МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ ХАРЧУВАННЯ
ХРАМШИНА ЛЮДМИЛА ІВАНІВНА
УДК 641.528.6 : 547.128
РОЗРОБКА АПАРАТА ОХОЛОДЖЕННЯ НАПОЇВ ПРОМІЖНИМИ КРЕМНІЙОРГАНІЧНИМИ ХОЛОДОНОСІЯМИ ДЛЯ
ПІДПРИЄМСТВ МАЛОГО БІЗНЕСУ
Спеціальність: 05.18.12 – процеси та апарати харчових виробництв
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 1999
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано в Харківський державній академії технології та організації харчування Міністерства освіти України.
Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент
САФОНОВ Валентин Васильович,
Харківська державна академія технології та організації харчування, завідуючий кафедрою холодильної та торговельної техніки
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор
ШАПОРЄВ Валерій Павлович,
Харківський державний політехнічний університет, професор кафедри хімічної
техніки та промислової екології
кандидат технічних наук, доцент
ПРОСТАКОВ Олександр Олександрович, Харківська державна академія технології та організації харчування, доцент кафедри устаткування підприємств харчування
Провідна установа: | Донецький державний комерційний інститут Міністерства освіти України
Захист відбудеться "_12_" березня1999 р. об 11__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .088.01 Харківської державної академії технології та організації харчування за адресою: Україна, 310051, Харків-51, вул.Клочківська, 333.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківської державної академії технології та організації харчування.
Автореферат розісланий "_9_" лютого_ 1999 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Дейниченко Г.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Апарати охолодження напоїв масового попиту знайшли широке застосування на підприємствах торгівлі та харчування. Розвиток мережі підприємств малого бізнесу, які займаються реалізацією охолоджених напоїв, створює зростаючу потребу в економічних, високопродуктивних і надійних в експлуатації апаратів, здатних забезпечувати безперебійний процес охолоджування напоїв від температури навколишнього повітря (яка досягає в літній період 30 0С і вище) до температури реалізації споживачам (10…12 0С) за максимально короткий час при економічно прийнятних питомих витратах енергоресурсів на одиницю продукції. Існуючі апарати охолодження напоїв, в яких використовуються проміжні холодоносії (повітря, вода), а також апарати безпосереднього охолоджування киплячими холодоагентами (фреонами), не задовольняють наведеним вимогам внаслідок ряду конструктивних недоліків. Перспективним напрямком створення більш досконалих апаратів охолодження напоїв є застосування кремнійорганічних проміжних холодоносіїв, але розвиток цього напрямку гальмується недостатнім знанням їх теплофізичних властивостей при температурах нижче 0 0С. Проведення систематичних досліджень цих властивостей та розробка на цій основі нових апаратів охолодження напоїв з поліпшеними техніко-економічними показниками є актуальною задачею, яка має соціальне значення.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно тематичним планам наукових досліджень Харківської державної академії технології та організації харчування.
Мета і задачі досліджень. Мета роботи полягала в розробці апарата для охолодження напоїв рідкими кремнійорганічними холодоносіями на основі систематичного дослідження всього комплексу їх теплофізичних властивостей при температурах нижче 20 0С і впровадженні апарата в практику підприємств малого бізнесу відповідного профілю діяльності.
