10138

Искусственный холод требуется с момента, когда текущая температура на-ружного воздуха tн становится выше температуры основного периода хране-

ния для соответствующего СРС (точка а на рис. 8.4).

Максимальный расход холода Qх , Вт, необходимый для удаления биоло-

гической теплоты из насыпи:

Например, 1 июня в г. Ростове-на-Дону tн 18,2 °С, в г. Нижнем Новго-

роде tн 13,8 °С, в г. Томске tн 12,0 °С. Максимальный расход холода требует-

ся в июле, когда отмечается максимальная для этих регионов средняя темпера-

тура воздуха tн = 22 °С, 18 °С и 16,3 °С.

В летнем режиме хранения картофеля и овощей сооружения должны вы-

полняться как холодильники. К таким сооружениям предъявляются специаль-

ные требования: герметичность, соответствие технических характеристик наружных ограждений летнему режиму эксплуатации и др.

Семенной картофель перед посадкой проращивают. Для этого он нагрева-

ется за счет теплоты наружного воздуха до температуры 10…12 °С. На рис. 8.4

изменение температуры клубней при проращивании tк графически показано пунктирными линиями, т. е. tк2 ‒ tк1 ≈ 12 ‒ 4 = 8 °С.

Если в хранилище находится только семенной картофель, то колебания температуры наружного воздуха и ее отклонения от рекомендуемой влияет только на продолжительность периода проращивания.

8.2. Вихревые воздухоохладители

Хранение картофеля и овощей в весенний и летний периоды года вызы-

вает необходимость применения искусственных источников холода. Особенно-

сти формирования параметров микроклимата в овощекартофелехранилищах позволяют холодильным установкам на основе вихревых труб не только конку-

рировать по энергоэффективности с компрессионными, но и иметь по сравне-

240

нию с ними явные технологические и экономические преимущества. Кроме то-

го, вихревые трубы могут быть использованы в качестве источников теплоты в режиме аварийного отопления хранилищ.

Просматривается перспективная область применения вихревых труб в процессе сушки сельскохозяйственной продукции, когда по технологическим требованиям необходима попеременная подача в слой холодного и горячего воздуха (например, сушка чая, заготовка грубых кормов).

Рассмотрим принцип работы и основы расчета вихревых воздухоохлади-

телей, основной частью которых является вихревая труба (ВТ). Схематически конструкция противоточной вихревой трубы приведена на рис. 8.5. Вихревая труба представляет собой гладкую цилиндрическую или коническую трубу 4,

снабженную тангенциальным соплом 1 с улиткой, диафрагмой с осевым отвер-

стием 2 и дросселем 3.

Рис. 8.5. Схема противоточной вихревой трубы

При подаче сжатого воздуха через тангенциальное сопло 1 в трубе 4 об-

разуется интенсивный круговой поток, приосевые слои которого заметно охла-

ждаются и отводятся через отверстие диафрагмы 2 в виде холодного потока, а

периферийные слои подогреваются и вытекают через дроссель 3 в виде горяче-

го потока. По мере прикрытия дросселя общий уровень давления в ВТ повыша-

ется, и расход холодного потока через отверстие диафрагмы увеличивается при соответствующем уменьшении расхода горячего потока. При этом температура холодного и горячего потоков также изменяется. Вихревой эффект включает в

241

себя сложные газодинамический и термодинамический процессы, происходя-

щие в пространственном турбулентном потоке вязкого сжимаемого газа.

Величины и критерии, являющиеся основными для построения характе-

ристик вихревых труб, — температура и полное давление: Т1* и p1* для посту-

пающего в сопло сжатого воздуха; Т х* и pх* для холодного потока; Т г* и рг* для горячего потока.

Эффекты охлаждения холодного потока и нагревания горячего потока,

соответственно, выразятся величинами:

При общем массовом расходе сжатого воздуха G = Gх + Gг, расходе хо-

лодного потока Gх и горячего потока Gг коэффициент расхода холодного пото-

нью расширения воздуха в ВТ — отношение полного давления поступающего

Характеристики вихревой трубы строятся в виде функции t = f(μ) (рис. 8.6). На характеристиках отчетливо виден характер изменения величин tх и tг

в зависимости от параметра μ (при = 6).

