2. Порядок расчетов на эвм параметров воздухо-теплообменных процессов в горячих цехах предприятий пищевых производств

2.1. Общие положения

Для определения параметров воздухо-теплообмена в горячем цехе разработаны в соответствии с уравнениями (1)-(16) программы расчетов на ЭВМ давления, массы и расхода воздуха в нем, а также времени установления стационарного теплового режима при указанных выше способах и схемах проветривания его. Исходные данные для расчетов: объем и высота производственного помещения, температура воздуха снаружи и внутри его, абсолютное начальное давление воздуха, суммарная площадь и предельная температура нагревающихся поверхностей теплового оборудования, коэффициент теплоотдачи от нагревающихся поверхностей к воздуху, обобщенное сопротивление вентиляционных каналов, производительность вентилятора (вентиляторов) – в случае принудительного проветривания цеха. При численном решении уравнений используется вместо дифференциала времени d шаг по времени , который должен быть достаточно малым, чтобы результаты решения соответствовали действительному непрерывному процессу воздухо-теплообмена. Результаты расчетов могут быть представлены в виде графиков зависимости от времени температуры нагревающихся поверхностей теплового оборудования, а также температуры, абсолютного давления, массы и расхода воздуха в цехе. При известных расходах воздуха можно определить другой важный параметр микроклимата – скорость движения воздушных потоков.

2.2. Пример расчета на эвм параметров воздухо-теплообмена в горячем цехе

Произведен расчет на ЭВМ (программы приведены в Приложении) параметров естественного воздухообмена, а также принудительной вытяжной вентиляции для горячего цеха предприятия общественного питания объемом 300м³, высотой 4,2м при суммарной площади нагревающейся до 400⁰С поверхности теплового оборудования 5м². При этом приняты: начальная температура воздуха в цехе 20⁰С, абсолютное давление его 10⁵ Па, сопротивление движению воздуха в приточных (а_о) и вытяжных (а₁) каналах 6,0 с²/м⁵, коэффициент теплоотдачи (α) от жарочной поверхности плиты к окружающему воздуху 20Вт/м². Расчет произведен для теплого и холодного периодов года.

При естественном воздухообмене принимаем равными величины местных сопротивлений движению воздуха в верхней и нижней частях цеха. Расчеты произведены при температуре наружного воздуха: –10, 0, 20, 30⁰С. Анализ полученных данных показал, что установившиеся температура и масса воздуха в помещении зависят от температуры наружного воздуха. Повышение температуры наружного воздуха вызывает рост температуры и уменьшения массы его внутри помещения. На рисунке 3 представлены результаты расчета параметров естественной вентиляции при температуре воздуха наружного и внутри цеха 20⁰С. Согласно расчетам, стационарный тепловой режим устанавливается в горячем цехе через 94 мин от начала нагрева плиты. Установившаяся температура воздуха в цехе 27,9⁰С (близка к допустимому значению 28 ⁰С на постоянном рабочем месте – согласно ДСН 3.3.6.042-99 и ГОСТ 12.1.005-88).

Р исунок 3 – Параметры воздушной среды в цехе при естественной вентиляции в условиях повышения температуры жарочной поверхности плиты: а – изменение массы воздуха в цехе, б – изменение температуры жарочной поверхности плиты (1) и воздуха в цехе (2), в – изменения давления воздуха в цехе, г – изменения расхода воздуха, поступающего в цех (1) и удаляемого из него (2)

Как видно на рисунке 3 в и г, повышение температуры открытой жарочной поверхности плиты сопровождается переходными процессами изменения давления и массового расхода воздуха, поступающего в цех и удаляемого из него.

Результаты расчета для указанных выше условий параметров принудительной вентиляции того же горячего цеха, обеспечиваемой работой вытяжного вентилятора с производительностью 5м³/с, представлены на рисунке 4 (обозначения на нем аналогичны тем, которые приняты на рисунке 3).

Рисунок 4 - Параметры воздушной среды в цехе при проветривании его вытяжным вентилятором

Согласно расчетам, при работе вытяжного вентилятора устанавливается температура воздуха в цехе 25,9 ⁰С через 41 мин после включения плиты. В этом случае температура воздуха в горячем цехе на 2⁰С ниже температуры его при естественной вентиляции. Время выхода параметров воздушной среды на стационарный тепловой режим сократилось с 94 до 41 мин. Абсолютное давление и массовый расход воздуха при вытяжной вентиляции стабилизировались практически в момент включения вентилятора, тогда как при естественном воздухообмене через две минуты от начала нагрева эти параметры постоянно колеблются (наблюдается нестационарный процесс).

На основе сопоставительного анализа результатов выполненных расчетов можно сделать следующее заключение. Естественная вентиляция обеспечивает в рассмотренных выше условиях требуемый воздухообмен в цехе, при котором устанавливается допустимая на рабочем месте температура воздуха. При работе вытяжного вентилятора в том же цехе, при тех же условиях температура воздуха снижается, но не достигает оптимального значения согласно указанным выше нормативным документам. Таким образом, в рассматриваемых условиях достаточно эффективной может быть естественная вентиляция. Использование вышеизложенной методики математического моделирования и расчета воздухо-теплообменных процессов позволяет прогнозировать параметры микроклимата в горячих цехах предприятий пищевых производств при проектировании и реконструкции их, а также применяемых в них вентиляционных систем.