Для досягнення цієї мети були поставлені та вирішені такі окремі задачі досліджень:
обгрунтувати на основі результатів аналізу літератури вибір найбільш економічних і доступних низькотемпературних холодоносіїв, а також раціональних методів дослідження всього комплексу їх теплофізичних властивостей в інтервалах температур 20…60 0С;
створити експериментальні установки і провести вказані вище дослідження для ряду обраних кремнійорганічних холодоносіїв з подальшим узагальненням результатів у вигляді емпіричних формул і довідкових таблиць як опорного матеріалу для інженерних розрахунків;
дослідити режим течії, втрати тиску і закономірності теплообміну в гідравлічному тракті холодоносія в макеті апарата охолодження напоїв при різних температурах і масових витратах обраних типів кремнійорганічних холодоносіїв і на цій основі встановити формули для розрахунку втрат тиску і коефіцієнта теплопередачі від об’єкта охолодження (напою) до холодоносіїв;
розробити конструкцію нового апарата з охолодженням напоїв кремнійорганічними холодоносіями, в якій суттєво зменшено теплоприплив в об’ємі напою, що охолоджується, з оточуючого середовища. Інтенсифіковано теплообмін між об’єктом охолодження та холодоносієм і вдосконалено систему перемішування напою в процесі охолоджування з метою забезпечення незмінної температури порцій охолодженого напою, що реалізується споживачам;
розрахувати раціональні значення параметрів режиму роботи апарата охолодження напоїв, що створюють основу для подальшої конструкторської проробки нового апарата;
виготовити і випробувати в реальних умовах дослідні зразки нового апарата охолодження напоїв і виробити практичні рекомендації з його раціональної експлуатації;
здійснити комплекс заходів з впровадження результатів досліджень в практику підприємств малого бізнесу відповідного профілю діяльності.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в:
отриманні повного набору теплофізичних характеристик рідких кремнійорганічних холодоносіїв ХС–2–1, ХС–2–1ВВ і ФС-Т-5 в інтервалі температур 213…293 К і встановленні розрахункових формул для цього інтервалу;
встановленні режиму течії, визначенні втрат тиску і коефіцієнта теплопередачі до холодоносія в системі охолодження апарата з низькотемпературним кремнійорганічним проміжним холодоносієм ;
аналітичному описі динаміки процесу охолоджування напоїв в апараті з низькотемпературним кремнійорганічним проміжним холодоносієм.
Практична цінність одержаних результатів полягає в:
складенні повних довідкових таблиць теплофізичних характеристик низькотемпературних кремнійорганічних холодоносіїв ХС-2-1, ХС-2-1ВВ і ФС_Т-5;
розробці методів розрахунку втрат тиску і коефіцієнта теплопередачі в апараті охолодження напоїв рідкими кремнійорганічними холодоносіями;
створенні та апробації дослідного зразка нового апарата охолодження напоїв проміжним кремнійорганічним холодоносієм і розробці рекомендацій з його використання на підприємствах малого бізнесу.
Реалізація роботи. Дослідні зразки нового апарата для охолодження напоїв, створеного на основі результатів теоретичних і експериментальних досліджень, знайшли впровадження на підприємствах харчування України: м.Феодосія, база відпочинку "Любава" Павлоградського хімічного заводу (акт впровадження від 25.09.97), їдальні АОЗТ "Феодосіяснабторг" (акт впровадження від 6.10.97), кафе "Русе", м.Феодосія, (акт впровадження від 29.09.97 р.).
Новизна технічного рішення апарата охолодження напоїв підтверджена отриманим рішенням про видачу патенту України на винахід від 30.04.98 р.
Особистий внесок здобувача в роботи, які були опубліковані разом із співавторами, полягає в:
проведенні огляду науково-технічної літератури та аналізу сучасного стану апаратів охолодження напоїв і виборі об’єктів досліджень;
обгрунтуванні доцільності застосування кремнійорганічних рідин як низькотемпературних холодоносіїв для апаратів охолодження напоїв;
підготовці та проведенні експериментальних досліджень комплексу теплофізичних властивостей кремнійорганічних рідин ХС-2-1, ХС-2-1ВВ, ФС_Т-5 та здійсненні математичної обробки результатів вимірювань;
розробці та виготовленні макета апарата охолодження напоїв кремнійорганічними холодоносіями для проведення гідравлічних досліджень, розробці методики досліджень особливостей режиму течії в системі охолодження апарату з кремнійорганічним холодоносієм і проведенні вимірювань втрат тиску в названій системі;
розробці конструкції апарату охолодження напоїв кремнійорганічними холодоносіями.
Апробація результатів дисертації Результати роботи обговорювалися та отримали схвалення на науково-практичній конференції професорсько-викладацького складу Харківської державної академії технології та організації харчування (Харків, 1997), 30-й ювілейній науково-практичній конференції "Стан і проблеми розвитку торгівлі і харчування в Україні" Харківської державної академії технології та організації харчування (Харків, 1997), а також на численних технічних і дегустаційних нарадах спеціалістів масового харчування та харчового виробництва (1995-1997 рр.).
