CC BY
9
Лггература
1. Феллер М.Н., Пинчевская Е.А. О прогнозе качества сушки в конвективных лесосу-шилках// Оборудование и инструмент для профессионалов. - 2004, № 1. - С. 54-55.
2. Феллер М.Н. Параболiчнi рiвняння iз випадковими коефщентами пов'язаш з несюн-ченновимiрними виразами// Спектральнi та еволюцiйнi задачi: Труды Крымской осенней математической школы-симпозиума-1. - К., 1991. - С. 69-70.
3. Шнчевська О.О., Гоняк В.М. Кшетика сушшня пиломатерiалiв з вiльхи// Наук. вю-ник НЛТУ Украши: Технология та устаткування лiсовиробничого комплексу. - Л^в: НЛТУУ. - 2008, вип. 18.1. - С. 62-69. _
УДК 674.048 Проф. 1.М. Озармв, д-р техн. наук; доц. Н.Д. Довга,
канд. фiз.-мат. наук; асист. З.П. Копинець; доц. Й.Л. Ацбергер;
студ. О.1. Озартв - НЛТУ Украти, м. iïbeie
ШЛЯХИ ОПТИМВАЦП ЕНЕРГП ВИПРОМ1НЮВАННЯ
В СУШАРКАХ
Розкрито шляхи керування спектральним складом потоку випромшювання у сушарках. Наведено вщповщш залежносп критерпв onTOMi3a^ï.
Prof. I.M. Ozarkiv; assoc. prof. N.D. Dovga; eng. Z.P. Kopynets; assoc. prof.
Y.L. Atcberger; stud. O.I. Ozarkiv - NUFWT of Ukraine, Lviv
Ways of radiation energy optimization in dryers
The ways of spectral composition of radiation stream management in dryers have been considered. The proper dependences of optimization criteria are represented.
Вщомо [1], що розрахунок, проектування i оптим1защя енерги шфра-червоного (1Ч) випромшювання мають ряд специфiчних особливостей, що ви-значають порядок та структуру ïx розрахунюв. Сюди, насамперед, необхщно вщнести таю:
• спектральний склад поглиненого об'ектом названия та сушiння випромь нювання, оскшьки вiн прямо визначае iнтенсивностi нагрiвания та сушiния, а також ефективтсть самоï' сушильноï' установки;
• наявтсть попереднього етапу вибору спектрального складу IЧ-випромiню-
»-» i и • __/
вання, який не пов язаний iз потужнiстю i температурою сушарки (на етат проектного завдання);
• температура випромiнювачiв (визначаеться спектральним випромiнюванням).
По-своему, керування спектральним складом зводиться:
• до зменшення частки потокiв небажаного спектрального складу шляхом ор-ганiзацiï поля випромiнювання за рахунок рефлекторiв (вiдбивачiв i одно-часно концентраторiв випромiнювання) iз заданою конфiгурацiею або мате-рiалiв iз заданою анiзотропiею;
• керування перевипромiнюванням огороджень сушарки i генератора випро-мiнювання шляхом змiни умов променевого теплообмiну, тобто змiни час-ток енергп граничних поверхонь та випромiнювачiв у поглиненому потоцi об'екта сушшня;
• зменшення часток цих потоюв за рахунок керування оптичними властивос-тями (спектральними коефiцiентами ввдбивання R^, пропускання D^ i погли-нання А^) екранiв та випромiнювачiв.
Якщо, наприклад, розглядати схему теплообмiну мiж двома селектив-ними (вибiрковими) поверхнями системи "генератора випромшювання - ек-ранна поверхня", коли радiацiйна температура визначаеться як температура е^валентно! поверхнi, то густина результуючого потоку визначиться
{ Ф(Л, Тг£.\ Л—
Чрез = °О0 -Л--^00'!-^-Л-, (!)
АЛ^Л+а[- 11 ф (л, ТгвУгл 1
де: Ф(Х, Т) - спектральна функщя генератора (джерела) випромiнювання; о0 -
8 2 4
постшна Стефана-Больцмана, о0=5,б69-10- Вт/(м -К ); Ъ0Х - функщя Планка; Бх, Ах - вщповщно випромiнювальна та поглинальна здатнiсть поверхонь, що беруть участь у променевому теплообмш (згiдно з [2], для деревини бука, наприклад, ех=0,94 i дуба ех=0,89); 0 - наведена (штегральна) температура,
0 = (Т /100)4; iндекси ' та " належать до екрану та об'екта сушiння.
