10277

80

На I d-диаграмме влажного воздуха нет кривых линий, кроме = const. На I d -диаграмме два вида кривых линий: = const, = const. По-

строение линий = const основано на аналитическом расчете значений от-

носительной влажности воздуха при различных значениях температуры и влагосодержания воздуха. Построение графических зависимостей , пред-

ложенных авторами [8], не объяснено с термодинамической позиции и не имеет математической обработки.

Для термодинамического обоснования характера направления кри-

вых = const на диаграмме нами были проведены следующие аналитиче-

ские исследования. Воспользовавшись уравнением Клапейрона, относи-

тельная влажность воздуха была выражена отношением парциальных дав-

лений водяного пара:

ратуры воздуха. Его значения определены экспериментальным путем и приведены, например, в [33].

Используя соотношение для парциального давления пара

относительная влажность воздуха через его влагосодержание выражается следующим образом:

По выражению (3.21) построена зависимость между температурой t и

относительной влажностью воздуха при некоторых значениях влагосо-

держания d (рис. 3.10). Характер полученных кривых говорит о том, что с понижением температуры при d = const величина относительной влажно-

сти воздуха экспоненциально возрастает, т.е. оказывает большее влияние на значение потенциала влажности, чем изменение температуры, что ка-

81

чественно подтверждается математическим видом зависимостей (3.17 и 3.18). Именно следствием этого, по нашему мнению, является возникнове-

ние кривизны линий = const в сторону уменьшения влагосодержания в области высоких значений относительной влажности ( > 80 %), где взаи-

мосвязь величин t и особенно выражена. При t > 30 С зависимость отно-

сительной влажности воздуха от его влагосодержания можно представить линейной, вследствие чего значения величины потенциала влажности ка-

чественно совпадают с прямой d = const. Это подтверждается отсутствием процесса массопереноса при постоянном влагосодержании и косвенно объясняет геометрический вид линий = const.

3.4. ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОГО КЛИМАТА

Качество заготавливаемого сена напрямую зависит от параметров су-

шильного агента. Как отмечалось ранее, из всех существующих способов сушки растительного сырья наиболее эффективным считается искусствен-

82

ная сушка методом активного вентилирования, при этом наименее энерго-

емка продувка неподогретым атмосферным воздухом. Однако применение наружного воздуха в качестве агента сушки ограничивается климатически-

ми условиями большинства районов страны, несмотря на то, что в период заготовки кормов (июнь-август) наблюдаются максимальные значения тем-

пературы tн и минимальные значения относительной влажности воздуха н.

В качестве показателя оценки возможной естественной теплоты ис-

пользуется коэффициент обеспеченности параметров наружного климата для сушки Коб, величина которого показывает долю общего числа случаев,

не допускающих отклонения от расчетных условий [6]:

где N – общее число случаев;

n – число случаев отклонения условий от расчетных.

Обеспеченность появления двух зависимых параметров Коб(tн, н), т.е.

появления одновременно заданной температуры и заданной относительной влажности равна:

где Коб(tн) – обеспеченность появления заданной температуры наружного воздуха;

Коб( н /tн) – условная обеспеченность появления относительной влажности

н при заданной температуре tн .

При обработке климатических данных расчетное изменение темпера-

туры наружного воздуха должно соответствовать заданному коэффициенту обеспеченности Коб(tн) = Коб (tн, н), а расчетное значение относительной влажности принимается исходя из наиболее невыгодного сочетания пара-

метров (наибольшие значения н при различных tн), т.е. сочетания, отвеча-

ющего условию Коб ( н /tн) = 1.

Анализ динамики тепломассообменных процессов при сушке биологиче-

ски активного сырья показал, что для получения высококачественного

84

сена при сушке неподогретым воздухом минимальные значения темпера-

туры наружного воздуха должны быть не ниже 16,5…17,0 С, а относи-

тельной влажности – 75 % [11].

Проведена оценка обеспеченности параметров наружного кли-

мата для сушки растительного сырья в условиях Нижегородской и Самар-

ской областей, климат которых характерен для большинства регионов По-

волжья. Значения Коб в период заготовки грубых кормов определялись по результатам статистической обработки метеорологических данных за по-

следние 10 лет. Величины Коб рассчитывались по среднемесячным значе-

ниям относительной влажности и температуры за три летних месяца путем построения статистического ряда. Среднемесячная температура воздуха в летние месяцы выше 20 С наблюдалась в 43 % случаев, н < 70 % реги-

стрировалась в 83 % случаев. Параметры атмосферного воздуха в обозна-

ченный период при Коб = 0,85 составляют tн>18 С и н < 70 %.

Аналогичный расчет по среднесуточным значениям рассматривае-

мых явлений показал: обеспеченность минимальных допустимых значений параметров воздуха составляет 0,93 для температуры и 0,98 для относи-

тельной влажности; среднемесячные значения tн и н составляют при Коб =

0,9 соответственно 20 °С и 50 %.

