Отправить статью по E-mail К определению температуры нагрева объекта теплового воздействия в гелиоустановках
- Авторы: Купреенко А.И1, Комогорцев В.Ф1, Исаев Х.М1, Ченин А.Н1, Шкуратов Г.В1
-
Учреждения:
- Брянский государственный аграрный университет
- Выпуск: Том 83, № 3 (2016)
- Страницы: 20-22
- Раздел: Статьи
- Статья получена: 27.04.2021
- Статья опубликована: 15.03.2016
- URL: https://journals.eco-vector.com/0321-4443/article/view/66127
- DOI: https://doi.org/10.17816/0321-4443-66127
- ID: 66127
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель работы заключается в нахождении математической зависимости температуры нагрева объекта теплового воздействия гелиоустановки от времени ее использования в условиях переменных внешних факторов. Объектом теплового воздействия может быть, например, влажное зерно, подвергаемое сушке, приточный воздух в системах естественной вентиляции животноводческих помещений, нагреваемая вода и т.д. Переменные внешние факторы - это метеорологические условия работы гелиоустановки, в частности солнечная активность в течение дня. В качестве объекта исследования принят процесс нагрева зерна в барабанной гелиосушилке. Известно, что нагрев зерна выше определенной температуры приводит к потере его всхожести. Поэтому прогнозирование температуры нагрева зерна имеет большое значение для обеспечения качества выполнения технологического процесса сушки. Время эффективного использования барабанной гелиосушилкой солнечной энергии для процесса нагрева зерна составляет порядка 7 ч в сутки для условий Брянской области. На основании анализа имеющихся экспериментальных данных принято, что имеет место прямо пропорциональная зависимость между температурами сушильного агента (подогретого атмосферного воздуха) и зерна в течение процесса его сушки. Методами разделения переменных и подстановок решено дифференциальное уравнение теплообмена между зерном и сушильным агентом. Получена зависимость температуры нагрева объекта теплового воздействия гелиоустановки от времени ее работы в условиях переменных внешних факторов. Анализ полученной экспоненциальной зависимости показывает, что температура нагрева объекта теплового воздействия определяется в основном его начальной температурой, массой и теплоемкостью, продолжительностью нагрева, коэффициентом теплообмена.
Ключевые слова
Полный текст
Введение Объектом теплового воздействия в гелиоустановках может быть, например, влажное зерно, подвергаемое сушке, приточный воздух в системах естественной вентиляции животноводческих помещений, нагреваемая вода и т.д. В роли переменных внешних факторов выступают метеорологические условия работы гелиоустановки, в частности солнечная активность в течение дня. У сушилок, работающих на традиционных источниках энергии, характеристики теплоносителя постоянны. В качестве объекта исследования принят процесс нагрева зерна в барабанной гелиосушилке. Известно, что нагрев зерна выше определенной температуры приводит к потере его всхожести. Поэтому прогнозирование температуры нагрева зерна имеет большое значение для обеспечения качества выполнения технологического процесса сушки. Методика такого расчета для гелиоустановок отсутствует. Цель исследования Цель работы - нахождение математической зависимости температуры нагрева объекта теплового воздействия гелиоустановки от времени ее использования в условиях переменных внешних факторов. Материалы и методы Рассмотрим на примере барабанной гелиосушилки нагрев зерна в процессе его сушки [1-3]. Пусть m - масса зерна, кг; С - удельная теплоемкость зерна, Дж/(кг·°С); Т0 - начальная температура зерна, °С; - температура зерна в момент времени ; . Для зерна влажностью 20% удельная теплоемкость составляет 2,08 кДж/(кг·°С). Тогда - величина аккумулированной зерном теплоты в момент времени t; - в момент времени . За время dt количество теплоты, аккумулированной зерном, увеличится на величину: . (1) Это количество теплоты будет передано зерну сушильным агентом в процессе их теплообмена: (2) где Тса - температура сушильного агента, °С; k - коэффициент теплообмена. Приравняв выражения (1) и (2), получим: (3) где t = 0…7 ч [4-6]. В