РАСЧЕТ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЕСТЕСТВЕННОГО ХОЛОДА
Расчет параметров в начальный момент времени
Для расчета в начальный момент времени мощность теплового потока 
, Вт, снимаемого от молока приравниваем к тепловой мощность 
, Вт, воспринимаемой водой:
Тогда уравнение примет вид:
(3.3)
Подставим уравнение 3.3 в уравнение 3.2 и выразим температуру нагретой воды 
:
где 
- плотность молока, кг/м3;
- объем охлаждаемого молока, м3;
- время охлаждения молока, с;
- изобарная удельная теплоемкость молока, Дж/(кг*К);
- начальная температура молока, К;
- конечная температура молока, К.
- объемный расход охлаждающей воды, м3/с.
– плотность воды, кг/м3;
- изобарная удельная теплоемкость воды, Дж/(кг*К);
- температура охлажденной воды, К;
- температура нагретой воды; К.
Из расчета можно сказать, что за временной отрезок 60 секунд вода нагрелась на 21,81 
.
Для расчета в начальный момент времени приравниваем тепловой поток тосола 
и тепловой поток наружного воздуха 
:
Тогда уравнение примет вид
В начальный момент времени при 
, конечная температура тосола 
и 
будут постоянными:
Проведем преобразование выражения для нахождения толщины слоя льда
Заменим коэффициенты перед 
в разных степенях:
| 
|
| 
|
| 
|
| 
|
| 
|
| 
|
Тогда уравнение примет вид
|
|
|
Решим уравнение, применив математический пакет Wolfram Mathematica 10.4
Получим 5 корней, четыре из которых комплексные, а один действительный. Полученный действительный корень будем считать решением, а именно, толщиной намороженного льда на трубке теплообменника за 
При данном режиме работы системы, постоянной аккумуляции льда не происходит, так как весь лед, намороженный за итерацию, расходуется на охлаждение воды.
Далее рассчитаем температуры тосола и воды на выходе из теплообменника.
Найдем объем намороженного льда, считая его равномерным на всей поверхности змеевика:
Энергия, затрачиваемая на таяние льда:
Для воды:
где 
Для тосола:
Полученные значения подставляем в формулу 3.21 и проводим дальнейший расчет, делая шаг по времени 300 сек (5 мин.). Результаты расчета представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Результаты расчетов
| Показатель |
| ||||||||||
| 0 | 60 | 300 | 600 | 900 | 1200 | 1500 | 1800 | 2100 | 2400 | 2700 | |
| Температура молока | 34 | 31,7 | 27 | 21,6 | 16,3 | 12,8 | 9,3 | 7,5 | 5,8 | 4,6 | 4 |
| Температура воды | 4 | 17 | 13,3 | 10,1 | 8,1 | 6 | 4,8 | 4,5 | 4,2 | 4,1 | 4 |
| Температура тосола | 4 | -10 | -14 | -17 | -19 | -19 | -19 | -19 | -19 | -19 | -19 |
Экспериментальная установка для охлаждения молока с использованием естественного холода
|
|
|
Описание установки
На кафедре "Сельскохозяйственные машины и оборудование" была спроектирована и построена экспериментальная лабораторная установка для охлаждения молока с использованием естественного холода. Конструкция лабораторной установки позволяет проводить эксперимент с различными охладителями молока, такие как: танки охладители, пластинчатые охладители и поточные охладители. Имеется возможность быстрого перехода с одного типа охладителя на другой.
На рисунке 4.1 представлена экспериментальная установка для охлаждения молока с использованием естественного холода.
Рисунок 4.1 - Экспериментальная установка для охлаждения молока с использованием естественного холода.
Установка была изготовлена силами сотрудников кафедры "Сельскохозяйственные машины и оборудование", а так же "Ремонт машин".