Публікації. За результатами досліджень опубліковано 6 робіт, в тому числі 5 наукових статей та тези доповідей.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку літератури та додатків. Дисертація викладена на 187 сторінках машинописного тексту, містить 17 таблиць, 18 рисунків, 4 додатки. Список літератури містить 188 джерел, з яких 35 – іноземні.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність роботи, та викладено короткий зміст розділів дисертації, наведено її обсяг.
У першому розділі “Аналіз сучасного рівня апаратів охолодження напоїв” розглянуто основні недоліки існуючих апаратів охолодження, в тому числі з проміжними холодоносіями. Встановлено, що перспективним напрямком підвищення ефективності та економічності цих апаратів є застосування низькотемпературних кремнійорганічних проміжних холодоносіїв ХС-2-1, ХС-2-1ВВ і ФС-Т-5 промислового виробництва, теплофізичні властивості яких, а також особливості режиму їх течії та теплообміну в системах охолодження апаратів з проміжними холодоносіями досліджені недостатньо, що гальмує їх технічне використання. На основі аналізу літературних даних визначено мету та задачі досліджень.
У другому розділі “Об’єкти та методика досліджень” викладено обрані методи визначення теплофізичних властивостей – густини, динамічної в’язкості, теплопровідності та ізобарної теплоємкості – наведених вище кремнійорганічних речовин в інтервалі температур 213…293 К при атмосферному тиску. Для вимірювання втрат тиску та коефіцієнта теплопередачі від об’єкта охолодження до холодоносія, а також дослідження динаміки охолоджування об’єкта (напою) в макеті апарата було створено спеціальний лабораторний стенд, оснащений необхідним вимірювальним устаткуванням. Наведено оцінки похибок результатів вимірювання вказаних вище теплофізичних властивостей.
У третьому розділі “Результати дослідження теплофізичних властивостей кремнійорганічних холодоносіїв” наведені температурні залежності густини кг/м3), динамічної в’язкості Пас), коефіцієнта теплопровідності (Вт/мК) і питомої ізобарної теплоємкості ср (Дж/(кгК)), отримані експериментальним шляхом при атмосферному тиску для інтервалу температур 213…293 К (рис. 1_). В результаті математичної обробки цих даних виведені такі емпіричні формули:
(Т) = 293[ 1 – (T – 293)] = 293 [1 + (293 – T)], (1)
ln (T) = a0 + (2)
(3)
(Т) = 293[1 – (Т – 293)] = 293[1 + (293 – Т)], (4)
с (Т) = [1 + (Т – 293)] = [1 – (293 – Т)] (5)
де 293, 293, 293, – значення відповідних величин при 293К;
, а0, а1, ср, – коефіцієнти, значення яких наведені у табл. 1 – 4.
В результаті досліджень встановлено, що із зниженням температури густина і теплопровідність вказаних вище речовин зростають, а ізобарна теплоємкість зменшується у відносно незначній мірі. Динамічна в’язкість помітно зростає при зниженні температури, але в значно меншій мірі в порівнянні з усіма іншими відомими холодоносіями. Тому цей ефект не є принциповою перешкодою для використання досліджених кремнійорганічних холодоносіїв в апаратах охолодження (заморожування) принаймні до температур 233…243 К ( – 40… – 30 0С).
