С вынужденным движением воздуха

Исходные данные. Камера однофазного замораживания мяса обору­дована воздухоохладителями с системой воздухораспределения типа «ложный потолок».

№ вар	Производительность камеры G, т/сут	Темпер. воздуха в камере tпм, °С	Продолжительность цикла замо­раживания tц, ч	Темпер. поступления мяса tnoc, °С	Конечная темпер. в центре бедра tкон.ц, °С	Темпер. окружающей среды tо.с, °С	Высота камеры Нкам, м
1.	1,5	-38			-32		5,5
2.		-32			-24
3.		-30			-22		6,5
4.	7,5	-28			-17
5.		-26			-19		5,5
6.		-24			-16		6,5
7.		-22			-18
8.		-20			-16		6,5
9.		-30			-25
10.		-28			-21
11.		-26			-14		5,5
12.		-25			-16		6,5
13.		-24			-18
14.		-22			-22		5,5
15.		-20			-24		7,5
16.		-30			-21
17.		-28			-20		5,5
18.		-26			-19
19.		-28			-16		6,5
20.		-28			-17		5,5
21.		-26			-18		5,5
22.		-26			-16		6,5
23.		-24			-17
24.		-24			-18		6,5
25.		-22			-16
26.		-22			-14
27.		-20			-15		5,5
28.		-20			-14		6,5
29.		-18			-12
30.		-18			-10		5,5

Цель расчета. Определить вместимость камеры и ее размеры, при­веденный коэффициент теплоотдачи от замораживаемого мяса, ско­рость движения воздуха в зоне бедренной части полутуши, скорость выхода воздуха из щелевых сопел, число сопел, объемный расход воз­духа через камеру, тепловую нагрузку на холодильное оборудование ка­меры, число воздухоохладителей, соответствие вентиляторов воздухо­охладителей требуемому режиму эксплуатации камеры.

Методика расчета. Продолжительность замораживания мяса t мень­ше времени цикла на период загрузки и выгрузки мяса t_з:

t = t_ц - t_з

Для камеры замораживания мяса периодического действия производительностью 15...30 т/сут можно принять продолжительность за­грузки и выгрузки t _з = 2 ч. Тогда продолжительность замораживания мяса

t = 32-2 = 30 ч.

Вместимость камеры

Строительная площадь камеры (м²)

где g_f – норма загрузки камеры мясом в полутушах, размещенных на подвесных путях, т/м²; принимаем g_f = 0,25 т/м².

Длину подвесных путей можно определить из нормы нагрузки:

где g₁ – норма загрузки подвесных путей мясом в полутушах, т/м; принимаем g₁ = 0,28 т/м.

Принимаем ширину камеры равной В_кам = _____м, а длину L_кам = _____м. Размещаем подвесные пути с учетом отступа от колонн 0,5 м и минимальным расстоянием между подвесны­ми путями l_min = 0,9 м. В этом случае рабочая часть одной нитки подвесного пу­ти будет составлять:

l_раб1 = L_кам - 2× l_min = - = м,

По ширине камеры можно расположить п = ниток (рис. 7.1). Действительная вместимость камеры составит М_{Д ,} (т):

Действительная строительная площадь камеры F_{кам.д ,}(м²):

F_кам.д = L_кам × В_кам =

Действительная производительность камеры замораживания дос­тигнет G_Д, (т/сут):

Чтобы продолжительность однофазного замораживания мяса со­ставила t = ч при температуре воздуха в камере t _пм = °С, следует создать необходимую скорость движения воздуха в зоне бедренной час­ти полутуши w _б. С этой целью определим приведенный коэффициент теплоотдачи от поверхности полутуши к воздуху:

где: с₀, с_з – удельная теплоемкость, соответственно, охлажденного и замороженного мя­са, (c₀ = 3300 Дж/(кг×К), с_з = 2500 Дж/(кг×К));

с_w – удельная теплоемкость, учитывающая долю вымораживаемой воды (с_w = 11400 Дж/(кг×К));

r_м – плотность мяса (r_м = 1050 кг/м³);

d_м – толщина бедренной час­ти полутуши (для полутуш крупного рогатого скота массой 80...90 кг d_м = 0,20...0,25 м);

t_пос – начальная температура мяса;

t_кр – криоскопичиская температура (для мяса t_кр = -1 °С);

t_кон.ц - конечная температура мяса в центре бедра.

