1.6. Час намерзання льоду на плоскій охолоджуваній стінці.

Допущення:

t₀, t_пр = const

_1, ₀ = const

Нехтуємо переохолодженням льоду.

Хай за інтервал часу _i наморожений лід завтовшки (_л)_i. Оскільки у міру наростання шару льоду зростає його термічний опір, то швидкість процесу намерзання льоду безперервно зменшується. У цих умовах записуємо диференціальне рівняння теплового балансу при льодоутворенні.

Отже, за нескінченно малий проміжок часу d товщина намерзлого льоду збільшується на d_л.

За цей час від води до поверхні льоду надійде теплота

а також лід, що утворюється, завтовшки d_л виділяє теплоту

Вся ця теплота проходить через лід, металеву стінку до охолоджуючого середовища

Тоді

Підставляючи у рівняння (4) значення теплових потоків з (1), (2), (3) одержуємо диференціальні рівняння льодоутворення біля плоскої стінки

Розділяючи змінні і інтегруючи від 0 до _л одержуємо після перетворень вираз

що дозволяє обчислити час, за який утворюється шар льоду завтовшки _л. Вивів це рівняння проф. Чуклін С.Г.

Їм же були одержані вирази, що дозволяють обчислити час утворення льоду у воді нульової температури (t_пр = 0С) при намерзанні його на циліндровій поверхні.

а) лід намерзає усередині труби

б) лід намерзає зовні труби

Ці три залежності дозволяють розраховувати льодогенератори різноманітних конструкцій.

При заморожуванні льоду в блоках використовують емпіричну формулу Планка

де б_л – розрахункова товщина льоду (пояснити);

А, В – коефіцієнти, залежні від розмірів блоку льоду. Вони табульовані.

1.7. Льодогенератори

Класифікація по виду вироблюваного льоду:

1. блокового (плиткового) льоду;

2. роздробленого (трубчастого, сочевицеподібного) льоду;

3. сніжного льоду.

Конструкції льодогенераторів (пояснити їх роботу по малюнкам):

Р озсільний льодогенератор блокового льоду (мал.1)

t_NH3 = -15C, t_p = -10C

розсіл – NaCl + антикорозійні добавки,

Вага блоку льоду G = 10-25-50 кг.

Час заморожування _зам = 8...16 годин,

Час відтавання _{відтавання} = 2...4 хв.,

Продуктивність G_заг  100т/доб.

Мал. 1. Схема розсільного льодогенератора блокового льоду

Методи інтенсифікації:

• понизити t_р до –15С ( для роздробленого льоду)

• недоморозити по обсягу на 10-15% (відпуск льоду по вазі)

Льодосховище розраховують на (510) добову продуктивність апарату.

Для отримання прозорого блокового льоду у льодоформи знизу подають повітря, недоморожують середню частину і зливають залишок води з солями.

Л ьодогенератор плиткового льоду (мал.2)

холодоаґент – NH3, або розсіл

G_блоку = 3..5 т. Блок дроблять.

Недолік _зам. = 3 доби.

Перевага – простота конструкції.

Мал. 2. Схема льодогенератора плиткового льоду

Льодогенератори блокового льоду конструкції Вільбушевіча (мал.3)

G_блоку = 25 кг.

t₀ = -15C, _зам = 2 години, тобто в 6 разів інтенсивніше розсільного льодогенератора.

Мал. 3. Схема льодогенератора конструкції Вільбушевича

Л ьодогенератор з льодоблоками, що спливають (мал.4)

G_блоку = 25-50 кг,

_зам = 2..3 години.

Повна автоматизація роботи.

Вартість льоду на 30% нижча за льодогенератори розсолів.

Мал. 4. Схема льодогенератора з льодоблоками, що вспливають

Л ьодогенератор блокового льоду тонкошарового наморожування з механічним і гідравлічним виштовхуванням льоду (мал.5)

Продуктивність льодоформи G = 250 кг/добу.

_зам = (1..3) сек.; б_зам = 0,5..1,5 мм.

Продуктивність в 5-10раз вища, ніж у блокового розсільного льодогенератора.

Мал. 5. Схема льодогенератора тонкошарового наморожування

Мал. 6. Схема горизонтального льодогенератора лускоподібного льоду

Льодогенератор лускоподібного льоду (циліндровий) (мал.6)

Розробник – УкрНІХІ (м. Одеса)

Швидкість обертання (8...12) об/хв.; діаметр барабану 600 мм.; б_л = (1...3) мм

Лід намерзає на ділянці контакту барабана з водою. На іншій частині барабану відбувається переохолодження льоду (для підвищення його крихкості). Широко поширений.

Л ьодогенератор лускоподібного льоду (кожухотрубний) (мал.7)

t₀ = -15C; d_вн = 50 мм; б_л = (5...7) мм

Продуктивність апарату – до 60 т/добу

Сушіння льоду повітрям з t = -150C

Мал. 7. Схема трубчатого льодогенератора лускоподібного льоду

Льодогенератор сніжного льоду зрошувальний (мал.8)

Дані апарату Л-250:

Продуктивність G = 250кг/год, n =10 об/хв,

t₀ = -22C, t_H2О = 15C,

F_внутр = 2м², N_об = 3 кВт

Пристосований до роботи на рефрижераторних судах. Випускаються в Росії (Бійськ, Хабаровськ).

Для підвищення інтенсивності розроблені льодогенератори з намерзанням льоду одночасно на внутрішній і зовнішній поверхні.

Мал. 8. Схема зрошувального льодогенератора сніжного льоду