Определение площади поверхности гелиоколлекторов комплексной энергозамещающей установки (КЭУ)

УДК 664.8.022.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ ГЕЛИОКОЛ-ЛЕКТОРОВ КОМПЛЕКСНОЙ

ЭНЕРГОЗАМЕЩАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ

Гербер Ю. Б., доктор технических наук, профессор;

Гаврилов А. В., кандидат технических наук, доцент;

Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»

В статье приведено аналитическое обоснование величины площади поверхности солнечного коллектора (блока коллекторов) в зависимости от конструктивно - режимных параметров комплексного энергозамеща-ющего устройства, установленного совместно с пастеризационно-охла-дительной установкой в линии переработки молока. Реализовать это технически представляется возможным путем обоснования параметров устройства, которое позволит осуществить тепловые технологические процессы на принципе комплексного использования источников энергии, как традиционных, так и возобновляемых.

Ключевые слова: солнечный коллектор, пастеризационно-охлади-тельная установка, молоко, охладитель, источник энергии.

DETERMINATION OF AREA OF SURFACE OF HELIOCOLLECTORS OF THE COMPLEX ENERGYDEPUTIZING SETTING

Gerber Y. B., Doctor of Engineerings Sciences, Professor;

Gavrilov A. V., Candidate of Engineerings Sciences, Associate Professor; Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»

In the article the analytical ground of size of area of surface of sun collector (block of collectors) is resulted depending on structurally - regime parameters of complex energydeputizing device, set jointly with the pasteurization-cool setting in the line ofprocessing of milk. To realize it is technically possible by the ground of parameters of device which will allow to carry out thermal technological processes on principle of complex uses of energy sources, both traditional and renewable.

Keywords: sun collector, pasteurization-cool setting, milk, cooler, energy source.

Введение. Один из наиболее действенных способов снижения энергетических затрат на процесс переработки молока и производство молочных продуктов - замещение части энергии традиционных источников на возобновляемые. Реализовать это технически представляется возможным путем обоснования

параметров устройства, которое позволит осуществить тепловые технологические процессы на принципе комплексного использования источников энергии, как традиционных, так и возобновляемых [1].

Материал и методы исследований. В связи с этим, весьма актуальным является разработка аналитических моделей элементов тепловых технологических систем, в частности пастеризационно-охладительной установки.

При разработке данной модели учитываются следующие положения:

- тепловой режим на стадии нагрева молока и выдержки осуществляется теплоносителем (преимущественно горячая вода) и соответствует нормативам и требованиям, предъявляемым к процессу пастеризации [2];

- в секции регенерации осуществляется подогрев продукта, поступающего на пастеризацию, и повышение его температуры на 45-50%;

- секция регенерации по предлагаемой схеме делится на две ступени: предварительного подогрева с использованием тепла от КЭУ; и подогрева теплом пастеризованного продукта.

Результаты исследований. Предварительный подогрев в пастеризаторе осуществляется с помощью гелиоколлекторов. Для того чтобы оптимально использовать солнечные коллекторы в комплексной энергозамещающей установке для предварительного подогрева молока, поступающего на пастеризацию, необходимо получить зависимость величины площади коллекторов от основных режимно-конструктивных параметров процесса [3,4]. Для этого воспользуемся выражением для определения количества теплоты, воспринимаемой продуктом в пластинчатом теплообменнике:

где F - коэффициент отвода теплоты от коллектора;

Уот - относительная скорость теплоносителя и продукта в секции предварительного нагрева

где Ут - скорость теплоносителя, Уп - скорость перемещения продукта;

где и - приведенный коэффициент тепловых потерь коллектора, Вт/(м2^К);

Т и Т - температуры окружающей среды и теплоносителя на входе в коллектор;

а • Т - приведенная поглощающая способность солнечного коллектора;

Fk - площадь поглощающей способности коллектора

Поверхность теплообмена в секции регенерации можно выразить из общего уравнения теплопередачи:

где Fp - площадь нагрева секции, м2; Кр - коэффициент теплопередачи;

Ы ~ разность температур продукта и теплоносителя, °С; Е - коэффициент регенерации; G - масса молока, кг;

с ' '

^ - температура пастеризации, оС; ¿н - начальная температура продукта, оС;

Выразим из уравнения (2) площадь поверхности нагрева Fp:

Необходимую площадь поверхности коллекторов найдем из условия равенства уравнений (1) и (2):

где и — приведенный коэффициент тепловых потерь при транспортировке

горячей воды от гелиоустановки к пастеризатору.

