Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Холодильное технологическое оборудование. Учебное пособие.pdf
ρ
151
При расчете воздушного конвейерного морозильного аппарата требуется определить: объем и массу замораживаемого
блока, продолжительность замораживания блока рыбы при
гладком и оребренном вариантах блок–формы, вместимость аппарата и количество блок–формы в нем, длину цепи и скорость
движения грузового конвейера аппарата, габаритные размеры
аппарата, количество циркулирующего воздуха, тепловую нагрузку на возду
хоохладитель, изменение температуры воздуха в
аппарате, разность между температурами воздуха и рабочего тела, теплопередающую площадь поверхности воздухоохладителя
и его конструктивные размеры, аэродинамическое сопротивление движению воздуха в циркуляционном кольце аппарата,
мощность электродвигателей вентиляторов.
Объем замораживаемого блока рыбы
= l·b·δ = 0,8·0,25·0,06 = 0,012 м3,
V
1
где l, b, δ – длина (l = 0,8 м), ширина (b = 0,25 м), толщина блока
(δ = 0,06 м).
Масса замораживаемого блока рыбы
,4,11950012,0
ρ
11
пр
=⋅=⋅=
кгVg
где ρп – плотность мороженой рыбы, кг/м3 (ρп = 950 кг/м3).
Принимаем, что в одной блок–форме находятся два оди-
наковых блока рыбы.
Продолжительность замораживания блока рыбы τ опреде-
ляют по формуле Планка (для случая теплоотвода со всех сторон замораживаемого блока):
q
3
=
τ
t
кр
⎛
пр
−
t
δ
⎜
δ
⎜
c
3
⎝
⎞
1
⎟
,
+
РR
⎟
αλ
⎠
=−=
−
152
где tкp – температура начала замерзания соков продукта, ºС (для
рыбы t
= – 1 ºС); tc – температура теплоотводящей среды, ºС (t
кp
= –30 ºC); R и Р – вспомогательные коэффициенты, зависящие
от формы и соотношения размеров замораживаемого продукта,
для принятых размеров блока величина этих коэффициентов
800 250
при
3, с. 195); Р = 0,3846 и R = 0,1037; λ
l в
β мβ м
== = == =
12
δδ
13,33 и 4,16
60 60
– теплопроводность замо-
3
роженного продукта, Вт/(м К) (для рыбы λ
(см. приложение
= 1,13 Вт/м К)); α –
3
коэффициент теплоотдачи от поверхности блок–формы к возду-
2
ху Вт/(м
⋅К).
По формуле q
= i1 – i2 находим численное значение
3
удельного количества теплоты, отводимой от 1 кг продукта при
его замораживании от начальной температуры t
до конечной t2
1
(см. приложение 4, с. 196–197).
3
./3174000317400
кгДжq
При заданной скорости движения воздуха у поверхности
блок–формы W = 6 м/c при турбулентном режиме движения
критерий Нуссельта определяют по формуле:
8,0
.
Re032,0=Nu
Число Рейнольдса рассчитывают по уравнению, аналогичному уравнению (16) (см. с. 127).
В качестве определяющего размера при поперечном обдувании блок–формы воздухом принимается ее длина, которая для
сдвоенного варианта равна 1,62 м.
Теплофизические параметры воздуха при t
дующие: кинематическая вязкость см
022,0=
проводность
λ
в
Вт/мК и плотность
ν
в
ρ
= –30 ºС сле-
c
6
⋅=
=
в
/1080,10
, тепло-
/453,1 мкг
3
(см.
приложение 2, с. 194).
c
(
⋅
⋅
Re
=
153
62,16
⋅
−
6
1080,10
⋅
5
,109
⋅=
8,0
5
)
=⋅=Nu
.1856109032,0
Для гладкой блок–формы коэффициент теплоотдачи от ее
поверхности к воздуху составит следующее:
= КмВт
α
022,01856
62,1
⎛
/2,25
⎜
⎝
2
⎞
.
⋅=
⎟
⎠
Продолжительность замораживания блока рыбы в гладкой
блок–форме
=
τ
950317400
+−
301
⎛
⎜
⎝
06,0
1037,006,0
3846,0
13,1
⎞
1
⎟
20,25
⎠
Приведенный коэффициент теплоотдачи для оребренной
блок–формы определяют по формуле:
с=+
.12952
⎞
F
мр
⎟
,
⎟
F
⎠
0
пр
⎛
F
p
⎜
αα
⎜
⎝
+=
E
F
0
где F
блок–формы, гладкой блок-формы с крышкой, межреберного
пространства, м
, F0, F
p
– площадь поверхности соответственно ребер
мр
2
; Е – коэффициент эффективности ребра.
F ⋅>
p
,nf
где f – площадь поверхности одного ребра, м2; n – число ребер
на оребренной блок–форме и крышке.