Принимая, что коэффициент теплоотдачи при испарении воды в процессе однофазного замораживания в камере с воздушной системой охлаждения составляет a_и = 1,5...2,0 Вт/(м²×К), находим значение конвективного коэффициента теплоотдачи:

a_к = a_пр - a_и = - = Вт/(м²×К).

При расчете скорости движения воздуха в зоне бедренной части w_б используем уравнение подобия для теплообмена полутуши:

где: l_в – теплопроводность воздуха, Вт/(м×К), принимается в зависимости от температуры воздуха в камере t_пм (см. приложение 1);

v_в – кинематический коэффициент вязкости воздуха, м²/с, также принимается в зависимости от t_пм (см. приложение 1).

Скорость движения воздуха в зоне бедренной части w_б, (м/с):

Воздух в камеру поступает через щелевые сопла ложного потолка. Длина сопла l_s = 0,6 м, а ширина 2b₀ = 40 мм. Расстояние между со­плами принимаем l_р = 0,2 м.

Скорость воздуха на выходе из щелевого сопла w₀, (м/с), определяем по формуле:

где: а_т – коэффициент турбулентной структуры струи (для плоского сопла а_т = 0,12);

l_б – расстояние от сопла до бедренной части полутуши (l_б = 1,1 м.);

b₀ – ширина сопла (b₀ = 0,02 м.).

В камере конструктивно предусматриваем девять рядов сопел вдоль одной длинной стены с окном для возврата воздуха к воздухоохладите­лям. Каждый ряд сопел располагаем на участке, соответствующем дли­не подвесного пути. Таким образом, в одном ряду размещаем

n_s1 = l_раб1 /(l_s + l_р) =

Общее число сопел n_s, (шт.):

n_s = 9× n_s1 =

Сечение одного сопла f_s, (м²):

f_s = l_s×2× b₀ =

Общее живое сечение всех сопел камеры F_щ, (м²):

F_щ = n_s× f_s =

Объемная подача воздуха V₀ , (м³/с):

V₀ = F_щ× w₀ =

Общий теплоприток в камеру Q_о (Вт), складывается из теплопритоков через ограждающие конструкции Q₁, от замораживаемого мяса Q₂ и эксплуа­тации оборудования Q₃:

Q_о = Q₁ + Q₂ + Q₃.

Теплоприток Q₁ (Вт) через ограждающие конструкции камеры складывается из теплопритоков исходящих от наружной стены, от стены с коридором, от обогреваемого пола и от перекрытия:

Q₁ = k₁×B_кам×Н_кам×(t_о.с – t_пм) + k₂×B_кам×Н_кам×(t_к – t_пм) + k₃×B_кам×L_кам×(t_пол – t_пм) + k₄× B_кам×L_кам ×(Δt_с – t_пм) =

где: k₁ – коэффициент теплопередачи ограждения от наружной стены, k₁ = 0,20 Вт/(м²×К);

k₂ ­– коэффициент теплопередачи ограждения от внутренней с коридором стены, k₂= 0,22 Вт/(м²×К);

k₃ – коэффициент теплопередачи ограждения от обогреваемого пола k₃ = 0,23 Вт/(м²×К);

k₄ – коэффициент теплопередачи от покрытия k₄ = 0,17 Вт/(м²×К);

Н_кам ­– высота камеры, м (выбирается из задания);

В_кам – ширина камеры, м;

L_кам – ширина камеры, м;

t_о.с – температура воздуха окружающей среды, ˚С (выбирается из задания);

t_пол – температура обогреваемого пола, t_пол = 2 °С;

Δt_c – избыточная разность температур от солнечной радиации, Δt_c = 18 ˚С;

Теплоприток от замораживаемого мяса (кВт):

где: К – коэффициент, учитывающий неравномерность теплопритока от продукта в про­цессе замораживания в камере периодического действия (К = 1,4... 1,7);

i_пост – удельная энтальпия поступающего мяса принимается в зависимости от t_пос (см. приложение 3), кДж/кг;

i _вып – эн­тальпия замороженного мяса, при конечной среднеобъемной температуре t_к = - 20 ˚С (см. приложение 3), кДж/кг.