гелиосушилках в процессе сушки растет не только температура зерна, но и температура сушильного агента вследствие увеличения солнечной активности в течение дня. Анализ экспериментальных данных [7, 8] показывает, что имеет место прямо пропорциональная зависимость между температурами сушильного агента и зерна: ; (4) Подставим выражение (4) в (3): (5) Произведем разделение переменных: . Проинтегрируем полученное выражение: где A - произвольная константа интегрирования. Для вычисления интеграла в левой части выражения (6) сделаем подстановку: тогда С учетом выражения (7) левая часть равенства (6) после интегрирования примет вид: Заменим левую часть равенства (6) с учетом выражения (8): Полученное равенство после преобразований будет иметь вид: Учтем, что = A - неопределенная константа. Тогда получим: откуда Наконец, учтем, что - неопределенная константа, которую снова обозначим буквой A. Тогда выражение (9) примет вид: Учитывая начальное условие , из выражения (10) получим: Введем обозначение: Тогда равенство (10) примет окончательный вид: Графически поведение функции изображено на рисунке. Результаты и их обсуждение Выражение (11) позволяет определить температуру нагрева объекта теплового воздействия в гелиоустановке с учетом внешних факторов окружающей среды и теплотехнических характеристик самого объекта. Анализ полученной экспоненциальной зависимости показывает, что температура нагрева объекта теплового воздействия определяется в основном его начальной температурой, массой и теплоемкостью, продолжительностью нагрева, коэффициентом теплообмена. При этом возможно решение двух задач: 1) задаваясь предельной температурой нагрева объекта, можно определить максимальную продолжительность его тепловой обработки в заданных условиях; 2) задаваясь максимальным временем тепловой обработки объекта, определить возможную температуру его нагрева. Заключение Полученная математическая зависимость удобна для практических расчетов, требует небольшого объема исходной информации справочного и экспериментального характера.×
Об авторах
А. И Купреенко
Брянский государственный аграрный университет
Email: kupreenkoai@mail.ru
д-р техн. наук с. Кокино, Брянская обл., Россия
В. Ф Комогорцев
Брянский государственный аграрный университетканд. физ.-мат. наук с. Кокино, Брянская обл., Россия
Х. М Исаев
Брянский государственный аграрный университетканд. экон. наук с. Кокино, Брянская обл., Россия
А. Н Ченин
Брянский государственный аграрный университетинж. с. Кокино, Брянская обл., Россия
Г. В Шкуратов
Брянский государственный аграрный университетинж. с. Кокино, Брянская обл., Россия
Список литературы
- Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. Эффективность использования барабанной гелиосушилки зерна // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2012, №3. C. 33-35.
- Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. Экономическая эффективность барабанной гелиосушилки зерна // Вестник ФГОУ ВПО Брянская ГСХА. 2012, №5. C. 41-44.
- Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. К обоснованию параметров барабанной гелиосушилки зерна // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2012, №1. C. 48-51.
- Байдаков Е.М., Купреенко А.И., Исаев Х.М. и др. Разработка барабанной гелиосушилки зерна и обоснование ее конструктивно-технологических параметров // Технология колесных и гусеничных машин. 2014, №6. С. 10-16.
- Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. и др. Зерносушильный комплекс на основе альтернативного источника энергии // Труды ГОСНИТИ. 2015, т. 120. С. 49-53.
- Купреенко А.И., Ченин А.Н. К обоснованию вместимости водяного аккумулятора теплоты барабанной гелиосушилки // Вестник ФГОУ ВПО Брянская ГСХА. 2015, №4. С. 46-48.
- Купреенко А.И., Ченин А.Н. К обоснованию режима работы резервных систем подогрева и вентиляции барабанной гелиосушилки // Тракторы и сельхозмашины. 2015, №2. С. 30-31.
- Ченин А.Н., Купреенко А.И. Результаты испытания резервных систем подогрева и вентиляции барабанной гелиосушилки // Агротехника и энергообеспечение. 2014, т. 1, №1. С. 227-230.
Дополнительные файлы
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).