Рис.1. Температурна залежність густини кремнійорганічних холодоносіїв:
- ХС-2-1; о – ХС-2-1ВВ; х – ФС-Т-5
Рис.2. Температурна залежність динамічної в’язкості кремнійорганічних холодоносіїв:
- ХС-2-1; о – ХС-2-1ВВ; х – ФС-Т-5
Рис.3. Температурна залежність коефіцієнта теплопровідності кремнійорганічних холодоносіїв:
- ХС-2-1; о – ХС-2-1ВВ; х – ФС-Т-5
Рис.4. Температурна залежність питомої ізобарної теплоємкості кремнійорганічних холодоносіїв:
- ХС-2-1; о – ХС-2-1ВВ; х – ФС-Т-5
Таблиця 1
Значення коефіцієнтів рівнянь (1)–(5)
Значення коефіцієнтів | Холодоносій
ХС-2-1 | ХС-2-1ВВ | ФС-Т- 5
1 | 2 | 3 | 4 | 5
Значення коефіцієнтів рівняння (1) | 293, кг/м3
, 10-3 К-1 | 1022
7,55 | 1035
7,60 | 1114
8,01
Значення коефіцієнтів рівнянь (2-3) | а0
а1
293, мПас | -7,01
3,14103
40,5 | -5,70
2,92103
1,0 | -5,53
2,68103
37,0
Значення коефіцієнтів рівняння (4) | 293, Вт/(мК)
, 10-3 К-1 | 0,171
1,21 | 0,174
1,19 | 0,186
1,19
Продовження табл. 1
1 | 2 | 3 | 4 | 5
Значення коефіцієнтів рівняння (5) | , Дж/(кгК)
ср, 10-3 К-1 | 1787
1,91 | 1720
2,03 | 1601
1,84
З використанням отриманих формул (1) - (4) були розраховані значення інших теплофізичних характеристик холодоносіїв, а саме:
кінематичної в’язкості (мм2/с):
, (6)
коефіцієнта температуропровідності (мм2/с):
a (7)
числа Прандтля:
, (8)
Вирівняні значення всіх наведених вище теплофізичних характеристик кремнійорганічних рідин ХС-2-1, ХС-2-1ВВ і ФС-Т-5 для інтервалу температур 210...300 К з кроком 10 К наведені в табл.2.
Таблиця 2
Вирівняні значення теплофізичних характеристик
рідких кремнійорганічних холодоносіїв
ХС-2-1
Т, К | 210 | 220 | 230 | 240 | 250 | 260 | 270 | 280 | 290 | 300
, кг/м3
, мПас
, | 1086
2808
0,188 | 1078
1420
0,186 | 1071
722
0,184 | 1063
435
0,182 | 1056
257
0,180 | 1048
160
0,178 | 1041
101
0,176 | 1033
66,7
0,174 | 1026
45,6
0,172 | 1018
31,5
0,170
ср, | 1503 | 1537 | 1571 | 1605 | 1640 | 1674 | 1708 | 1742 | 1777 | 1811
, мм2/с
а, мм2/с
Рr | 2585
0,115
22480 | 1316
0,112
11750 | 721
0,109
6630 | 418
0,106
3940 | 243
0,104
2330 | 153
0,102
1500 | 97,1
0,099
980 | 64,6
0,097
666 | 44,5
0,094
471 | 30,9
0,092
336
Продовження табл. 2
ХС-2-1ВВ
Т, К | 210 | 220 | 230 | 240 | 250 | 260 | 270 | 280 | 290 | 300
, кг/м3
, мПас
,
ср,
, мм2/с
а, мм2/с
Рr | 1100
3641
0,191
1430
3310
0,121
27350 | 1092
2363
0,189
1465
2164
0,118
18330 | 1084
1097
0,187
1500
1012
0,115
8800 | 1076
650
0,185
1535
604
0,112
5390 | 1069
395
0,183
1570
370
0,109
3390 | 1061
255
0,181
1605
240
0,106
2260 | 1053
164
0,179
1640
156
0,104
1500 | 1045
112
0,177
1675
107
0,101
1060 | 1038
78,9
0,175
1710
76,1
0,099
768 | 1030
55,7
0,173
1745
54,1
0,096
563
ФС-Т-5
Т, К | 210 | 220 | 230 | 240 | 250 | 260 | 270 | 280 | 290 | 300
, кг/м3
, мПас
,
ср,
, мм2/с
а, мм2/с
Рr | 1188
1379
0,204
1356
1168
0,126
9270 | 1179
772
0,202
1385
655
0,124
5280 | 1170
459
0,200
1415
392
0,121
3240 | 1161
281
0,198
1444
242
0,118
2050 | 1151
179
0,195
1474
155
0,115
1350 | 1143
120
0,193
1503
105
0,112
938 | 1134
80,7
0,191
1533
71,1
0,110
646 | 1125
56,7
0,189
1562
50,4
0,107
470 | 1116
41,3
0,186
1592
37,0
0,105
352 | 1107
29,7
0,184
1621
26,8
0,103
261
Дані, наведені в табл. , використовуються при критеріальній обробці результатів досліджень режиму течії та теплопередачі в системі охолодження апарата з примусовою циркуляцією проміжного кремнійорганічного холодоносія, а також при інших теплотехнічних дослідженнях, повязаних із застосуванням кремнійорганічних рідин в технічних цілях, як опорний довідковий матеріал.
