Расчет установок льдосоляного охлаждения

Калорический расчет холодильников с льдосоляным охлаждением производят так же, как и для холодильников с ледяным охлаждением.

Расчет танков для льдосоляной смеси. Заключается в определении их теплопередающей поверхности по формуле

, (3)

где F - теплопередающая поверхность танков, м²;

Q_кам - максимальный расход холода по камере в летнее время, Вт;

k - коэффициент теплопередачи танков, Вт/(м²·°С); если отсутствует на поверхности танков снеговая шуба, его принимают равным:

п ри естественной циркуляции воздуха в камере 7-9 Вт/(м²-С);

при побудительной циркуляции воздуха в камере 9-12Вт/(м²·°С);

t_к - температура воздуха в камере, °С;

t_см - температура охлаждающей льдосоляной смеси, °С; ее принимают на 6-8°С ниже температуры воздуха в камере.

Исходя из общей необходимой для данной камеры теплопередающей поверхности танков, находят их число и размеры. Высота танков обычно на 0,5 м меньше высоты камеры, а ширина 200-300 мм.

Расчет льдосоляных решетчатых карманов. Поверхность льдосоляной смеси условно принимают равной внутренней поверхности решетчатого кармана, определяемой по уравнению

, (4)

где α_к - условный коэффициент теплоотдачи от воздуха камеры к льдосоляной смеси, отнесенный к внутренней поверхности кармана. Его принимают равным 6-8 Вт/(м²·°С);

1,2 - коэффициент увеличения поверхности кармана. Его вводят в расчет для обеспечения равномерной температуры воздуха в камере.

При проектировании любого устройства льдосоляного охлаждения необходимо определить расход льда и соли. Для этого принимают температуру плавления смеси на 6÷8°C ниже температуры воздуха в камере. Для этой температуры по таблице физических свойств льдосоляной смеси определяют концентрацию соли в смеси ξ_c и соответствующую холодопроизводительность 1 кг смеси q_см. Расход смеси определяется по уравнению

, (5)

а расход льда G_л и соли G_с по уравнениям:

,

При определении размеров карманов следует учесть, что объем ежесуточно загружаемой смеси составляет только 40% всего объема кармана. Плотность льдосоляной смеси принимают равной 450÷550 кг/м³. Карманы выполняют обычно из деревянных брусков 50×50 мм с расстоянием между ними 35÷40 мм. Ширина карманов 250÷400 мм.

Снегогенераторы.

Снегогенераторы - установки для получения искусственного снега и мелкодиспергированного льда («снежные пушки»).

Интерес к стационарным и передвижным снегогенераторам объясняется возможностью их эффективного использования для предотвращения образования пыли в забоях и на карьерных дорогах, увеличения и подавления осадков инициированием образования кристаллов льда, намораживания ледяных мостов, борьбы с пожарами, охлаждения рыбного сырья, защиты снежным покровом особо ценных сельскохозяйственных культур и почвы от промерзания и т. д.

Существует три типа снегогенераторов: снегогенераторы с внутренним смешиванием, снегогенераторы с внешним смешиванием, часто называемые еще «снежными ружьями» или «башнями» и вентиляторные снегогенераторы – «снежные пушки».

Снегогенератор с внутренним смешиванием — это система с использованием смешивания воды и воздуха во внутренней камере форсунки снегогенератора. При выходе смеси воды и сжатого воздуха из форсунки происходят расширение этой смеси и термодинамический эффект охлаждения (ниже 0 °С). Крошечные капли воды замерзают, формируя микрокристаллы, которые, в свою очередь, становятся центрами дальнейшего кристаллообразования (нуклеации). На таких центрах нуклеации (зародышах) из более кру пных капель формируются хлопья снега.

Снегогенератор с внешним смешиванием — еще один тип водно-воздушной системы. Процесс снегообразования в ней выглядит следующим образом. Разнесенные воздушная и первая водяная форсунки подают ограниченное количество воды и воздуха в зону смешивания, расположенную на расстоянии 8-10 см от ружья, где образуются зародыши кристаллов снега. Эти мини-кристаллы по инерции смещаются далее, на расстоянии приблизительно 20 см от ружья они попадают в поток воды из второй форсунки, где на них налипает вода. Кристаллизация снега происходит во время свободного падения кристаллов на землю. Поэтому такие установки обычно монтируют на верхнем конце легкой (обычно алюминиевой) и длинной (до десяти метров) трубы-штанги высотой 4-10 метров.

Вентиляторный снегогенератор — система, где для формирования взвеси капель воды вместо сжатого специальным компрессором воздуха используется подача воздуха с п омощью мощного вентилятора. При этом капли находятся в воздухе достаточное время для того, чтобы значительно охладиться и замерзнуть, превратившись в снег.

В первых конструкциях снежных пушек вода смешивалась со сжатым воздухом и выбрасывалась через форсунки под высоким давлением в поток воздуха, создаваемый мощным вентилятором. Сжатый воздух выполнял сразу три задачи: распылял воду, выбрасывал образовавшиеся капельки в воздух и дополнительно охлаждал воду.

Схема работы снежной пушки

Недостатком такой схемы является большой расход воздуха. Поэтому более современные пушки работают по двухступенчатому процессу и оснащены устройствами для нуклеации (зародышеобразования).

Мощный вентилятор создаёт непрерывный поток воздуха, который движется через основные и нуклеационные кольца с форсунками. В них путем смешивания сжатого воздуха и небольшого количества воды образуются мельчайшие кристаллики льда – зародыши искусственного снега. Затем эти «зародыши» попадают в поток распыленной мощными вентиляторами воды, которая, кристаллизуясь на них, быстро образует готовые кристаллы снега. Между вентилятором и кольцами находятся пластинки-лопасти, прикрепленные изнутри к кожуху генератора. Они способствуют лучшему перемешиванию всех компонентов смеси.

Отличительной чертой всех пушек является мощный вентилятор, выбрасывающий водно-воздушную смесь на расстояние до 60 метров. За время такого полета успевают сформироваться кристаллы искусственного снега, а сама система искусственного оснежения может работать в ветреную погоду и распылять снег в заданном направлении под углом поворота от 15 до 60°. Эти пушки, похожие на авиационные двигатели, очень эффектны внешне. Но есть у них и серьезные технические преимущества. Первое из них – способность эффективно работать в широком диапазоне входных давлений воды. Дело в том, что сам принцип кристаллизации воды в этих пушках не тот, что в водно-воздушных. Е сли «ружья» распыляют пропорциональную смесь воздуха и воды, готовую к кристаллизации за счет естественного охлаждения, то вентиляторная пушка действует иначе. Объем нагнетаемого лопастями воздуха избыточен по отношению к объему воды (соотношение – более чем 1:600), поэтому распыленные форсунками микрокапли мгновенно замерзают не за счет низкой температуры окружающей среды, а за счет резкого снижения температуры потока, вызванного падением давления при расширении воздуха.

Второе важное преимущество «вентиляторов» – их независимость в плане сжатого воздуха. А вместе эти особенности позволяют сформулировать главное преимущество вентиляторных пушек – это их высокая мобильность. Смонтированные, как правило, на передвижных лафетах, самоходных или буксируемых, они позволяют засыпать снегом именно тот участок, который нуждается в этом более всего. Подключение к ближайшим гидрантам осуществляется гибкими рукавами.

Их недостаток заключается в заметно более высоком энергопотреблении и более сложной конструкции вентиляторных устройств, определяющей более высокую стоимость как самих установок, так и их эксплуатации. В общем, «вентиляторный» искусственный снег дороже «башенного».