Эксплуатационные теплопритоки (кВт) от двигателей вентилято­ров принимаем ориентировочно:

Q₃ = А× F_кам.д =

где: А — коэффициент, учитывающий мощность электродвигателей в камере холодиль­ной обработки, А = 0,1...0,2 кВт/м².

Тепловую нагрузку на камерное оборудование определяем по формуле???:

Q_о =

Площадь теплообменной поверхности воздухоохладителей (м²):

где: k₀ – коэффициент теплопередачи воздухоохладителя (см. приложение 4), Вт/(м² × К);

q₀ – температурный напор, принимаем в пределах 6... 10 К.

Принимаем к установке в камере воздухоохладители _____________ (см. приложение 11). Воздухоохладитель имеет площадь теплообмен­ной поверхности f_во = _____ м², шаг оребрения t_р = _____ мм, шаг между трубами s_p = _____ мм, диаметр вентилятора d_вен = _____ м, мощность элек­тродвигателя одного вентилятора N_вен = _____ кВт, число вентиляторов n_вен = ____шт, общая объемная подача вентиляторов V_вен = ______ м³/ч. Га­баритные размеры воздухоохладителя: длина l_во = ______ мм, ширина b_во =________ мм, высота h_во = _______ мм, масса m_во = ______ кг.

Тогда число ус­тановленных воздухоохладителей n_во, (шт):

Принимаем к установке ____ воздухоохладителей.

Суммарная объ­емная подача V_c, (м³/с) всех вентиляторов воздухоохладителей:

V_c = n_во× V_вен

Действительная тепловая нагрузка Q_Д, (кВт) на камерное оборудование со­ставляет:

Q_Д = Q₁ + Q₂ + n_вен× N_вен

Площадь теплообменной поверхности установленных воздухоохла­дителей соответствует расчетному значению Q₀ .

Размещение в камере подобранных воздухоохладителей показано на рис. 7.2.

Потеря напора, развиваемого вентиляторами воздухоохладителей, складывается из статического напора перед соплами Dр_с, потерь напора в батарее воздухоохладителя Dр_во, потерь напора на входе воздуха в вен­тилятор и на выходе из вентилятора Dр_вх, потерь напора на четырех

по­воротах потока воздуха Dр_п:

Dр=Dр_с+Dр_во+Dр_вх+Dр_п

Статический напор Dр, (Па) перед щелевыми соплами: при требуемой скорости потока w₀ = м/с

При развиваемой вентиляторами скорости потока

w₀ = V_c/F_щ

где f₀ – коэффициент скорости истечения воздуха из сопла.

Потери напора на входе воздуха в вентилятор и на выходе из него:

где z_вх – коэффициент местного сопротивления, который зависит от отношения сече­ний потока до и после сопротивления:

(здесь S_вен –сечение вентиляторов, м²; S_кан – сечение канала, равное произведению длины камеры на высоту воздухоохладителей, м²); w_вх – скорость воздуха на входе в вентилятор и на выходе из него, м/с;

(здесь V_с – суммарная объемная подача вентиляторов, м³/ч; d_вен – диаметр вентилятора, м).

Потери напора на четырех поворотах потока воздуха Δр_пов, (Па):

где z_п –коэффициент местного сопротивления поворота потока; w_п – скорость воздуха на поворотах (считаем, что высота канала на повороте равна высоте воздухоохладителя), м/с;

Потери напора (Па) в батарее воздухоохладителя с пластинчатым оребрением (см. приложение 11 )

где: l_р – длина ребра в направлении движения воздуха, м, l_р = 1 м; d_э –эквивалентный диаметр суженного сечения между трубами и ребрами, м;

(здесь U – расстояние между ребрами с учетом инея; U = t_р - 2×d_и - d_р =

t_р – шаг оребрения, мм; t_р = 12 мм; d_и – толщина инея, мм; d_и = 1 мм; d_р – толщина ребра, мм; d_р = 0,5 мм; s_p –шаг между трубами, мм; s_p = 50…60 мм; w_ж – скорость воз­духа в живом сечении батареи воздухоохладителя, м/с;

f – коэффициент сжатия струи;

где: d_н – наружный диаметр трубы, м.

Таким образом, суммарная величина потерь напора составляет:

Dр=Dр+Dр_вх+Dр_п+Dр_во =

Потеря напора соответствует характеристике установленного вен­тилятора, следовательно, подобранные воздухоохладители удовлетво­ряют условиям задачи.