У четвертому розділі “Результати дослідження режиму течії та теплопередачі в системі циркуляції холодоносія” наведені отримані залежності втрат тиску та коефіцієнта теплопередачі до холодоносія від його масової витрати. Знайдено, що при використанні кремнійорганічних холодоносіїв втрати тиску в гідравлічному тракті макета апарата не перевищують 1 МПа при температурах 230…250 К до значень масової витрати QМ = 0,05…1 кг/с (в залежності від типу холодоносія). За цих умов режим течії холодоносія є ламінарним; коефіцієнт тепловіддачі до холодоносія становить до 1700 Вт/(м2К) при використанні кремнійорганічної рідини ФС-Т-5 з масовою витратою 1 кг/с. Залежність втрати тиску від масової витрати показано на рис. , а залежність коефіцієнта тепловіддачі від об’єкта охолодження до холодоносія від масової витрати в критеріальній формі – на рис. 6.
Видно, що при Re'кр = ,6 ,5 (D – діаметр кривини змійовика охолодження, d – внутрішній діаметр трубки змійовика) має місце перехід від течії без макровихрів (вторинної циркуляції в перерізі трубопроводу) до течії з макровихрями, причому цей перехід супроводжується помітним зростанням коефіцієнта теплопередачі до холодоносія. При Re < Re'кр тепловіддача від стінок змійовика охолодження до холодоносія описується критеріальним рівнянням
Nu = 1,55 (Re, Pr ) (ст)0,14 l , (9)
де Nu = d ( - середній коефіцієнт тепловіддачі ), Re = ( – швидкість течії), l – довжина трубки змійовика, значення , , Рr, беруться при середній температурі пограничного шару, ст – при температурі стінки змійовика. Поправка на гідродинамічну початкову ділянку l - близька до 1 при умові . Якщо ж Re > Re'кр, то тепловіддача визначається критеріальним рівнянням
Nu = 0,021 Re0,8 Pr0,43 (Pr /Prст)0,25, (l/d > 50) (10)
причому значення теплофізичних характеристик, окрім Prст, беруться при температурі холодоносія (Prст - при температурі стінок трубки).
Втрати тиску в системі охолодження апарата в усьому інтервалі масової витрати (до 1 кг/с) визначається теоретичним співвідношенням
Qm (11)
На базі формул (9) – (11), підтверджених експериментальними даними, можна здійснювати інженерні розрахунки при проектуванні апаратів охолодження (заморожування) з примусовою циркуляцією кремнійорганічних холодоносіїв.
Рис. 5. Залежність втрат тиску від масової витрати холодоносія в системі охолодження апарата:
ХС-2-1: 2 – 230 К, 4 – 240 К, 8 – 250 К; ХС-2-1ВВ: 1 – 230 К,
3 – 240 К, 6 – 250 К; ФС-Т-5: 5 – 230 К, 7 – 240 К, 9 – 250 К.
Рис. 6. Залежність коефіцієнта тепловіддачі до холодоносія від масової витрати в критеріальній формі.
ХС-2-1: 9 – 230 К, 5 – 240 К, 2 – 250 К; ХС-2-1ВВ: 1 – 230 К,
4 – 240 К, 8 – 250 К; ФС-Т-5: 7 – 230 К, 3 – 240 К, 6 – 250 К.
У п’ятому розділі “Практична реалізація результатів досліджень” наведено схему конструкції розробленого апарата охолодження напоїв проміжним кремнійорганічним холодоносієм при забезпеченні інтенсивного перемішування напою в процесі охолодження (рис. ). Наведено розрахунок основних геометричних параметрів апарата і параметрів режиму його роботи, обчислено продуктивність апарата. Викладені практичні рекомендації з раціональної експлуатації апарата на малих підприємствах торгівлі та харчування, які займаються реалізацією охолоджених напоїв споживачам.