При известном эффекте охлаждения tх можно подсчитать эффект подо-

грева tг, т. к. при отсутствии теплообмена с окружающей средой энергия вы-

ходящих из вихревой трубы потоков равна энергии входящего потока. Обозна-

чив удельные энтальпии входящего, холодного и горячего потоков, соответ-

ственно, i1, iх, iг, уравнение энергии для 1 кг проходящего через ВТ воздуха можно записать в виде:

242

На рис. 8.6 видно, что значение qх имеет максимум при 0,6. В то же время максимальное понижение температуры воздуха по абсолютной величине

tх в вихревой трубе наблюдается при значениях относительного массового по-

Рис. 8.6. Типовая характеристика вихревой трубы (зависимость tх и tг от μ)

На характеристики вихревой трубы влияют ее геометрические размеры,

термодинамические параметры воздуха, отвод теплоты от стенок горячей части и др. Исходные данные, последовательность расчета и конструирования вихре-

вых труб рассмотрены в [4, 36].

243

Необходимый эффект охлаждения tх определяется по (8.5).

Требуемый эффект нагревания определяется по (8.5), расход горячего по-

Расход холода в осенний период хранения находится по (8.3), а в весенне-

летний период хранения определяется по зависимости (8.4).

При использовании вихревых труб рациональна установка их в блоки для получения расчетной (заданной) холодопроизводительности. Схема обвязки блока из 10 одинаковых вихревых труб приведена на рис. 8.7.

Рис. 8.7. Принципиальная схема обвязки блока вихревых труб: 1 — вихревая труба; 2 — регулирующий дроссель; 3 — магистральная труба сжатого воздуха; 4 — магистраль холодного воздуха; 5 — магистраль горячего воздуха; 6 — отключающая арматура; 7 — термометр; 8 — манометр; 9 — воздуховод системы активной вентиляции

244

Вихревые трубы 1 снабжаются сжатым воздухом из магистральных труб сжатого воздуха, соединенных с компрессором. Холодный поток воздуха по-

ступает в магистраль холодного воздуха 4, а горячий — в магистраль горячего воздуха 5.

Регулирование относительного расхода воздуха каждой вихревой трубой осуществляется дросселем 2. Для контроля температуры сжатого, холодного и горячего воздуха предназначены термометры 7, а давления — манометр 8. По-

сле вихревой трубы воздух поступает в приточный воздуховод 9, имеющий свою систему регулирования и контроля параметров. Установка режимов рабо-

ты индивидуальных вихревых труб, а также блока вихревых труб по периодам года осуществляется отключающей арматурой 6. В осенний и весенний перио-

ды года горячий поток воздуха удаляется в атмосферу, а холодный поток направляется в приточный воздуховод системы вентиляции. В холодный пери-

од года горячий поток воздуха поступает в приточный воздуховод, а холодный поток удаляется в атмосферу.

При эксплуатации вихревых труб, установленных в блоке, следует учи-

тывать ряд практических рекомендаций. Все вихревые трубы блока должны иметь одинаковые характеристики. Сложность обеспечения постоянства отно-

сительного массового расхода μ холодного потока для всего периода работы в режимах охлаждения (нагревания) обусловлена наложением аэродинамических характеристик параллельно установленных ВТ, что приводит к отклонению от расчетных режимов работы труб.

Проведены количественные сопоставления по приведенным затратам и выявлены допустимые области применения аналогичных по производительно-

сти рассматриваемым вихревым трубам парокомпрессионных генераторов хо-

лода и детандеров [36]. На рис. 8.8 изображена зависимость максимальной про-

изводительности вихревого холодильника с адиабатной вихревой трубой от го-

довой производительности его работы. Точки, лежащие в заштрихованных об-

ластях кривых, соответствуют равенству приведенных затрат вихревого и дру-

гого сравниваемого с ним охладителя.

245

Рис. 8.8. Зависимость максимальной производительности вихревого холодильника от годовой производительности: 1 — относительно вихревого холодильника с турбохолодильниками; 2 — относительно вихревого холодильника с холодильниками, использующими фреон

Наличие двух кривых и расположенных между ними заштрихованных областей для турбодетандеров 1 и для парокомпрессионных холодильников 2

дано для случаев, когда отношения стоимости электроэнергии различаются в 3

раза. Точки заштрихованных областей соответствуют равенству приведенных затрат вихревого и сравниваемого с ним другого типа охладителя. Область,

расположенная ниже кривой, соответствует меньшим, а область выше кривой,

большим приведенным затратам на вихревые холодильники по сравнению с со-

поставляемым типом охладителя воздуха.

