Расчет усушки

Введение.

Расчетная работа является одной из тем курса «Холодильные установки» - «Установление равновесного состояния в охлаждаемых помещениях»

.

Цель работы – определение равновесной относительной влажности воздуха в охлаждаемом помещении и расчет потери массы охлажденной продукции (усушки).

Исходные данные к заданию выбираются индивидуально каждым студентом по первым буквам фамилии, имени и отчества (таблица 1).

I. Расчет равновесной относительной влажности

воздуха в охлаждаемом помещении.

Стационарные процессы холодильного хранения пищевых продуктов осуществляются при поддержании в охлаждаемых объектах постоянных, не изменяемых по времени , параметров охлаждающей среды. Эти параметры должны устанавливаться и длительное время поддерживаться. Одним из таких параметров является относительная влажность воздуха в охлаждаемом помещении.

Относительная влажность воздуха ϕпм в охлаждаемом помещении самоустанавливается под действием баланса влаги, т. е. в результате стремления к равенству между влагопритоком Wпр в помещение и влагоотводом W0 из него. Скорость установления относительной влажности:

dτ = (Wпр − W0 )D ,

где D - коэффициент емкости помещения по количеству влаги, представляющий собой количество влаги (кг), которое нужно подать в помещение или отвести из него для того, чтобы изменить влажность воздуха на

единицу (например, на 1% относительной влажности). При установившемся состоянии, т. е. при постоянной относительной влажности:

ных источников, в частности, при подаче влаги регулятором влажности. Влагоотвод W0 в охлаждаемом помещения осуществляется конденсацией (десублимацией) водяного пара из воздуха на поверхности охлаждающих приборов. Тогда, баланс влаги будет иметь вид:

G + W = W0

В случае отсутствия влагопритоков W от различных источников, т.е. при учете влаговыделений только с поверхности продуктов, равновесная влажность воздуха (в %) определяется по следующей формуле:

где :

f (F ) - отношение площади поверхности испарения хранимых продуктов к площади поверхности охлаждающих приборов;

ϕ0 - минимальная относительная влажность, которая устанавливается

впомещении с tпм при температуре охлаждающей поверхности tоп ;

М - коэффициент, зависящий от температуры и скорости движения воздуха.

Величина f (F ) находится по формуле:

где:

βп - коэффициент испарения (или сублимации) с поверхности продукта, кг( м2сПа) ;

Fп - площадь поверхности испарения продуктов, находящихся в помещении (определяется в зависимости от вида продукта и способа его хранения - в штабеле, в подвешенном состоянии и т.д.),

β0 - коэффициент конденсации (или десублимации) на поверхности охлаждающих приборов, кг( м2сПа) ;

F0 - площадь поверхности охлаждающих приборов (из исходных дан-

ных), м2 .

Коэффициент испарения с поверхности продукта:

где:

α - коэффициент теплоотдачи от воздуха помещения к поверхности продукта, Вт( м2 К ) ;

А - психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха, [ПаК];

r - скрытая теплота парообразования (или сублимации), [кДжкг]

tпм и tп - температуры соответственно воздуха охлаждаемого помеще-

ния и поверхности продукта, O С .

При длительном хранении продукта температура tп на его поверхности будет равна температуре воздуха в камере, измеренной по мокрому термометру. Поэтому можно допустить, что: tп ≈ tмт .

где:

w - скорость движения воздуха над продуктом (из исходных данных),

[мс] .

Скрытая теплота парообразования определяется по справочной литературе. С достаточной точностью ее можно принять равной:

Подставляя в выражение (3) значения, вычисленные по формулам (4),

(5) и, в зависимости от состояния поверхности продукта (влага или лед), (6а) или (6б), определяют коэффициент βп .

Коэффициент конденсации (или десублимации) пара на поверхности

охлаждающих приборов определяют из отношения Льюиса:

где:

α0 - коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности охлаждаю-

щего прибора, Вт( м2 К ) ;

Коэффициент α0 определяют из критериального уравнения:

Nu = 0,14Gr0,33

или

где:

λв - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт( мК ) ;

dтр - заданный в условии задачи наружный диаметр трубы (если он

Параметры воздуха λв и vв находят в табл. 2 при средней температу-

ре:

tпб' - температура поверхности батареи, покрытой инеем, O С .

Температура tпб' поверхности батареи, покрытой инеем, принимается на 5 ÷ 6O С ниже температуры tпм воздуха в помещении:

tпб' = tпм − (5 ÷ 6)O С = tпм −θ

В свою очередь, температура кипения рабочего тела t0 принимается на 10O С ниже, чем температура воздуха в помещении, т.е.:

t0 = tпм −10O С

Коэффициент объемного расширения воздуха:

Найденные величины подставляют в формулу (9), а вычисленный коэффициент теплоотдачи α0 , подставляют в выражение (8) и определяют

β0 .

Площадь Fп поверхности испарения учитывает не геометрическую площадь поверхности продукта, а только ту фактическую, с которой про-

fп - удельная площадь эффективной поверхности испарения при хра-

нении мороженого мяса в штабелях; для штабеля массой 80 ÷100 т определяется по табл. 3.

где:

b - постоянный коэффициент для данного интервала температурtпм : b = 35[ПаК] для интервала температур 0 ÷ −10O С , b = 14,9[ПаК] для интервала температур −11 ÷ −20O С , b = 6, 2[ПаК] для интервала температур −21 ÷ −30O С и b = 3, 0[ПаК] для интервала температур −31 ÷ −40O С .

Подставляя в формулу (1) найденные значения, определяют равновесную влажность воздуха в охлаждаемом помещении.

Пример 1.

- предварительное значение влажности ϕпм' воздуха, которое обуслав-

ливается технологическими условиями, равно: ϕ ′ = _____ % ;

пм

- скорость движения воздуха над продуктом. w = ____[мс];

В камере установлены приборы охлаждения с непосредственным кипением рабочего тела.

По начальной букве имени в табл.1 находим:

- площадь поверхности приборов охлаждения F0 = _____[м2 ] (наружный диаметр труб_____ м);

- общую массу мясных полутуш Gп = _____[тонн].

Решение.

Расчёт целесообразно начинать с определения коэффициента теплоотдачи α по выражению (4). Для этого по диаграмме i − d находят температуру мокрого термометра tмт . Приtпм = _______[°С],ϕпм′ = _____ % температураtпм = _______[°С]. Допуская, что tп ≈ tмт вычисляют:

α = 3,198(tпм − tп )0,313

Зная скорость движения воздуха над продуктом, определяют психрометрический коэффициент А по формуле (5):

А = 65 + 6,75 [Па К] w

Так как поверхность мороженой продукции имеет кристаллическую

структуру, то при хранении будет происходить сублимация поверхностного слоя льда. Скрытая теплота сублимации определяется по формулам (6а),

(6б) и (7):

r = rc = rп + rл = 2500 + 335 + 2,1tпм .

Тогда коэффициент испарения, подсчитанный по выражению (3), будет равен:

β= α ×10−3 = __________________________________[кг (м2 сПа)]

пА× r

Для определения коэффициента конденсации β0 по выражению (8), необходимо по формуле (9) подсчитать коэффициент теплоотдачи α0 . По табл.2 находим λв и vв при средней температуре помещения:

λе = _____________[м2с]

vе = _____________[м2с]

Коэффициент объёмного расширения воздуха (10):

Разность между температурой воздуха в помещении и охлаждающей поверхностью батарей:

θ = tпм − tпб/ = _____________[°С]

Найденные значения подставляют в формулу (9):