Площадь поверхности гладкой блок–формы с крышкой
определяют по уравнению:
F
⋅⋅=
(
⋅
⋅
м
м
154
.20bl
Коэффициент эффективности ребра
)
nmth
E
=
.
nm
Величину m находят из следующего соотношения:
2
α
m
=
где λ
– теплопроводность материала ребра при изготовлении
р
блок–формы из алюминиевых сплавов, Вт/(м⋅К) [λ
Вт/(м⋅К)]; δ′
– толщина ребра, м.
р
Принимаем ребра за прямые постоянного сечения (толщины). Высота ребра h
оребрения b
= 25 мм.
р
= 25 мм, а толщина δ′р = 4 мм. Шаг
p
Тогда число ребер с каждой стороны оребренной блок–
формы составит:
b
n= шт
b
p
0,25
119.
−= −=
0,025
Находим численные значения:
2 0, 025 1,62 1,62 0, 004 0, 0875 ;f
=⋅ ⋅ + ⋅ =
0, 0875 9 2 1,575 ;
F
=⋅⋅=
p
21,620,25 0,81 ;F м=⋅ ⋅ =
0
′
FFF м
=− = − ⋅ ⋅=
мр
0
0,81 1,62 0,004 18 0,693 ;
p
()
,
′
δλ
pp
2
2
2
= 160
р
2
−
=
⋅
′′=
==
m м
155
225,20
⋅
⋅
160 0,004
8,87 ;
1
8,87 0,025 0,22;mh
⋅=
th(mh) = 0,2164.
Тогда
2164,0
==E
22,0
,98,0
а коэффициент теплоотдачи для оребренной блок–формы
575,1
⎛
α
пр
2,25
⎜
⎝
98,0
81,0
693,0
⎞
⎟
81,0
⎠
2
()
./6,69
КмВт
⋅=+=
Продолжительность замораживания блока рыбы в оребренной блок–форме
317400 950 0,06 1
′
τ с
=+=
130 1,13 69,6
−+
⎛⎞
0,06 0,1037 0,3846 6879 .
⎜⎟
⎝⎠
Если сопоставить продолжительность замораживания блока рыбы в гладкой и оребренной блок–формах, то можно сделать вывод, что применение оребрения позволяет сократить
продолжительность замораживания с 12952 до 6879 с.
Дальнейший расчет морозильного аппарата осуществляется для варианта с оребренными блок–формами. Вместимость
аппарата находят по формуле:
0,278 6879 1912 .G=G τ кг
⋅=
Количество блок–форм определяют по уравнению:
1912
G
Z шт
== =
бл
2211,4
q
⋅
1
84 .
(
=⋅+⋅+⋅+⋅+
156
При определении длины цепи грузового конвейера полагаем, что грузовой конвейер в морозильном аппарате расположен целиком в грузовом отсеке и несет на себе закрытые блок–
формы в вертикальном положении, а воздухоохладитель размещен между верхними и нижними цепями конвейера. Блок–
формы не связаны жестко цепями конвейера, а вставлены в специальные за
хваты с шагом зацепления S
= 160 мм. Тогда длина
к
цепи грузового конвейера в аппарате составит следующие:
ц
бл
k
=⋅==
.4,1316,084 мSZL
По конструктивным соображениям длину l
верхней и
в
нижней ветви конвейера принимаем равной 6,5, а высоту грузового отсека – 1,2 м. Скорость движения грузового конвейера аппарата
L
13, 4
ц
w= м/с.
==
k
′
τ
6879
0, 00195
Длину грузового отсека аппарата определяют по формуле:
ва
bDlL
b
ф
++++=
,2222
δδ
из
где lв – длина ветви конвейера, м (lв = 6,5 м); Db – диаметр приводной звездочки, м (D
ф
= 0,4м); bф – ширина блок–формы, м.
b
=+ = +⋅ =
1
,2 0,21 2 0,5 0,26мbbδ
)
где δз – боковые зазоры, м (δз = 0,1 м); δи – толщина стенки аппарата с изоляцией, м (δ
= 0,15 м).
и
Находим численное значение
=
.32,81,0215,0226,024,025,6 мLа
Высоту грузового отсека аппарата рассчитывают по уравнению:
+
Ва≈⋅+⋅+⋅+=
Dвl
−
157
а
H=H δδ
2b 2 2 2, 2 2 0, 26 2 0,1
++=+⋅ +⋅+
во
ф
зи
20,15 3,2 ,
+⋅ =
м
где Нво – высота воздухоохладителя, м (принимаем ориентировочно Н
= 2,2 м).
во
Ширину грузового отсека аппарата рассчитывают по
уравнению:
,222
lВ +++=
а
ф
з
2
b
δδ
и
дв
где lф – длина блок–формы, м (lф = l +2δ1 =1,62+2⋅0,05=1,72 м);
δ
– зазор, м (δ
з2
= 0,3 м); bдв – ширина двери в туннель, м (b
з2
дв
=
0,6 м).
