Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Расчет усушки

.pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
04.05.2015
Размер:
413.15 Кб
Скачать

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ (МГУПП)

Кафедра “Теплотехнологии, холодильные системы и энергосбережение”

Холодильные установки

ОПРЕДЕНИЕ РАВНОВЕСНОЙ ОТНОСИТЕЛЬНО ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА В ОХЛАЖДАЕМОМ ПОМЕЩЕНИИ. РАСЧЕТ УСУШКИ ПРОДУКТА.

Методические указания к практическим занятиям, курсовому и дипломному проектированию для студентов 141200.62 ,190603.62 .

Москва 2013

dϕпм

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:

 

dϕпм

dτ = 0 ,

следовательно,

Wпр

= W0

Один из важнейших влагопритоков - испарение влаги с поверхности

продуктов (усушка)

G . Кроме того,

влагопритоки W могут быть от раз-

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:

ϕпм =

f (F ) +ϕ0 M

×100

,

(1)

f (F ) + М

 

 

 

 

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:

f (F ) =

β F

 

п п

,

(2)

β F

 

0

0

 

 

где:

м2 ;

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:

βп =

α

,

(3)

103 А× r

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]

Коэффициент теплоотдачи можно вычислить по

уравнению

Н.А.Герасимова:

 

α = 3,198(tпм - tп )0,313 ,

(4)

где:

 

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 .

Чтобы определить температуру tмт

по мокрому термометру, необхо-

димо при известных tпм и ϕпм' (табл.1)

воспользоваться диаграммой i d

для влажного воздуха.

 

 

 

Психрометрический коэффициент

А [Па К]

определяют по уравне-

нию:

 

 

 

А = 65 +

6, 75

,

(5)

 

 

 

w

 

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:

 

r = rп = 2500[кДж кг],

(6а)

Скрытая теплота сублимации rс складывается из скрытой теплоты па-

рообразования rп

и скрытой теплоты плавления льда rл , т.е:

 

 

r = rс = rп + rл ,

(6б)

здесь

rл = 335 + 2,1tпм [кДж кг] ,

(7)

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:

β0

= α0 ,

(8)

 

m

 

где:

α0 - коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности охлаждаю-

щего прибора, Вт( м2 К ) ;

m -

опытный коэффициент, который можно принять

m = 0,12 ×109 ДжПа (кгК ) .

 

 

Коэффициент α0 определяют из критериального уравнения:

Nu = 0,14Gr0,33

или

 

 

α0dтр

 

 

 

3

βвθ

 

 

0,33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,14

gdтр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λв

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vв

 

 

 

 

откуда:

α

 

 

λ

gd 3

β θ 0,33

 

 

= 0,14

в

 

тр

в

 

,

(9)

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

dтр

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vв

 

 

 

где:

λв - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт( мК ) ;

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

является определяющим размером), [м] ;

 

 

g - ускорение свободного падения, м с2 ;

 

 

βв

- коэффициент объемного расширения воздуха, 1

 

С ;

 

 

O

 

vв

- кинематическая вязкость воздуха, м2 с ;

 

 

θ

- разность между температурами воздуха в помещении tпм и ох-

лаждающей поверхности tпб' , O С .

 

 

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

ре:

tпм

=

tпм + tпб'

 

ср

2

 

 

где:

 

 

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:

βв

=

 

1

,

(10)

 

+ tпм

 

273

 

 

 

ср

 

 

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-

исходит испарение (сублимация) влаги (льда):

 

Fп = Gп fп

(11)

где:

 

Gп - заданная общая масса продукции в камере хранения, [кг] ;

 

fп - удельная площадь эффективной поверхности испарения при хра-

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

Используя выражение (2), определяют величину f (F ) .

 

 

Минимальная относительная влажность ϕ0

определяется как отноше-

ние давления насыщенного водяного пара р0"

над поверхностью охлаж-

дающего прибора к давлению насыщенного водяного вара

рпм"

в камере

при tпм :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

=

р"

 

 

 

0

0

 

 

 

 

(12)

р"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пм

 

 

 

Давление насыщенных водяных паров находят по i d

диаграмме или

в таблицах состояния влажного воздуха:

 

 

 

 

 

 

 

р0" - при ϕ = 1 и tоп , при этом температура охлаждаемой поверхности:

tоп = t0 + (1 ÷ 2)O С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рпм" - при ϕ = 1 и tпм .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент М можно определить по формуле:

 

 

М = 1 +

b

 

 

 

(13)

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

Первая буква фамилии студента -

, имени -

, отчества - .

Определить равновесную относительную влажность воздуха в камере

хранения мороженого мяса в штабелях (

 

). По начальной бук-

ве фамилии в табл. 1 находим:

 

 

- температуру воздуха в камере tпм

= _______[°С];

- 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:

t

 

=

tпм + tпб/

= ______________________[°C]

пм

 

 

2

 

 

 

 

λе = _____________[м2с]

vе = _____________[м2с]

Коэффициент объёмного расширения воздуха (10):

β

 

=

 

1

= _____________[°С

−1 ]

е

 

+ tпм

 

273

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ср

 

 

Разность между температурой воздуха в помещении и охлаждающей поверхностью батарей:

θ = tпм tпб/ = _____________[°С]

Найденные значения подставляют в формулу (9):