Хазимов Марат Жалелович

Казахский национальный аграрный университет, г. Алматы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО КПД СОЛНЕЧНОЙ СУШИЛКИ

Анализ процесса при тепловой обработки мякоти плодов дыни в гелиосушилке показывает, что солнечная энергия радиацией перегревает черное покрытие через прозрачную пленку. Воздух над черным экраном прогревается и перемещается в сторону вытяжной трубы, через сушильную камеру. При этом сушильный агент, попутно забирает влагу от мякоти плодов дыни [1]. Рассмотрим энергетический баланс сушилки в соответствии со схемой (рис. 1) протекания технологического процесса обработки материала. Так как, при продолжительной работе сушилки затраты энергии на холостой обогрев будут сравнительно минимальными. Поэтому рассмотрим тепловой баланс установки при установившемся режиме. Вносимое количество теплоты определяется в виде суммы

,

(1)

где - соответственно количество теплоты, вносимое с сырьем, воздухом и черного экрана, Дж.

Согласно закона сохранения энергии достаточным условием теплообмена сушилки является равновесие вносимого количества тепла и уносимого

.

(2)

Количество теплоты, вносимое с сырьем, определяется:

,

(3)

Где - масса сырья, кг;

- удельная теплоемкость сырья, кДж/кг·˚С;

- температура сырья в хранилище или в емкости, ˚С;

- температура сырья перед укладкой в камеру, ˚С.

Значение тепла, подводимое воздухом от окружающей среды, определяется

,

(4)

где - масса воздуха (учитывается от объема сушильной камеры), кг;

- теплоемкость воздуха, кДж/кг·˚С;

- температура воздуха окружающей среды, ˚С;

- температура воздуха после черного экрана, ˚С.

Рис. 1. Энергетический баланс камеры сушилки: 1 – слой парниковой защиты; 2 – черный экран; 3 – сушильная камера; 4 – стеллажи с материалом

Тепло подводимое за счет солнечной радиации камеры сушилки

,

(5)

где - температура воздуха в самой камере, где располагается секции с материалом, ˚С.

Затрачиваемое количество теплоты в камере определяется

,

(6)

где - тепло затрачиваемое на сушку материала, кДж;

- суммарные теплопотери в ГСУ, кДж.

Тогда составляющие в уравнении (6) определяются в отдельности. Тепло, затраченное, на сушку включает в себя

,

(7)

где - тепло, затраченное на испарение влаги, кДж;

- теплота, преобразующая связанной влаги в свободную, кДж;

- теплота расширения пара, кДж.

Суммарные теплопотери в ГСУ равняется

,

(8)

где - теплопотери конвекцией, кДж;

- теплопотери через вытяжную трубу, кДж;

- теплопотери фильтрацией, кДж;

- теплопотери эффективным излучением, кДж;

- теплопотери через грунт, кДж;

- теплота нагревания материала, кДж.

Теплота нагрева материала () входит в составляющую тепла, передаваемого материалу сушки

(9)

Согласно экспериментальным данным [2], дополнительное тепло (), необходимое для сушки материала, составляет в первом периоде сушки 1,4÷4,2 %, во втором – 4,5÷11,2 % от тепла (), передаваемого материалу сушки. Тепло (), затраченное на нагревание материала в первый период сушки, составляет в порядке 0,6÷12,8 % от . Во втором периоде доля составляет до 16÷18 %.

Таким образом, зная общие теплопотери, можно будет определить приведенный коэффициент теплоотдачи сушильной камеры

,

(10)

где F - площадь поверхности ограждения ГСУ, м²;

- соответственно температуры внутреннего и наружного

воздуха, ˚С.

τ - время, с.

Согласно равенства выражений (2) и (6) справедливо

.

(11)

Подставляя вместо в уравнение (11) его значение из (10) получим возможную температуру в сушильной камере в зависимости от погодных условий

.

(12)

С учетом аккумуляции темного тела внутри сушилки можно написать

(13)

Тогда для периода инсоляции справедливо изменения уравнении (11) в таком виде

.

(14)

Коэффициент аккумуляции () можно представить как соотношение и

.

(15)

Коэффициент аккумуляции камеры гелиосушилки не может повлиять на среднесуточную температуру агента () в камере будет стремиться к сглаживанию среднесуточную температуру камеры .

Запишем термический КПД для любого теплового аппарата, который выглядит следующим образом

.

(16)

Тогда для СГУ термический КПД запишется в таком виде

.

(17)

Таким образом, процесс сушки условно делится на два периода, как период интенсивной сушки (начальный период – 1...2 сутки) и период предварительной сушки (оставшееся время). В начальный период нет необходимости использования аккумулирования дополнительного материала, так как часть тепла идет на нагрев аккумулирующего материала. В начальном периоде необходимо больше тепловой энергии, а во второй период следует обеспечить режим выравнивания влажности материала.

Литература

1. А.С. №49778 (РК). Солнечная сушильная установка. Авт. Изобрет. Хазимов М.Ж., Ниязбаев А.К. Бекбосынов С.Б. – Заявл. 22.10.2004. 14777.1.

2. Муштаев В.А. Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. М.: Химия. 1988, 353с.

3. Ким В.Д., Хайриддинов Б.Э., Холлиев Б.Ч. Тепловой баланс солнечной сушильной установки. Гелиотехника, 1998, №3, с. 42…44

Резюме

Рассмотрен тепловой баланс солнечной сушильной установки при сушке мякоти плодов дыни. Показана схема и составляющие теплового баланса, приведен КПД предлогаемой гелиосушилки.

The thermal balance of solar drying installation is considered at drying pulp of fruits of a melon. The scheme and rectangular components of thermal balance is shown, is given efficiency propose of dryer.