Находим численное значение
.8,36,0215,023,0272,1 м
Конструктивно воздухоохладитель выполняется из четырех секций.
Длина секции
4,05,6
=
l =
c
b
4
−
=
4
.52,1
м
Живое сечение секции
⎡
⎛
b
lF
⎜
⎢
ж
c
ф
⎝
⎣
⎡
()()
⎢
1,0226,052,12
⎣
l
⎞
⎟
з
⎠
⎛
c
⎜
ф
⎝
S
k
222
hnb
ф
⋅+−+=
52,1
16,0
2
м
018,1
=
.
⎤
⎞
′
δδδ
=
⎟
⎥
pp
⎠
⎦
⎤
004,0025,09207,026,0
=⋅⋅⋅+⋅−⋅+=
⎥
⎦
=⋅=
(
(
)
158
Количество циркулирующего воздуха определяют из зависимости:
V = 4V
,
c
где Vc – количество циркулирующего в каждой секции аппарата
воздуха; V
= FжW = 1,018⋅6 = 6,108 м3/с.
c
Тогда
.
V
0
43,24108,64
Тепловую нагрузку на воздухоохладитель находят с учетом дополнительных теплопритоков, возникающих при охлаждении алюминиевых блок–форм.
Теплоприток через ограждения аппарата, Вт,
1
()
)
=+⋅⋅+⋅+⋅⋅=Q
2253301080,320,320,332,88,332,824,0
.
Теплоприток от продукта при его замораживании, Вт,
′
Q =⋅=
qG
=
2
з
882373174000,278
При определении теплопритока от блок–форм Q
.
/
полага-
2
ем, что блок–формы поступают в аппарат после оттаивания замороженных блоков, температура которых t
те охлаждаются до температуры t
= –25 ºС.
ф2
= 5 ºС, а в аппара-
ф1
Для данной конструкции грузового конвейера масса металла блок–форм на 1 м цепи конвейера составляет 140 кг/м, тогда теплоприток Q
/
(Вт) определяем как
2
′
wcgQ −=
к
,
tt
212фффф
где g
– масса металла блок–форм, приходящаяся на 1 м цепи
ф
конвейера; С
из которого изготовлены блок–формы, Дж/(кг
Дж/(кг
⋅К)).
– удельная теплоемкость алюминиевого сплава,
ф
⋅К) (С
= 838
ф
(
ρ
159
Тогда
Q′=⋅⋅ +=
2
)
.140 838 0, 00195 5 25 6863
Тепловой эквивалент работы вентиляторов воздухоохладителей ориентировочно примем 15 % от Q
, т. е.
2
132368823715,0
4
=⋅=Q
.
Тепловая нагрузка на воздухоохладитель
110589132366863882372253
0
=+++=Q
Изменение температуры воздуха в аппарате при замораживании рыбы находят из зависимости:
Q
0
0
,
вв
Δ=
t
0
V С
где c
– удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг⋅К); ρв – плот-
в
ность воздуха, кг/м.
Удельная теплоемкость воздуха при t
Дж/(кг·К), а плотность ρ
= 1,453 кг/м3;
в
110589
t СΔ= =
0
24,4310131,453
⋅⋅
= –30 ºC cв = 1013
c
o
3,1 .
Температура воздуха перед воздухоохладителем будет
следующей:
′
t С
=− + =−
c
3,1
30 28,45 ,
2
o
а после воздухоохладителя –
′′
t С
=− − =−
c
3,1
30 31,55 .
2
o
.
(
)
F
160
Разность между температурами воздуха и холодильного
агента из-за сравнительно небольшого изменения температуры в
грузовом отсеке аппарата можно принять как среднюю арифметическую величину. При температуре кипения холодильного
агента t
= –40 ºC
0
t= t t C
Δ−=−−−=
c
30 40 10 .
0
o
Теплопередающую площадь поверхности воздухоохладителя находят из зависимости:
Q
0
во
.
t
m
FΔ=
во
К
Принимая коэффициент теплопередачи воздухоохладителя
2
,
КмВтК
во
/12=
получают
110589
F м==
во
12 10
921,6
⋅
2
.
Полагаем, что воздухоохладитель выполнен из оребренных лентой труб диаметром 38
высотой ребра h
Площадь поверхности охлаждения 1 м такой трубы f
ставляет 1,08 м
= 30 мм, с шагом оребрения tp = 13,3 мм.
p
2
/м.
⋅2,5 мм, толщиной δ
= 0,8 мм и
р
/
со-
Тогда длина труб четырех воздухоохладителей
тр
во
=
′
f
L ==
16,92
08,1
,853
м
а длина труб одного воздухоохладителя
′
L ==
тp
853
4
.2,213
м