Рис. 7. Схема апарата охолодження напоїв з примусовою циркуляцією низькотемпературного кремнійорганічного холодоносія:
1 - бачок для напою; 2 – кришка; 3 – відбиваюче покриття; 4 – зливний пристрій; 5 – змійовик охолодження; 6 – каркас; 7 – проріз; 8 – насос системи перемішування напою; 9 – ведуча напівмуфта; 10 – електродвигун; 11 – опорна панель; 12 – активатор; 13 – трубка; 14 – рама; 15 – бічна панель; 16 – панель; 17 – решітка; 18 – циркуляційний насос; 19 – випарник; 20 – холодильна машина; 21 – конденсатор; 22 – компресор; 23 – дроселювальний пристрій.
Здійснено комплекс заходів з впровадження результатів досліджень в практику підприємств малого бізнесу вказаного вище профілю діяльності. Дослідні зразки розробленого апарата пройшли успішні випробування в реальних умовах експлуатації і отримали позитивні відклики спеціалістів. Складено інструкцію з експлуатації апарата і передано на затвердження у відповідні установи. Робочу документацію на апарат передано на завод для організації його масового виробництва.
Очікуваний економічний та соціальний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в практику виявляється в забезпеченні підприємств малого бізнесу України ефективним і надійним в експлуатації апаратом охолодження напоїв та подолання сезонності їх споживання, а також в поліпшенні екологічної обстановки і умов праці на згаданих вище підприємствах. Величина економічного ефекту визначається підвищеною продуктивністю нового апарата (у 2 рази порівняно з існуючими) та його тривалим терміном експлуатації (гарантований термін – 12 років).
ВИСНОВКИ
1.
На основі аналізу науково–технічної літератури обгрунтовано доцільність застосування кремнійорганічних рідин як низькотемпературних проміжних холодоносіїв в апаратах охолодження (заморожування) напоїв. Встановлено, що головною перешкодою для широкого технічного застосування цих холодоносіїв є недостатня вивченість їх теплофізичних властивостей при температурах нижче 0 0С. Практично не вивчені також закономірності течії та теплообміну в системах охолодження апаратів при застосуванні кремнійорганічних рідин як проміжних холодоносіїв.
1.
Обгрунтовано вибір типів кремнійорганічних рідин, найбільш придатних для застосування як низькотемпературних холодоносіїв в апаратах охолодження (заморожування) напоїв – ХС-2-1, ХС-2-1ВВ і ФС-Т-5, що випускаються хімічною промисловістю. Обрано і обгрунтовано комплекс методів експериментального дослідження теплофізичних властивостей вказаних речовин – густини, динамічної в’язкості, теплопровідності та ізобарної теплоємкості, створені відповідні експериментальні установки і визначені похибки вимірювань. Розроблено методику вивчення особливостей течії та теплообміну на макеті апарата з кремнійорганічним холодоносієм і створено відповідний експериментальний стенд.
1.
Проведено комплексне експериментальне дослідження перелічених вище теплофізичних властивостей кремнійорганічних рідин ХС-2-1, ХС-2-1ВВ і ФС-Т-5 при атмосферному тиску в інтервалі температур 213…293 К
(– …20 0С). Шляхом математичної обробки результатів вимірювань встановлені розрахункові формули, які описують виміряні температурні залежності теплофізичних властивостей з достатньою для інженерних цілей точністю, і на цій основі розраховані кінематична вязкість, коефіцієнт температуропровідності та число Прандтля для досліджених холодоносіїв. Результати вимірювань і розрахунків представлені у вигляді довідкових таблиць для інтервалу температур 213…293 К з кроком 10 К. Знайдено, зокрема, що в’язкість досліджених кремнійорганічних рідин при зниженні температури від 0 0С до – 60 0С зростає не більш як у 30…50 разів, що надає можливість використання їх як низькотемпературних проміжних холодо-носіїв в апаратах охолодження (заморожування) напоїв.
1.