На рисунке 4.2 представлена принципиальная схема установки для охлаждения молока с использованием естественного холода
Рисунок 4.2 – Принципиальная схема установки для охлаждения молока с использованием естественного холода
1 радиатор; 2 – насос тосола; 3 – электродвигатель с вентилятором; 4 – змеевик; 5 – теплообменник; 6 – насос воды; 7 – Поточный охладитель; 8 – насос воды; 9 – танк охладитель.
|
|
|
Внешний контур, заполненный тосолом, представляет собой трубчатый оребренный теплообменник с вентилятором. В качестве теплоносителя используется тосол-40 с температурой замерзания -40 оС. Теплообменник изготовлен из меди, а для его обдува используется 5ти лопастной осевой вентилятор, соединенный с электродвигателем. Используется электродвигатель асинхронный 3х фазный, мощностью 0,75 кВт с максимальными оборотами 2850 об/мин.
Внешний контур соединен с теплообменником внутри помещения. В алюминиевом баке установлен медный змеевик, в котором так же циркулирует тосол. Змеевик омывается очищенной от примесей водой. Вода в свою очередь поступает в водяную рубашку конусообразного охладителя "Шмидта", где и охлаждается молоко.
Теплообменники хорошо теплоизолированы, материалом "ПЕНОПЛЕКС" толщиной 50 мм. Трубопроводы выполнены из ПВХ труб, которые также теплоизолированы, в следствие этого, при проведении экспериментальных исследований, теплопотерями можно пренебречь.
Жидкости циркулируют при помощи циркуляционных насосов для отопления. Насосы имеют 3 режима, чем мы и будем пользоваться для регулировки подачи жидкостей.
|
|
|
Измерительные приборы
Рисунок 4.3 - Лазерный тахометр
Для измерения частоты вращения вентилятора используется лазерный тахометр. Лазерный тахометр обладает низкой погрешностью, прост в использовании. Принцип работы тахометра прост, лазерный луч наводится на светоотражающую поверхность, наклеенную на вал электродвигателя и на LED дисплее показывает количество оборотов в мин.
Рисунок 4.4 – Анемометр с зондом-крыльчаткой Testo 417
Для измерения воздушного потока используется анемометр, частоту вращения вентилятора регулируем при помощи частотного преобразователя, который подключен к электродвигателю. Измерение воздушного потока проводится на входе в трубчатый теплообменник и на выходе из его.
Рисунок 4.5 - Электронный расходомер жидкости
Для измерения скорости течения жидкости в трубопроводе используются электронные расходомеры. Расходомеры имеют низкую погрешность измерений и легко тарируются. Устанавливаются непосредственно в трубопровод по движению потока жидкости. Основаны на принципе работы датчика "Холла". Турбина внутри расходомера вращается и передает сигнал на LED дисплей. Расход жидкости измеряется в литрах в мин.
Рисунок 4.6 – Пульт управления установкой
На пульте управления расположены 2 выключателя, которые включают насосы перекачиваемых жидкостей (тосола и воды). LED дисплеи датчиков температур расположены в верхней части пульта управления. Датчики установлены на входах и выходах из аккумулятора холода и охладителя молока, они показывают температуры жидкостей в текущий момент времени. В правой части пульта управления установлен регулятор частоты вращения вентилятора, который подключен к частотному преобразователю, для плавной регулировки оборотов электродвигателя.
Рисунок 4.7 - Датчики температуры
Для контроля температуры на входах и выходах теплообменников используются температурные датчики с LED дисплеями, которые наглядно показывают температуру жидкостей с минимальной погрешностью. Работают датчики по принципу термопары выводя сигнал на LED дисплей, они водонепроницаемы и установлены в трубопровод, а дисплеи расположены на пульте управления установки.
Рисунок 4.8 - Мерная трубка
Для измерения массы льда используется мерная трубка установленная в теплообменнике. При намораживании льда, столб воды будет подниматься, что наглядно покажет объем намороженного льда. Зная коэффициент расширения воды можно рассчитать объем намораживаемого льда, а зная плотность можно рассчитать и его массу. (для справки: плотность льда – 917 кг/м3, плотность воды – 1000 кг/м3, то есть объем увеличивается в 1.1 раза).
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1319; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!