Для дослiдження впливу основних параметрiв (роду матерiалу, Ф(Х, Тг.в.), Тг.в, Трад=Ткам, Т) густину результуючого потоку чрез слщ ствставляти iз результуючим загальним потоком qs, тобто, коли в системi поверхня 2 (екра-на, об'екта оброблення) Трад, тобто Т"=Трад=Ткам, а випромшююча здатнiсть 11 рiвна е" (е"=ем) або одиницi. Тодi, вiдношення /еф,випр = чрез / може розгля-датися як критерiй впливу спектрального складу, де
_ { Л • ал ¿л
ЧТ=*0 0 рад •! --^--СТ0 •©'•^^-----Л2)
1 ¿Л • ¿Л АЛЛ АЛ~1 1 ¿Л
0 Л Л 0
або для е'=1 i е"=1, а q=o0•(©-©') залежно вщ постановки задачi.
Таким чином, розрахунки за прийнятою вище схемою дають можли-вiсть порiвняти швидюсть нагрiвання (сушiння) матерiалу в камерi з Трад (ра-дiацiйною температурою) iз швидкiстю нагрiвання (сушiння) в камерi сушш-ня з ^ею ж радiацiйною температурою, але з допомогою джерел довiльного спектрального складу; шакше кажучи, цi розрахунки дають змогу оцiнити можливiсть використання селективност об'екта сушiння (деревини) для ш-тенсифжаци його нагрiвання (сушiння) за рахунок спектрального складу випромшювання генератора i вибору селективност матерiалу огороджень камери.
Своею чергою, врахування температури другого тша Т" (об'екта су-шiння) буде еквiвалентним розгляду системи трьох тш, а його випромшювання буде "розбавляти" спектральний склад поглиненого потоку власним вип-ромiнюванням екрана (огородження) камери. Таким чином, дослщження системи трьох тш, що беруть участь у променевому теплообмш, дасть змогу ощнити не тiльки роль випромiнювання екрана (огородження), але здшснити економiчно обгрунтований вибiр екранних (огороджувальних) матерiалiв.
Таким чином, вплив критерш ефективностi спектрального складу /еф.випр показуе, що:
• селективтсть багатьох матер1ал1в повинна бути використана для штенсифь кацн процешв сушшня, як з допомогою вар1ацн спектрального складу вип-ромшювання генератора (джерела), так 1 правильного вибору матер1алу рефлектора-ввдбивача 1з заданою селективтстю;
• критерш використання спектрального складу випромшювання може дося-гати значних величин, а у випадку "абсолютно чорноГ поверхт може бути бшьшим за одиницю.
Енерпя ГЧ-випромшювання, що проникла всередину матер1алу { пог-линулась в його об'ем1, буде ютотно впливати на характер температурного поля всередиш матер1алу. Тому ця енерпя повинна враховуватися в процесах розрахунку променевого теплообмшу. Р1вняння теплопровщност для одно-м1рно! задачу що враховуе енерпю, внесену променевим потоком { поглине-ну в середиш тша, буде мати вигляд
дт э2т 1
= а ■
дг д^р-0^- (3)
де: а - коефщент теплопровщностц р - густина деревини за певно! вологос-тц с - питома 1зобарна теплоемшсть деревини; 0у(х, Т) - енерпя випромшю-вання, що поглинула одиниця об'ему матер1алу в площиш х, Вт/м . Ця величина р1вна з
0 (х, Т ) = ] ду (х, Л, Т )• с1Л = ] дп (л)3Щ^ ■ ¿А, (4)
Л А дх
де: ду(х, к, Т) - енерпя монохроматичного випромшювання, що проникло в глибину матер1алу \ поглинулось за одиницю часу одиницею об'ему 1з координатою х, Вт/(м -мкм); Ак(х, к, Т) - спектральний коефщент поглинання як функщя товщини шару в площиш х, температури матер1алу Т \ довжини хвил1 к; д„(к) - сумарний падаючий потж випромшювання.
Величина ду (х, к, Т) р1вна першш похщнш вщ дА(х, к, Т), тобто
( ддлл(х,Л,Т) ( Л дАл(х,Л,Т)
ду (x, Л, Т) =-^-'- = дп (А--^-. (5)
дх дх
Таким чином, р1вняння теплопровщносл для одном1рно! задач1 1з вра-хуванням поглинено! енерги штегрального випромшювання (дп (А) = д%) за-
пишемо
дТ д2Т + 1 А ( ) ЗА* (х, Л, Т) , — = а■^ту+--] дп(Л)—^-'-■ ¿Л- (6)
дт дх р-с * дх
Величину Ак(х, к, Т) у загальному випадку для одностороннього опро-мшення запишемо
Ал(х, Л, Т ) = 1 - А Л, Т)-^^. (7)
дх=0
Вщзначимо, що меж1 змши X залежать вщ конкретно! формули спектра випромшювання. Наприклад, Фарб1 (Англ1я) рекомендуе приймати
к1=0,5'кгаах; к2=4,3'кraax, (8)
де Хтах - максимальна довжина хвилi випромшювання, що визначаеться iз закону Вша, тобто Хтах-Т=2898 мкм-К.