Анализ приведенных на рис. 8.8 данных показывает, что экономичность вихревых холодильников снижается с увеличением их производительности и годовой продолжительности работы. Это объясняется большими энергетиче-

скими затратами при производстве сжатого воздуха, который является «рабо-

чим телом» вихревой трубы. При годовой продолжительности работы до 2 000

ч и максимальной цене электроэнергии вихревой холодильник имеет предель-

ную по приведенным затратам производительность 145 и 70 м3/ч, соответ-

ственно, по сравнению с турбодетандерным и парокомпрессионным способами охлаждения.

246

8.3. Воздуховоды равномерной раздачи и всасывания

Производственные сельскохозяйственные здания имеют прямоугольные удлиненные размеры в плане. Поэтому подача воздуха в расчетных объемах в конкретную рабочую зону из единого центра обработки приточного воздуха имеет первостепенное значение. Своевременное равномерное удаление загряз-

ненного воздуха из рабочей зоны также способствует поддержанию допусти-

мых параметров микроклимата.

Воздуховоды равномерной раздачи

Для равномерной раздачи воздуха через щели в воздуховоде постоянного поперечного сечения требуется постоянное статическое давление по длине воз-

духовода. В приточном воздуховоде основная масса воздуха направляется к концу воздуховода. Объясняется это тем, что при попутной раздаче воздуха и постоянном поперечном сечении воздуховода скорость в канале уменьшается, а

статическое давление увеличивается. Скорость выхода воздуха в начале щели воздуховода имеет большую составляющую динамического давления, поэтому воздух вытекает под острым углом к продольной оси и часто настилается на стенку воздуховода. Направление струи вытекающего из щели воздуха при-

ближается к нормальному относительно оси воздуховода в глухом конце воз-

духовода, где составляющая динамического давления резко уменьшается. Такое распределение скорости и направления струи не позволяет получить удовле-

творительный эффект равномерной раздачи воздуха по длине воздуховода.

Разработан воздуховод равномерной раздачи воздуха переменного сече-

ния с постоянным статическим давлением по всей длине и предложена методи-

ка его расчета [37]. Чтобы сохранить статическое давление постоянным по длине воздуховода, необходимо, чтобы потери на трение компенсировались со-

ответствующим уменьшением динамического давления. Это достигается за счет изменения сечения воздуховода. В этом случае при постоянной высоте ширина его будет переменной.

247

где l — длина воздуховода;

b b / l — относительная высота воздуховода, постоянная по длине; a a / l — относительная ширина начального сечения;

Так как относительная длина может изменяться от 0 до 1, то и пределы для значения А выбираем те же. Это допущение соответствует решению боль-

шинства практических задач. Поэтому, можно заранее вычислить коэффициен-

ты α и с тем, чтобы расчет вести по формуле (8.17).

Рис. 8.9. К расчету воздуховода равномерной раздачи

При вычислении коэффициента аэродинамического трения воздуха о стенки среднюю ширину воздуховода принимают равной половине начальной

аср = а / 2. Тогда эквивалентный диаметр среднего сечения: dэкв = 2асрb / (аср + b) = 2а1b / (а1 + 2b); число Рейнольдса Reср = vсрdэкв / ν v1dэкв/ ν. По Reср и относи-

тельной шероховатости определяется .

248

При расчете сначала находят вспомогательную величину А, характери-

зующую потерю давления на трение в воздуховоде: А = l / 4b. Задаваясь раз-

личными значениями х / l, определяют соответствующие ах по формуле (8.17),

принимая коэффициенты, зависящие от А и х / l, из табл. 8.4.

Полное аэродинамическое сопротивление воздуховода складывается из статического давления в воздуховоде (постоянного по всей длине) и динамиче-

ского давления в начальном его сечении.

Статическое давление в воздуховоде зависит от формы отверстий для вы-

пуска воздуха и от скорости истечения через них. Формула для определения

где — коэффициент местного сопротивления отверстия; vвв — скорость воз-

духа в воздуховоде, м/с.

Таблица 8.4

К расчету воздуховодов равномерной раздачи