Действительная мощность электродвигателей вентиляторов при их КПД h_вен = 0,7 составит:

Действительная тепловая нагрузка на воздухоохладители камеры будет равна Q_0Д, кВт:

Q_0Д = Q₁+ Q₂ + Q₃ =

что примерно соответствует принятой Q₀ = ________.

Подохлаждение воздуха в воздухоохладителях Dt _в, ˚С составит:

где: с_в – удельная теплоемкость воздуха при температуре воздуха камеры, кДж/(кг×К), (приложение 1);

ρ_в – плотность воздуха, кг/м³.

Согласно технологическим требованиям, нагрев воздуха в камере должен составлять Dt _в = 2...4 °С, (приложение 1);

Кратность циркуляции воздуха в камере (ч^-1)

V_c – суммарный объ­емный расход воздуха, м³/ч.

Удельные затраты металла на камерные охлаждающие устройства g_М, кг/м², при массе воздухоохладителей т_во = _________.

Удельные затраты электроэнергии от работы вентиляторов воздухо­охладителей при замораживании 1 т мяса, полагая оборачиваемость ка­меры стократной в течение года:

Приложение 1. Физические свойства сухого воздуха

Температура, °С	Плотность, кг/м^3	Удельная теплоемкость, кДж/(кг×К)	Теплопроводность, Вт/(м×К)	Кинематический коэффициент вязкости ´ 10^6, м^2/с
-40	1,515	1,013	2,12	10,04
-30	1,453	1,013	2,20	10,80
-20	1,395	1,009	2,28	11,79
-10	1,342	1,009	2,36	12,43
	1,293	1,005	2,44	13,28
	1,247	1,005	2,51	14,16
	1,205	1,005	2,59	15,06
	1,165	1,005	2,67	16,00
	1,128	1,005	2,76	16,96

Приложение 3. Характеристики аммиачных воздухоохладителей GHP и АВ2

Марка	Шаг между ребрами tр, мм	Площадь поверхности теплообмена fво, м^2	Объемная подача Vво, м^3/ч	Мощность вентиляторов Nвен, кВт	Габаритные размеры, мм lво ´ bво ´ hво	Масса, кг
045Е/18		36,5		0,55	1210´790´765
050Е/18		60,7		0,55	1410´836´783
065Е/18		102,1		0,75	1860´992´1023
080Е/18		131,2		1,5	2260´1236´1263
080G/18		218,7		1,5	2260´1456´1280
065F/112		88,7		0,75	1860´1236´1040
080C/112		123,5		1,5	1960´1236´1236
080D/112		148,2		1,5	1960´1456´1280
080H/112		182,4		1,5	2260´1456´1280
065E/116		55,4		0,75	1860´992´1023
080B/116		77,1		1,5	1960´1236´1263
080D/116		115,6		1,5	1960´1456´1280
080H/116		143,3		1,5	2260´1456´1280
050F/28		151,8		1,1	2490´1178´800
065E/28		204,2		1,5	3060´992´1033
065F/28		255,2		1,5	3060´1212´1040
050F/212		105,6		1,1	2490´1178´800
065F/212		177,4		1,5	3060´1236´1040
080D/212		296,4		3,0	3260´1460´1280
080B/216		154,2		3,0	3260´1236´1263
080C/216		192,8		3,0	3260´1236´1263
080D/216		231,2		3,0	3260´1456´12801900´1000´730
AB2-50	13,4	50,0	4750/6840	0,8/1,2	1900´1000´730
AB2-75	8,6	75,0	4750/6840	0,8/1,2	1900´2200´800
AB2-100	17,5	100,0	9750/19440	2,2/3,0	1900´2200´800
AB2-150	11,3	150,0	9750/19440	2,2/3,0	1900´2200´800
AB2-250	13,4/17,5	250,0	35280/54000	3,0/8,0	2200´2000´1300

Диденко Александр Александрович

Задания и методические указания по выполнению контрольной работы для специальности - Технология общественного питания

Редактор М.Н. Мефодьев

Компьютерная верстка А.А. Диденко

Подписано к печати …

Объем Формат 60х841/16 Изд. №

Тираж экз. Заказ

Отпечатано в мини – типографии Инженерного института НГАУ

630039, Новосибирск, ул. Никитина, 147.

Дата добавления: 2015-12-07