Хоча бiльшiсть учених [1] рекомендуе для розрахунюв межi змiни
Розрахунки [3] показують, що страллю кварцевих IЧ-генераторiв у межах змiни 1200К<Т<320К випромiнюеться: 98,6 % при Т=2800К i 99,4 % при Т=2600К енерги. За кордоном на сьогодш дедалi бiльше використовують характеристику 1Ч-генератора за 90 % спектрального дiапазону енерги вип-ромiнювання [1], що забезпечуе достатню точшсть розрахункiв i скорочуе 1х трудомiсткiсть у 2.. .3 рази.
Другий метод оргашзаци поля випромшювання базуеться на геометрп сушильно! установки, формi i розмiрах джерел (генераторiв) випромшюван-ня, рефлекторiв-вiдбивачiв i об'ектiв оброблення. Адже данi параметри регла-ментують ступiнь використання концентрувально1 частини установки, яка дорiвнюватиме частщ оргашзовано1 частини потоку в результуючому потощ. При цьому ця частка буде бшьшою, коли потiк вщ джерела, що падае на об'ект сушшня пiсля першого вiдбивання вщ рефлектора (огородження, екра-на) буде бшьшим, тобто вона буде залежати вiд вибору i розрахунку форми (плоско!, параболо-подiбноl, елшсощно! тощо) рефлектора на етат проекту-вання сушарки.
Таким чином, показник ефективностi вiдбивачiв /еф,рефл буде виражати спiввiдношення часток iз органiзованим i неорганiзованим (дифузним) потоками випромшювання. Зазначимо, що неоргашзований потш буде мати мю-це, коли форма оптично! частини сушарки вибрана без достатшх обгрунту-вань (у цьому випадку частка променевого потоку вщ генератора (джерела), що падае на об'ект шсля першого вщбивання, визначаеться кутовим коефь цiентом). У випадку, коли оптична частина сушарки спещально розрахована таким чином, аби весь потж шсля першого вщбивання вiд концентратора-рефлектора потрапив на об'ект сушшня, буде i оргашзований потiк випромь нювання.
Таким чином, коефщент оргашзаци поля випромшювання /еф,оргм. буде враховувати частку корисного потоку випромшювача, безпосередньо ви-користовуваного на об'екл обробки без трансформаци спектрального складу випромшювання або iз заданою трансформацiею спектрального складу.
Крiм початкового вибору спектрально: функци Ф(Х, Т) випромiнювача (джерела) одним iз шляхiв керування спектральним складом випромiнювання е i Л^-фмьтрування. При фiльтруваннi небажана частина спектра погли-наеться або зменшуеться при пропусканш Б або вщбиванш Я?, i може, на-вггь, виключатися iз променевого теплообмiну у камерi шляхом охолодження фiльтра. Такий шлях може бути економшшим, незважаючи на велик втрати тепла, через виграш у штенсифжацп процесу сушшня.
Загальний коефiцiент ефективностi генератора випромшювання (без врахування перевипромшювань огороджень) можна представити
0,40^Хтах<Х<4,0^Хт;
(9)
Реф.
>., ген.випр.
(10)
де /еф.,фшьтр - коефщент збшьшення швидкостi процесу сушшня за рахунок фiльтрування випромiнювання.
При цьому визначимо, що кожний конструктивний елемент сушарки (генератор 1, рефлектор 2, огородження камери 3 i об'ект обробки 4) вщпо-вщно до частки потоку в результуючому (у нашому випадку - поглинаючо-му) потоцi об'ему буде вносити свш внесок у кожний спектральний дiапазон, зокрема i в дiапазони, що впливають на швидкiсть процесу сушшня. Тод^ при допущеннi лшшного зв'язку швидкостi сушiння ёИ/ёт (и - вологовмют, т - час) iз /еф.,втр можна записати для частки випромшювання кожного конструктивного елемента в поглиненому потощ
<3и _ д\погя аЦ1 ^2. погя _ ац2 + + дпогя аЦi 1 ^ ёЦг
(11)
ЦЪ,погл ат1 д!.,погл &т2 д!.,погл dтi ЦЪ,погл
Для системи, що складаеться iз 4-х вказаних вище конструктивних еле-
меш!в сушарки, можна записати
г _ А44 (Р44 44 г _ ^42 (4 42 г А43 (4 43 + А41 (4 д 1еф.суш. _ /0 1еф + 1еф +'
ефгенеипр. ■
(12)
дТ,,погл погл погл дТ,,погл
Рiвняння променевого теплообмшу у матричнiй формi будуть мати
вигляд
де:
ел ?