Однако такой расчет является приближенным и может быть приме-

нен только для предварительного анализа климатических условий. Для бо-

лее точного рассмотрения вопроса предлагается определять значения Коб

по среднемесячному ходу температур, который дает не только наглядное представление о динамике температур в течение лета, но и позволяет оце-

нить возможность сушки за любой временной промежуток (от 1 дня до 3

мес.) [27].

Учитывая тот факт, что вентилирование растительного сырья осу-

ществляют в течение 8…10 часов в сутки, часто возникает необходимость расчета Коб для определенного периода суток. Поэтому особое значение при оценке возможности сушки травы атмосферным воздухом имеет су-

85

Наиболее благоприятные условия для сушки растительного сырья неподогретым воздухом складываются в течение дня в интервале с 10 до

20 ч; (минимальное значение Коб = 0,9). Приведенные данные позволяют сделать вывод о возможности использования атмосферного воздуха в ка-

честве сушильного агента на территориях Нижегородской и Самарской областей без предварительной его обработки с минимальным коэффициен-

том обеспеченности Коб = 0,9 не менее 10 часов в сутки.

Учитывая высокую интенсивность солнечного излучения в летние месяцы, можно говорить о целесообразности использования гелиоустано-

вок для дополнительного подогрева продувочного воздуха на 5…10 С с целью экономии энергоресурсов и интенсификации процесса сушки био-

логически активного сырья. Обеспеченность минимально допустимых па-

раметров воздуха в этом случае составит Коб = 0,99 на весь период после-

уборочной обработки растительной продукции.

На практике процесс вентилирования часто начинается раньше, чем температура атмосферного воздуха достигает среднесуточного значения.

86

Если при этом среднесуточная температура tср равна минимально допустимой по технологии tminдоп , то в течение промежутка времени для нор-

мального ведения процесса сушки требуется дополнительный подогрев агента сушки. Поэтому определение коэффициента обеспеченности по среднесуточной температуре воздуха может привести к завышенным зна-

чениям Коб. Во избежание таких ошибок разработана методика проведения оценки этой величины по температуре воздуха в начале вентилирования tн.в, которая сходна величине при оценке эффективности естественного хо-

лода.

Если процесс вентилирования осуществляется до захода солнца, ве-

личина начальной температуры вентиляционного воздуха tн.в, о С, состав-

ляет [27]:

где tа – амплитуда среднесуточного колебания температуры наружного воздуха для расчетного месяца, °С;

дн – продолжительность дня (время от восхода до захода солнца), ч;

в – продолжительность вентилирования, ч;

время от восхода солнца до точки совпадения температурной кривой со средней температурой наружного воздуха, ч, (рис. 3.19).

Если продувка заканчивается раньше захода солнца, то начальная

температура вентилирования будет равна:

где – время от начала вентилирования слоя сохнущей травы до точки совпадения температурной кривой со средней температурой наружного воздуха, ч, (рис. 3.19);

вр – продолжительность возрастания температуры наружного вентиляци-

онного воздуха (время от восхода солнца до достижения максимальной температуры), ч.

87

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ

СУШКИ ТРАВЫ

Приведенные в главе 3 теоретические основы расчетов теплофизиче-

ских процессов тепломассообмена в период сушки травы требуют знания конкретных значений коэффициентов обмена теплотой и влагой. Получе-

ние этих величин возможно только в процессе проведения специальных лабораторных, полупромышленных и натурных исследований. Предпочте-

ние следует отдавать натурным исследованиям. В некоторых случаях только они точно характеризуют теплофизические процессы в биологиче-

ски активных средах. Однако такие исследования чрезвычайно трудоемки,

длительны, в них не всегда возможно имитировать необходимые началь-

ные и граничные условия для получения искомых величин. Часть экспери-

ментальных исследований нами проведено в лабораторных условиях. Ос-

новное требование к этим экспериментам состояло в наиболее точном вос-

производстве на лабораторном стенде реальных условий процессов тепло-

массообмена при продувке воздухом слоя сохнущей травы.

4.1. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССОВ СУШКИ

Для выявления закономерностей процессов сушки травы и определе-

ния количественных характеристик тепломассообмена в слое влажной тра-

вы на кафедре отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха Ни-

жегородского государственного архитектурно-строительного университета был разработан и смонтирован экспериментальный стенд (рис. 4.1). Ком-

плексные исследования на стенде проводились авторами в течение трех лет, хотя начало исследований по сушке травы на кафедре было начато около двадцати пяти лет назад совместно с инженером И.А. Фетисовым.

Основным рабочим инструментом стенда является разрезная колон-

ка. Методика определения влажностных характеристик материалов с по-

мощью разрезных колонок разработана на кафедре отопления и вентиля-

88