масс воздуха, при котором струи с различной температурой не перемешиваются между собой. Над ледовым покрытием образуется своеобразный «воздушный шатер» из достаточно прохладного воздуха. Все пространство делится на две зоны: «теплую» зону над зрительскими местами и «холодную» - над ледовым покрытием. При такой организации воздушных потоков нет никаких препятствий к раздаче по периметру ледового покрытия воздуха с относительно низкой температурой.
Ледовое покрытие представляет собой систему коллекторов и трубных матов. К холодильной уста-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки
новке с агрегатированной насосной группой, с помощью гибких рукавов присоединяется данная система. Размеры ледового поля ограничивают трубные маты и коллекторная система, именно поэтому размер одной из сторон не должен превышать 50 метров, а другую сторону можно достраивать до ста метров. Непосредственно для намораживания льда используются охлаждающие змеевики, интергированные в бетонные основания ледовых покрытий. Змеевики выполняются либо из стальных труб, либо из высокопрочных термостойких полимерных (полиэтиленовых) труб. Змеевики выполняются единым элементом, без каких-либо соединений. По трубам змеевиков циркулирует хладагент. Температура хладагента составляет, в зависимости от назначения ледового покрытия (вида проводимого соревнования), от -8 до -18 °С. Шаг труб по горизонтали составляет 100-600 мм. Особое внимание обращается на точность поддержания вертикального расстояния от трубок до поверхности бетонного основания, составлявшего 30-40 мм. Расположение труб подбирается таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную равномерность температуры по всей площади ледового покрытия, от чего зависит качество льда.
Для контроля температуры ледового покрытия используются датчики, которые позволяют контролировать температуру бетонного основания и самого ледового покрытия. Оптимальная температура ледового покрытия для разных видов соревнований (хоккей, фигурное катание, конькобежные дисциплины) отличается. Датчики интегрированы в бетонную плиту основания, кроме того, ряд датчиков интегрируется непосредственно в толщу льда. Еще один тип датчиков, используемых для контроля температуры ледового покрытия, - инфракрасные, которыми измеряется температура поверхности льда.
Ледовое покрытие имеет сложную многослойную структуру. Верхний тончайший слой - сверхмягкий, для улучшения скольжения. Нижние слои - предельно твердые и прочные для предотвращения врезания конька в лед. Для создания такого ледового покрытия используется вода трех типов очистки:
Первая стадия - предварительной очистки воды -для удаления грубых примесей, а также части соединений хлора, растворенного железа и органики.
Вторая стадия - получения очищенной воды - является основной для создания качественного льда.
В ней происходит практически полное очищение воды от всех солей и других соединений.
Третья стадия - глубокая очистка воды - позволяет удалить растворенные газы и оставшиеся примеси.
Затем производится окрашивание поверхности, нанесение разметки, затем заливается основная часть ледового покрытия. Финишная обработка производится специальными машинами - ледовыми комбайнами. Общая толщина ледового покрытия составляет обычно 40-70 мм, но может достигать и больших значений - 100 мм и выше.
Холодильное оборудование, используемое для создания льда катка или арены, работает по тому же принципу, что и обычный кондиционер или холодильник. Однако существенное отличие состоит в том, что хладагент холодильной системы не контактирует с водой (льдом), соответственно, не воздействует на воду (лед) непосредственно. Охлаждению подвергается специальный раствор (пропиленгликоль или этиленгликоль, хлорид кальция), который затем проходит под давлением по системе трубок (матов катка), составляющих основание катка, тем самым создавая и поддерживая лед на арене. Система изготавливается из пластиковых или стальных трубок. Оборудование для катка состоит из 4 главных элементов: холодильная установка, система труб, соединяющая маты ледовой арены и холодильную установку, система матов основания катка, хладагент - рабочий раствор холодильной установки.
Библиографические ссылки
1. Панкратов В. В. Шилкин Н. В. Особенности климатизации ледовых арен // АВОК, 2009. № 9. [Электронный ресурс]. URL: http://www.abok.ru/for_spec/ articles.php?nid=4457 (дата обращения: 28.03.2014).
2. Строительство ледовых катков [Электронный ресурс]. URL: http://www.mkproject.ru/index.php?page =ledovye-katki (дата обращения: 28.03.2014).
3. Ершов С. А. Модернизация системы очистки воды для получения льда в крытых спортивных комплексах [Электронный ресурс]. URL: http://www. chem-eng.ru/dissertations.htm (дата обращения: 28.03.2014).
© Череватенко М. К., Какоулин А. Е., 2014