Експериментально досліджено режим течії вказаних холодоносіїв в системі охолодження макета нового апарата, визначені втрати тиску і коефіцієнт теплопередачі від об’єкта охолодження до холодоносія в залежності від масової витрати останнього. Інтервал значень масової витрати холодоносія Qм = 0,075…1,05 кг/с був обраний, з урахованням максимально припущеної втрати тиску – 10 бар. Показано, що для рідин ХС-2-1 і ХС-2-1ВВ при 220 и 230 К, а для ФС-Т-5 – тільки при 220 К має місце ламінарний режим течії, без макровихрів, а наявність кривини трубопроводів (змійовиків охолодження) не впливає суттєво на втрати тиску та інтенсивність теплообміну в апараті. Втрати тиску не перевищують припустимих меж для апаратів типу, що розглядається. Коефіцієнт тепловіддачі до холодоносія залежить від типу холодоносія та його температури і визначається в першу чергу масовою витратою холодоносія. Знайдено, що в інтервалі його масової втрати 0,05…1,0 кг/с при температурах 230…250 К, коефіцієнт теплопередачі k від об'єкта охолодження до холодоносія становить для ФС_Т-5 167…1677 Вт/м2К, що є достатнім для забезпечення інтенсивного охолодження об'єкта.
1.
Досліджено закономірності динаміки охолоджування напоїв в апараті від 20 С до 5 С з циркулюючим низькотемпературним кремнійорганічним холодоносієм при температурах від 230 до 250 К. Встановлені гранично досяжні температури об’єктів охолодження і тривалості процесів охолоджування (заморожування) напоїв. Проаналізовано можливості застосування холодоносіїв різних типів в апаратах указаного призначення.
1.
На основі результатів проведених досліджень розроблено, виготовлено і випробувано дослідний зразок апарата охолодження напоїв з кремнійорганічним холодоносієм. Проведено розрахунок конструктивних параметрів окремих вузлів апарата, визначено його продуктивність, розроблено практичні рекомендації з його раціональної експлуатації на підприємствах малого бізнесу відповідного профілю діяльності.
1.
Здійснено комплекс заходів з впровадження результатів дослідження в практику. Складено робочу документацію на новий аппарат охолодження напоїв і передано на завод для організації випуску промислової партії нових апаратів. Виготовлені зразки апарата використовуються на малих підприємствах торгівлі та харчування, які реалізують охолоджені напої масового попиту. Впровадження результатів дисертаційної роботи в практику дає значний економічний і соціальний ефект, який виявляється в більш повному задоволенні масового попиту на охолоджені напої та поліпшенні екологічної обстановки і умов праці на підприємствах малого бізнесу відповідного профілю діяльності.
Список опублікованих праць за темою дисертації:
1.
Храмшина Л.И. О рациональном выборе низкотемпературных хладоносителей для аппаратов охлаждения напитков. // Придніпровський науковий вісник. – 1997. – № 53 (64). – С. – 11.
1.
Пахомов П.Л., Сафонов В.В., Храмшина Л.И. Низкотемпературные кремнийорганические хладоносители для аппаратов охлаждения и замораживания напитков. // "Актуальні науково-методичні проблеми в підготовці спеціалістів вищої кваліфікації для торгівлі і харчування": Зб. наук.пр. – Харків: ХДАТОХ, 1997. – С. 322-325.
1.
Пахомов П.Л., Сафонов В.В., Храмшина Л.И. Исследование режима течения и потери давления в контуре аппарата с принудительной циркуляцией низкотемпературного хладоносителя // "Актуальні науково-методичні проблеми в підготовці спеціалістів вищої кваліфікації для торгівлі і харчування": Зб. наук.пр. – Харків: ХДАТОХ, 1997. – С. 387-389.
1.
Пахомов П.Л., Сафонов В.В., Храмшина Л.И. Теплофизические характеристики жидких кремнийорганических низкотемпературных хладоносителей ХС-2-1, ХС-2-1ВВ и ФС-Т-5 // Вестник науки и техники. – 1998. – Вып. № 2. – С. .
1.
Сафонов В.В., Киптелая Л.В., Храмшина Л.И. Без вредного фреона R-12 (аппарат для охлаждения напитков) // Питание и общество. – 1998. – № 7. – С.32 – 33.
1.
Пахомов П.Л., Сафонов В.В., Храмшина Л.І. Експериментальне дослідження основних теплофізічних властивостей кремнійорганічних рідин при температурах нижче 0 0С // Тез. доп. ювілейної науково-практичної конференції "Стан і проблеми розвитку торгівлі і харчування в Україні" – Харків: ХДАТОХ. – 1997. – С. .
АНОТАЦІЯ.
Храмшина Л.І. Розробка апарата охолодження напоїв проміжними кремнійорганічними холодоносіями для підприємств малого бізнесу. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 – процеси та апарати харчових виробництв. – Харківська державна академія технології та організації харчування Міністерства освіти України, Харків, 1999.
Дисертацію присвячено питанням розробки прогресивних апаратів охолодження напоїв з підвищеною продуктивністю в порівнянні з існуючими аналогами. В дисертації розроблено новий метод охолодження напоїв низькотемпературним кремнійорганічним холодоносієм, який циркулює в системі охолодження за допомогою насоса і підтримується при робочій температурі холодильною машиною. Встановлено, що шляхом раціонального вибору типу холодоносія, його масової витрати в системі циркуляції та робочої температури можливо забезпечити суттєво підвищений темп охолодження напою в апараті та рівномірність температури порцій охолодження напоїв, що реалізуються споживачам. Запропоновано конструктивне рішення розробленого апарата охолодження напоїв кремнійорганічними холодоносіями промислового виробництва для підприємств малого бізнесу. Основні результати праці знайшли практичне впровадження на підприємствах торгівлі та харчування і отримали схвалення спеціалістів галузі.
Ключові слова: апарат охолодження напоїв, кремнійорганічний холодоносій, система охолодження, продуктивність, конструктивне рішення.
АННОТАЦИЯ
Храмшина Л.И. Разработка аппарата охлаждения напитков промежуточными кремнийорганическими хладоносителями для предприятий малого бизнеса. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 – процессы и аппараты пищевых производств. – Харьковская государственная академия технологии и организации питания Министерства образования Украины, Харьков, 1999.
Диссертация посвящена вопросам разработки прогрессивных аппаратов охлаждения напитков с повышенной производительностью по сравнению с существующими аналогами. В диссертации разработан новый метод охлаждения напитков низкотемпературным кремнийорганическим хладоноси-телем, который циркулирует в системе охлаждения с помощью насоса и поддерживается при рабочей температуре холодильной машиной. Установлено, что путем рационального выбора типа хладоносителя, его массового расхода в системе циркуляции и рабочей температуры можно обеспечить существенно повышенный темп охлаждения напитка в аппарате и равномерность температуры порций охлажденных напитков, реализуемых потребителю. Предложено конструктивное решение разработанного аппарата охлаждения напитков кремнийорганическими хладоносителями промышленного производства для предприятий малого бизнеса. Основные результаты работы нашли практическое внедрение на предприятиях торговли и питания и получили одобрение специалистов отрасли.
Ключевые слова: аппарат охлаждения напитков, кремнийорганический хладоноситель, система охлаждения, производительность, конструктивное решение.
SUMMARY
Kramshina L.I. Development of the apparatus for cooling the drinks by intermediate silicone coolants for small business enterprises. Manuscript.
Thesis for a candidate’s degree by specialty 05.18.12 – process and apparatus of food production – Kharkov State Academy of Food Technology and Management Ministry of Education of Ukraine, Kharkov.1999.
The dissertation is devoted to the problems, that are connected with the development of advanced apparatus for cooling the drinks with heightened efficiency, in comparison with the existing analogues. A new method of cooling the drinks is elaborated be means of a low-temperature silicone coolant that circulates in the cooling system by the use of a pump and is supported at the working temperature by the a refrigerating machine,. There is established that by means of rational selecting the coolant type, it’s flow rate in the circulation system and working temperature it is possible to ensure the essentially heightened pace of cooling the drink portions which are realized to consumers. The design solution is proposed for the elaborated apparatus for cooling the drink by industrial silicone coolants for small business enterprises. The main results of the work have found an industrial introduction at the trade and nutrition enterprises and received an approval of the brunch specialists.
Key words: Apparatus for cooling the drinks, silicone coolant, cooling system, efficiency, design solution.
________________________________________________________________
Підп. до друку 5.01.99 Формат 60 х 84 1/16. Папір газет. Друк офсет.
Обл. – вид. арк. 1,0. Ум. друк.арк.: Тираж - 100 прим. Зам. № 294
________________________________________________________________
ДОД ХДАТОХ, Харків-51, вул. Клочківська, 333.