Е( Р _(■ Я )• 4пад _Е(-Е
АЛ АЛ
Ф(Л, Т )■ Ро (Л, Т )■ аЛ;
Е;
4
г, рез
■■Ал
Р _
1 0 0 0 Р11 Р12 (13 (14
0 1 0 0 (21 (22 (23 (24
0 0 1 0 ; р_
(31 (32 (33 (34
0 0 0 1 (41 (42 (43 (44
(13)
(14)
(15)
(16)
Вщзначимо, що рiвняння розв'язуеться вiдносно дпогл об'екта обробки. При цьому задаються (наприклад в системi 4-х тш) Т4, дрез,5 (дрез.,5=а(Текр-Тс)) або д4, погл та коефiцiенти Ак i Як за всiма поверхнями. 1ндекси i-матрицi вщпо-вiдають номерам тш, що беруть участь у теплообмш (див. вище). Результатом розрахунку е внесення кожного елемента сушарки iз заданими власти-востями в поглинений потж [див. рiвня (11)].
Таким чином, розглянуту вище систему критерив ощнки ступеня оп-тимiзацil щодо базово! сушарки запишемо
ац
/еф.,
ат
ац ат
/еф.еипр.1 ■ /еф.еипр.2 ■ /ефс
(17)
■'баз
яка дае змогу представити порiвняльну ефективнiсть /еф,£ сушарок, i скорочуе кiлькiсть експериментiв. Цю систему можна коректувати дослщним шляхом.
л
Лiтература
1. Озарк1в 1.М. Науково-технiчнi основи конвективно-радiацiйного сушiння деревини: Дис. ... д-ра техн. наук. - Львiв, 2—06. - 404 с.
2. Озаркчв 1.М., Ацбергер Й.Л., Копинець З.П. Критери оцiнки теплового потоку в умовах гелюсушшня деревини// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - 2007, вип. 17.4. - С. 145-148.
3. Гинзбург А.С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности. - М.: Пищ. пром-сть, 1966. - 407 с.
УДК 697.94.(075) Доц. В.Й. Лабай, канд. техн. наук -
НУ "Львiвська полiтехнiка"
ЗАЛЕЖН1СТЬ ВТРАТ ЕКСЕРГП У КОНДЕНСАТОР1 SPLIT-КОНДИЩОНЕРЮ В1Д ТЕМПЕРАТУРИ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА
Використано ексергетичний метод аналiзу роботи одноступеневих хладонових холодильних машин мюцевих автономних кондицiонерiв. Встановлено залежнiсть втрат ексергп у конденсаторi split-кондицiонера фiрми "Sanyo" холодопродуктившс-тю 2020 Вт вщ температури навколишнього середовища.
Ключов1 слова: ексергiя, баланс, кондицiонер, ефектившсть.
Assoc. prof. V. Yo. Labay-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
The dependence of losses of exergy in the condenser of "split" air conditioners from the out of doors temperature
In this article it was used the method of the exergetic analysis of one-step freon cooling engines of the local autonomous air conditioners. It was defined the dependence of losses of exergy in the condenser of "split" air conditioner of firm "Sanyo" with the cooling capacity 2020 W from the out of doors temperature.
Keywords: exergy, balance, air conditioner, efficiency.
Постановка проблеми
Холодильш машини, як застосовують в мюцевих автономних конди-цюнерах, потребують для зменшення енерговитрат вдосконалення, яке мож-ливе з використанням сучасного методу термодинамжи - ексергетичного. [1, 2, 3]. Ексергетичний анал1з дае змогу встановити максимальш термодинам1ч-ш можливост системи, визначити втрати ексергп в нш та обгрунтувати реко-мендаци з1 вдосконалення окремих !! елемент1в. А для цього треба ретельно вивчити вс аспекти роботи холодильно! машини мюцевих автономних кон-диц1онер1в.
Анал1з останшх дослщжень та публжацш. Найбшьш детально ексергетичний метод анал1зу одноступеневих холодильних машин наведено в [1], який не пристосований для холодильних машин мюцевих автономних конди-цюнер1в, де випарник i конденсатор омиваються вщповщним повггрям, а в контур! холодильно! машини циркулюе iнший холодоагент. Також коротко цей метод анал!зу висвгглено у [2, 3].
Тому ми розробили ексергетичний метод анал!зу роботи одноступеневих хладонових холодильних машин (без ефективного охолодження компре-