Подставим в уравнение (4) вместо F полученное выражение (3):

Преобразуя правую часть выражения (5), получим: Выразим из полученного равенства В 1 :

Учитывая, В =(а-т)' К. ,что , найдем решение уравнения относительно

V

площади гелиоколлектора:

Полученная формула отражает зависимость основной конструктивной величины КЭУ - площади гелиоколлекторов от режимных параметров работы установки.

Выводы. Из полученного выражения (6) следует:

- с повышением величины площади нагрева секции снижается значение коэффициента регенерации, а также уменьшается площадь поглощающей способности коллектора;

- снижение величины площади нагрева секции ведет к необходимости увеличения площади поглощающей способности коллектора;

- с увеличением показателя поглощающей способности солнечного коллектора уменьшается необходимая суммарная площадь гелиоколлекторов;

- полученные зависимости могут быть положены в методику расчета параметров гелиосистем - как составных элементов теплового технологического оборудования в линиях производства пищевых продуктов, в частности молока.

Список использованных источников:

1. Гербер Ю. Б. Перспективы использования возобновляемых источников энергии в отраслях АПК // Научные труды ЮФ «КАТУ» НАУ (технические науки). Вып. 113. - Симферополь, 2008,

- с. 3-6.

2. Гербер Ю. Б. Перспективы энергосбережения при переработке с/х продукции // Научные труды ученых Крымского государственного аграрного университета (технические науки). Вып. 69. - Симферополь, 2002,

- с. 10-18.

3. Бекман У. Расчет систем солнечного теплоснабжения / У. Бекман, С. Клейм, Д. Деффи, - М.: Энергоиздат.

- 1982. - 76 с.

4. Schlesser J. E., Armstrong D. J., Cinar A., Ramanauskas P., Negiz A. Automated control and monitoring of thermal processing using high temperature, short time pasteurization // J. Dairy Sci. -1997. - V. 80. - N 10 - p. 2291-2296.

References:

1. Gerber Y. B. Prospects of the use of renewable energy sources in industries of ARK of // Scientific labours of YUF «KATU» NAU (engineerings sciences). Vyp. 113. - Simferopol, 2008,

- p. 3-6.

2. Gerber Y. B. Prospects of the energy-savings at processing of s/kh products of // Scientific labours of scientists of the Crimean state agrarian university (engineerings sciences). Vyp. 69. - Simferopol, 2002, - p. 10-18.

3. Bekman U. Raschet systems of sun teplosnabzheniya / U. Bekman, C. Klaym, D. Deffi, - M.: Energoizdat.

- 1982. - 76 p.

4. Schlesser J. E., Armstrong D. J., Cinar A., Ramanauskas P., Negiz A. Automated control and monitoring of thermal processing using high temperature, short time pasteurization // J. Dairy Sci. - 1997. - V. 80. - N 10 - p. 2291-2296.

Сведения об авторах:

Гербер Юрий Борисович - доктор технических наук, профессор, заместитель директора Академии биоресурсов и природопользования по учебной работе, профессор кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», е-тай: gerber_1961@mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского»;

Гаврилов Александр Викторович - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», заместитель декана факультета механизации производства и технологии переработки сельскохозяйственной продукции Академии биоресурсов и природопользования по учебной работе, е-тай: tehfac@ mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».

Information about the authors:

Gerber Yriy Borisovych - Doctor of Engineerings Sciences, Professor, the deputy director of the Academy of Life and Environmental Sciences on educational work, Professor of department of technology and equipment of production and processing of products of stock-raising Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: gerber_1961@mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe;

Gavrilov Alexander Viktorovich - Candidate of Engineerings Sciences, Associate Professor, Associate Professor of department of technology and equipment of production and processing of products of stock-raising Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», deputy of dean of faculty of mechanization of production and technology of processing of agricultural produce of the Academy of Life and Environmental Sciences, e-mail: tehfac@mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe;