Науково-технічні основи процесів тепломасообміну в теплових камерах при зберіганні фруктів

Нашими дослідженнями встановлено, що потоки вітру сприяли нагріванню огородження при інтенсивності сонячної радіації вище 100…200 Вт/м², а при менших значеннях ? охолоджували огородження. Охолодження зовнішньої поверхні пояснюється впливом конвективного теплообміну, в той час, як в існуючих методиках розрахунку теплопередачі це явище розглядається як нагрівання. Цей факт необхідно враховувати в розрахунках коефіцієнта теплопередачі.

За результатами вимірювань густини сумарних і конвективных теплових потоків, а також різниці температур стінка?повітря, виміряних «чорно?білим» тепломіром і диференціальною термопарою, були визначені коефіцієнти сумарної й конвективної тепловіддачі. Промениста складова тепловіддачі розрахована для внутрішніх і зовнішніх огороджень камер (табл.3). Ці результати становлять інтерес для порівняння зі значеннями коефіцієнта тепловіддачі, що рекомендується у нормативних документах при розрахунках коефіцієнта теплопередачі для огороджень (зовнішні поверхні ? _з.=23, внутрішні поверхні ? _вн.= 8,7 Вт/(м²К) (ДБН В.2.6-31-2006).

Таблиця 3. Значення коефіцієнтів тепловіддачі для зовнішніх і внутрішніх умов теплообміну огородження теплових камер І й ІІ

Теплова камера	Поверхня стіни	??	?к	?е	?t, К
		Вт/(м2К)
Зовнішній теплообмін
I	Південна	1,7...36,3	1...9,7	4,1...26,6	-2,9...17
II	Південна пб	4,4...23,9	3,4...21,3	1,0...16,7	0,9...19,8
II	Східна бп	0...19,7	0,4...10	6,0...11,0	-1,7...21,8
II	Східна б	0...30,9	0,4...11,4	0,9...19,4	-0,8...21,8
Теплообмін усередині камери
I	Південна	2,37...5,14	1,5...1,85	0,3...2,7	0,8...1,7
II	Південна max	5,9...7,7	1,8...4,8	1,7...4,3	0,1...1,0
II	Південна min	1,25...4,75	0,4...3,9	0,8...1,7	0,2...0,4
II	Східна	2,2...4,8	1,3...1,5	0,9...3,5	0,5...0,6

Встановлена значна розбіжність в значеннях коефіцієнтів тепловіддачі, особливо для зовнішніх поверхонь не дозволяє розглядати коефіцієнт тепловіддачі як постійну величину. Тому рекомендуємо розглядати коефіцієнти тепловіддачі всередині теплової камери тільки для спокійного режиму зберігання в межах 3…5 Вт/(м²К).

У главі 6 «Особливості розрахунку холодильного устаткування теплових камер» розглядаються питання розрахунку складових енергетичного балансу. Сховища для фруктів являють собою замкнутий простір, оточений огородженнями, зі значною теплоізоляцією й паронепроникністтю. Тому метою розрахунку є представлення теплового балансу теплової камери з урахуванням всіх факторів, що впливають на теплове навантаження камери. Виходячи із цього визначена потреба в охолоджуючих потужностях для теплових камер зберігання фруктів місткістю 100 і 200 тонн, у яких огородження побудовані з різних ізоляційних матеріалів.

Найбільш точну оцінку по енерговитратах при зберігання фруктів можна одержати із порівняння величин окремих витратних і прибуткових статей у балансі дійсного енергоспоживання. У більшості балансових рівнянь розглядається енергоспоживання за добу роботи в максимальному режимі енерговитрат, що для камер охолодження й зберігання має вигляд:

Q_кх= Q_ог+ Q_В + Q_Т1+ Q_Т2+ Q_Т3+ Q_л+ Q_о1+ Q_о2+ Q_из+ Q_i , kДж/доба (7)

Рівняння (7) зберігає зміст, якщо окремі складові теплової енергії замінити тепловою потужністю, де Q - кількість теплоти, або теплова потужність (тепловий потік), кДж, кВт.

Результати розрахунку складових і сумарного енергетичного балансу з урахуванням особливостей теплообміну в теплових камерах місткістю 100 і 200 т, побудованих з різних ізоляційних матеріалів наведені в табл.4.

Дані, наведені в табл.4, показують, що найбільші втрати енергії відбуваються через огородження із цегли (до 55%), а найменші ? в камерах із багатошарових огороджень (8%). Великі втрати енергії необхідні для початкового охолодження фруктів (26?55%) і тари (7?13%).

Як видно із аналізу табл.4 потужність холодильного агрегату для теплових камер в 200 т тільки в 1,6 рази більше чим для теплових камер в 100 т. Це говорить про те, що сховища більшої місткості є більше економічними.

Для порівняння визначених розрахункових балансових величин передачі теплоти через огородження також наведені величини виміряних теплопритоків (табл.4), отриманих при натурних вимірюваннях на теплових камерах у м. Радзині-Подляском навесні 2007 р. Як видно з табл.4, досліджені теплопритоки для теплової камери з пінополістірольних сендвіч-панелей однакової товщини стіни д_ппс=0,2 м становлять 121824 кДж/добу, що на 25% менше розрахункового значення 161841 кДж/добу. А досліджені теплопритоки для теплової камери з поруватого бетону (пінобетону) з повітряним прошарком і сендвіч-панеллю з пінополіуретану становлять 110678 кДж/добу, що менше розрахункових 166497 кДж/доба на 33% при однаковій товщині стіни д_б=0,44 м.

Отримані результати підтверджують, що при проектуванні теплових камер, які забезпечують довготривале зберігання фруктів із збереженням їх якості, необхідно закладати не статичні значення температур у даному регіоні, а враховувати гармонічний характер зміни температури. Врахування динаміки зміни температури дозволяє закладати менші товщини огороджень або використовувати менш потужні кондиціонери.

Таблиця 4 Зведена таблиця надходжень кількості теплоти в теплові камери на протязі доби через огородження виконаних з різних матеріалів

			Пінополіуретан 100 т	Пінополістірол 100 т	Цегла 100 т	Багатошарова стінка, 200 т
	Складові надходження теплоти		кДж/доба	%	кДж/доба	%	кДж/доба	%	кДж/доба	%
1	Передача теплоти через огородження	Qог	174626	13,78	161841	12,91	1423036	55,20	166497	8,22
2	Зі свіжим повітрям	Qв2	54949	4,34	54949	4,38	54949	2,13	114508	5,65
3	Від яблук	QT1	672000	53,03	672000	53,60	672000	26,07	1120000	55,29
4	Від дихання фруктів	QT2	8604	0,68	8604	0,69	8604	0,33	14340	0,71
6	Від упаковки яблук	QT3	166306	13,12	166306	13,27	166306	6,45	258844	12,78
6	Від працюючих людей	QL	10048	0,79	10048	0,80	10048	0,39	13398	0,66
7	Від освітлення	Qу1	13648	1,08	13648	1,09	13648	0,53	28385	1,40
8	Від вентиляторів	Qу2	89866	7,09	89866	7,17	89866	3,49	179712	8,87
9	У результаті танення інею	Qиз	16740	1,32	16740	1,34	16740	0,65	33480	1,65
10	Непередбачені теплові надходження	Qi1	2,78	0,0002	2,78	0,0002	2,78	0,0001	2,78	0,0001
11	У результаті регулювання атмосфери камери	Qi2	60339	4,76	59700	4,76	122760	4,76	96458	4,76
	Сума	УQii	1267129	100%	1253705	100%	2577960	100%	2025625	100%
	Потужність холодильного агрегату, кВт		22,00		21,766		44,756		35,167
	Виміряні теплопритоки через огородження теплових камер	Qог			121824				110 678

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу літературних джерел і розгляду досягнень нових технологій зберігання продуктів харчування та виходячи із необхідності стабільного постачання населення свіжими овочами і фруктами доцільно розробити енерго- та ресурсоощадні технології довготривалого зберігання фруктів, які б забезпечували високу їх якість на протязі року.

2. Процеси зберігання продуктів є достатньо енергоємними процесами і вимагають витрати великої кількості енергії. Тому довготривале зберігання необхідно здійснювати в спеціальних теплових камерах при низьких температурах і певному складі газового середовища. До теперішнього часу при проектуванні теплових камер для розрахунку теплоізоляційних огороджень кліматичні умови в регіонах будівництва враховуються лише статичним способом, тобто величиною максимальної температури. Але зміна температури атмосферного повітря за своєю природою є динамічною, тому і температура всередині камери змінюється за певним законом при певному часовому зміщенні фази температурної хвилі.

3. При розробці технології зберігання фруктів необхідно враховувати фізіологічні процеси, які відбуваються в фруктах і те, що рослинні клітини продовжують залишатися живими. Через живі рослинні клітини здійснюється випаровування води під час дихання, яке викликане різницею тисків між парціальним тиском водяної пари в газовому середовищі камери та в міжклітинному просторі фруктів. Як показали дослідження інтенсивність дихання залежить від температури навколишнього середовища. Так, при зростанні температури від 2 до 20 С інтенсивність дихання зростає в 5 разів.

4. На тривалість зберігання фруктів і їх якість суттєво впливає склад і температура газового середовища. Так, при низькому вмісті кисню і вуглекислого газу помітно сповільнюється життєдіяльність рослинних клітин. На основі результатів багаторічних досліджень, проведених в камерах із регульованим складом середовища в м. Радзинь-Подляски (Польща) розроблені енергозберігаючі технологічні режими довготривалого зберігання яблук та груш різних сортів. За цими режимами температуру потрібно підтримувати в межах 1 - 3 С, вміст кисню 1,5 - 3 %, вуглекислого газу 1 - 5 %.

5. Аналітичне розв'язання диференціальних рівнянь теплопровідності при гармонічному характері зміни зовнішньої температури дали можливість отримати рівняння, які описують закономірності зміни температури і густину теплового потоку в огородженні камери та величину густини потоку, яка надходить в камеру. Це дає можливість визначити тепловий потік, що поступає в камеру, і знайти потужність холодильного обладнання.

6. Використовуючи аналогію математичного опису температурних полів і полів електричних потенціалів на основі фізичної моделі розроблена адекватна математична модель, яка дає можливість отримати рівняння, які описують перенесення теплоти в зовнішніх огородженнях камер при синусоїдальному законі зміни зовнішньої температури. Отримані передаточні функції достатньо точно описують зміну температури і густини теплового потоку в середині сховища.

7. На базі комп'ютерної програми «Modelica» розроблено інформаційно-комп'ютерне забезпечення, яке дає можливість адекватно описувати процеси теплоперенесення в об'ємі теплової камери. Обробка результатів здійснюється в автоматичному режимі і наводиться в графічному вигляді. Збурююча температура може задаватися у вигляді синусоїдального, скачко подібного або іншого законів.

8. Дослідження зміни температури атмосферного повітря на протязі одного року показали, що вони мають гармонічний характер. Але, при проектуванні і будівництві теплових камер динамічний характер змін температури не враховується. Врахування динамічного характеру температури призводить до здешевлення будівництва сховищ і дає можливість значно економити електроенергію для підтримання постійної температури в камері.

9. Враховуючи, що при експлуатації теплових камер для довготривалого зберігання фруктів теплопередача через огородження здійснюється в нестаціонарних умовах при гармонічному характері зміни зовнішньої температури, огороджуючі конструкції необхідно розраховувати також на теплову інерційність і тепло засвоєння. Встановлено, що найбільш перспективними і відносно недорогими є легкозбірні сендвіч-панелі із пінополістирола або пінополіуретана.

10. Для дослідження коефіцієнтів теплопровідності вологих матеріалів в Люблінській політехніці виготовлено лабораторний стенд, який на основі автоматично виміряних пошарових значень температури t та вологовмісту u, а також густини теплових потоків на поверхні зразка за допомогою розробленої комп'ютерної програми дає можливість отримувати графічні залежності = ( u, t). Вологовміст вимірюється за допомогою спеціально розроблених ємнісних датчиків, а густина теплового потоку вимірюється за допомогою первинних перетворювачів теплоти, які розроблені на кафедрі теплотехніки НУХТ.

11. Дослідження залежності коефіцієнта теплопровідності суцільної червоної цегли = ( u ) показали, що із зростанням вологовмісту значення зростають. Так, в області моно- і поліадсорбційного зв'язку ( приблизно до u = 6 % ) спостерігається незначний ріст значень . Це пояснюється тим, що волога цих форм зв'язку міцно зв'язана із твердим скелетом і в теплопереносі відіграє незначну роль. Із збільшенням вологовмісту від 6 до 12 % спостерігається різкий зріст значень , що пояснюється появою капілярної конденсації вологи і заміною повітря в мікропорах водою. При подальшому збільшенні вологовмісту u 12 % настає вологий стан, вода заповнює макрокапіляри, що призводить до подальшого росту коефіцієнта теплопровідності. Дослідження залежності = ( t ) цегли показало, що з ростом температури значення зростають. Так, при збільшенні температури від 6 до 16 С коефіцієнт теплопровідності зростає приблизно в 1,4 рази.

12. Для перевірки адекватності даних, отриманих аналітичним шляхом, були проведені дослідження температурних полів та густин теплових потоків в діючих теплових камерах в м. Радзині?Подляском ємністю 100 т. Результати дослідження показали, що значні температурні коливання спостерігаються на зовнішніх поверхнях, особливо з південної сторони. Встановлено, що огородження характеризуються значною інерцією по відношенню до зовнішніх коливань температури, а це практично не впливає на теплообмін всередині камери. Найбільші теплопритоки спостерігаються від підлоги. Вони в 2 - 4 рази перевищують втрати через сендвіч-панелі.

13. Дослідження теплопереноса в огородженнях теплових камер показали, що найбільш достовірними є теплові потоки, виміряні на внутрішніх поверхнях. Натомість, зовнішні вимірювання густин теплових потоків і температур зазнають значного впливу погодних факторів (вологість, швидкість руху повітря тощо), врахування яких можливе лише за допомогою постійного моніторингового контролю теплометричними засобами вимірювання. Тому, при теплових розрахунках камер необхідно користуватися даними, отриманими для внутрішніх поверхонь.

14. Встановлено, що на величину проникнення теплового потоку всередину огородження суттєво впливає величина теплопровідності матеріалу стіни. Матеріали з меншою теплопровідністю нагріваються сильніше на зовнішній поверхні і менше всередині. Значення сумарного коефіцієнта теплообміну всередині закритої теплової камери при вимкнутих повітреохолодниках складають в межах 1…3 Вт/(м²К), а працюючі повітреохолодники збільшують ці значення від 3 до 6 Вт/(м²К) для стін і до 18 Вт/(м²К) в місцях стиків із підлогою.

15. Аналіз проведених розрахунків складових енергетичного балансу теплових камер із регульованим складом газового середовища, побудованих із різних ізоляційних матеріалів, показує, що найбільші втрати через огородження спостерігаються в камерах із цегли (55 %), а найменші - в камерах із багатошарових плит (8 %). Для камер із пінополістирольних і пінополіуретанових плит ці втрати складають приблизно 13 %. Найбільші затрати енергії необхідні для початкового охолодження фруктів (26 - 55%). Витрати енергії на охолодження тари складають 7 - 13 %.

16. Як показують дослідження, найбільш економічними є камери великої місткості. Так, теплові камери місткістю в 200 т для підтримання необхідного теплового режиму вживають в 1,6 рази менше електроенергії на одиницю продукції ніж камери місткістю в 100 т.

17. На основі аналізу розрахункових і виміряних теплопритоків для різних конструкцій теплових камер розроблено метод теплового розрахунку промислових сховищ, в основу якого закладено не статичні значення температур в даному регіоні, а гармонічний характер зміни температури. Врахування цього дає можливість зменшити товщину огородження, або використовувати кондиціонери на 25 - 30 % меншої потужності.

Здійснення промислового впровадження наукових розробок на тепловій камері місткістю 100 т в м. Радзині?Подляском дозволило отримати економічний ефект в сумі 2000 Є на рік.

ПЕРЕЛІК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Janczarek M.M. Okreњlenie wіasnoњci dynamicznych komуr cieplnych w celu zaprojektowania ukіadu automatycznej regulacji zapewniaj№cej uzyskanie ї№danej temperatury przy najlepszym wykorzystaniu energii// II?Nauk.?Techn. Konf.. „Politechnika Lubelska dla Gospodarki Narodowej”. Seria C nr 2. str.75. Lublin 1982.

2. Janczarek M.M.: Analiza matematyczno?fizyczna wіasnoњci dynamicznych komory technicznej o њcianach jednorodnych. Instytut Technologii i Eksploatacji Maszyn w Sіuїbie Gospodarki Narodowej. Politechnika Lubelska. Seria C nr 4. str. 76?79. Lublin 1983.

3. Janczarek M.M. Przegl№d i aktualny stan badania cieplnych komуr technicznych w przemyњle spoїywczym. I. Њrodowiskowe Sympozjum Naukowe Mіodych Pracownikуw Nauki. Politechnika Lubelska (Рoland), 1983. ?Seria C, № 3. ? Str.77?80.

4. Janczarek M.M. Termostabilnoњж chіodni i magazynуw produktуw spoїywczych// III. Ogуlnopolska Konf. Nauk.?Techn. „Budowa i Eksploatacja Maszyn Przemysіu Spoїywczego, Lublin (Рoland),1984. ? Str. 84?85.

5. Janczarek M.M. Identyfikacja przewietrzanych cieplnych komуr technicznych o њcianach jednowarstwowych. Mechanika?Problemy Maszyn i Urz№dzeс Przemysіu Spoїywczego. Seria B nr 10. Politechnika Lubelska. Lublin (Рoland), 1984. ?Str. 131?141.

6. Janczarek M.M. Oszczкdnoњci energetyczne przy eksploatacji cieplnych komуr technicznych. Instytut Technologii i Eksploatacji Maszyn w Sіuїbie Gospodarki Narodowej. Politechnika Lubelska. Seria C nr 6. Lublin (Рoland), 1984. ? Str. 30?31.

7. Janczarek M.M.: Dynamics of Thermal Technical Spaces During Convection and Solar Radiation Temperature Transmissions. VII. Miкdzynarodowa Konferencja „Heating, Ventilation and Air?Conditioning”. Piestiany (Republika Sіowacka) 1984. ? Str. 100?104.

8. Janczarek M.M.: Mathematisch?Physikalische Analyse der Dynamischen Eigenschaften Warmetechnischen Kammern. Tage der Wisenschaft und Technik. Wismar (Niemcy) 1984. ? str. 9.

9. Janczarek M.M.: Dynamick vlastnosti tepeln technickych prostoru. VIII. Miкdzynarodowa Konferencja „Heating, Ventilation and Air?Conditioning”. Karlovy Vary (Republika Czeska) 1985. ? str.51?54.

10. Janczarek M.M.: A Passive Diode Air System for Solar Retrofitting Walls. IX. Miкdzynarodowa Konferencja „Heating, Ventilation and Air?Conditioning”. ?str.53?56. Bratysіawa (Republika Sіowacka) 1987.

11. Janczarek M.M.: Optymalizacja modelu matematycznego przewodzenia ciepіa przez њcianк cieplnej komory technicznej. Politechnika Lubelska w Sіuїbie Gospodarki Narodowej. Politechnika Lubelska(Рoland), 1988. ? str. 114?115.

12. Janczarek M.M.: Computing Methods Concerning Heat Transfers Through Walls . Miкdzynarodowa Konferencja „Tage der Wisenschaft und Technik an der Technischen Hochschule”. Wismar (Niemcy) 1990. ? str. 22.

13. Janczarek M.M.: Optimization of Methods Concerning Conductive Heat Transfer Through Walls of Thermal Technical Spaces. XI. Miкdzynarodowa Konferencja „Heating, Ventilation and Air?Conditioning”. Piestiany (Republika Sіowacka) 1991. ? str. 8?9.

14. Janczarek M.M.: Methods Concerning Conductive Heat Transfers Through Walls of Thermal Technical Spaces. Miкdzynarodowa Konferencja „MATAR'92.” Praha (Republika Czeska) 1992. ? str. 166?170.

15. Janczarek M.M.: Model przewodzenia ciepіa przez przegrody zewnкtrzne w chіodniach i przechowalniach produktуw spoїywczych uwzglкdniaj№cy zmiany temperatury atmosferycznej. Problemy Konstrukcji Maszyn Przemysіu Spoїywczego. Kazimierz Dolny. 1994. ? str. 65?66.

16. Lenik K., Janczarek M.: Rzeczywistoњж, moїliwoњж i przyszіoњж kierunku Zarz№dzania na uczelniach technicznych. II. Miкdzynarodowa Konferencja Naukowa „Zarz№dzanie Organizacjami Gospodarczymi”. Јуd 1995. ? Str. 30?35.

Особистий внесок здобувача: запропонував тему, підготовив матеріали для публікації.

17. Janczarek M.M.: Algorithm of Project of Internal Walls with Several Layers of Thermal Technical Spaces in Aspect of Control of their Heat Processes. Miкdzynarodowy Kongres „Machine Tools Automation and Robotics in Mechanical Engineering. Praha (Republika Czeska) 1996. ? str.189?194.

18. Janczarek M.M.: Model przejњcia ciepіa przez њcianк komory technicznej. Rynek Energii Nr 3(4). dwumiesiкcznik. Kaprint. Lublin (Рoland), 1996. ? str. 18?20

19. Janczarek M.M.: Model of Project Internal Walls of Thermal Technical Spaces in Aspect of Control of Their Heat Processes. 26 th International Conference of Production Engineering. SPMJ'96. Podgorica?Budva . (Jugosіawia), 1996.17?20. IX. ? str. 49 ? 52.

20. Janczarek M.M.: Analiza wіasnoњci dynamicznych cieplnej komory technicznej. Komputerowe Wspomaganie w Ksztaіceniu Technicznym. Lublin,1996. ? str.112 ? 114.

21. Janczarek M.M.: Models of heat transfer through internal walls of thermal technical spaces. Fourth International Symposium on Methods and Models in Automation and Robotics. Tom I, 1997. Miкdzyzdroje. MMAR `97 (Poland). ? str. 403?405.

Особистий внесок здобувача: запропонована фізико-математична модель теплової камери для зберігання фруктів, підготував матеріали до публікації.

22. Janczarek M. Thermal Technical Spaces in Aspect of Saving Energy// - Summer School on Control Theory and Applications - Graz University of Technology, Graz - Austria - September 2004. ? Str. 10

23. Bulyandra O., Yancharek M., Sobchuk H. Bench?scale facility to study heat and mass transfer in a wet material// - IV?th International Conference Problems of Industrial Heat Engineering - Kyiv, Ukraine, 2005. ?С.315?316.

Особистий внесок здобувача: приймав участь в виготовленні лабораторної установки, проведення дослідів, обробка результатів дослідження.

24. Skalski P., Janczarek M.: “Use the fuzzy?logic regulators with utilization the PLC programmers to automatic stabilization of physical sizes” ? Ceepus Summer School 2005. Inteligent Control Systems, Brno University of Technology - Czech Republic - 2005.

Особистий внесок здобувача: ідея використання математичної логіки для моделюванні процессів управління.

25. Буляндра О.Ф., Янчарек М.М. Аналіз передачі теплоти крізь зовнішню стінку складського приміщення з урахуванням динаміки змін атмосферної температури// Харчова промисловість.?К.: НУХТ, 2005. №4, ?С. 140-142.

Особистий внесок здобувача: запропонував враховувати гармонічний характер зміни температури при розрахунках теплопередачі крізь стінку, обробив експериментальні дані.

26. Janczarek.M., Skalski P. Measurements in apple storages//CEEPUS Summer School. Inteligent Control Systems, Brno University of Technology (Czech Republic). - 2005.? Str.34?36.

Особистий внесок здобувача: проведено дослідження зміни температур в сховищах фруктів, підготував матеріали до публікації.

27. Janczarek M. Wyznaczanie bilansu cieplnego komуr chіodniczych// Techn. Rynek Ciepіa.- Lublin (Рoland), 2006.? Str.135?145.

28. Janczarek M., Skalski P., Suchorab Z. Przewodzenie ciepіa przez przegrodк w stanach ustalonych i nieustalonych// Informatika w technice. ? Tom I. Lubelskie Towarzystwo Naukowe, Lublin (Рoland), 2006.? Str. 22?25.

Особистий внесок здобувача: вивів рівняння функції переходу для визначення динаміки зміни температури.

29. Janczarek M., Skalski P., Bulyandra A., Sobczuk H. Przewodnoњж cieplna zewnкtrznych њcian budynkуw w aspekcie wilgotnoњci i oszczкdnoњci energii// Rynek Energii nr 4 (65) sierpieс. Kaprint - Lublin (Рoland), 2006.? Str.32?35.

30. Janczarek M.M. Determining of coefficient of heat transfer in bricks depended from degree of their moisture// - CEEPUS WEB Summer School 2007 ”Informatics Systems in Automation”, University of Maribor - Maribor, (Slovenia) - 14 th ? 28 th September, 2007.? Str.1?4. Janczarek M. Thermal Technical Spaces in Aspect of Saving Energy// - Summer School on Control Theory and Applications - Graz University of Technology, Graz - Austria - September 2004. ? Str. 10

31. Bulyandra O., Yancharek M., Sobchuk H. Bench?scale facility to study heat and mass transfer in a wet material// - IV?th International Conference Problems of Industrial Heat Engineering - Kyiv, Ukraine, 2005. ?С.315?316.

Особистий внесок здобувача: приймав участь в виготовленні лабораторної установки, проведення дослідів, обробка результатів дослідження.

32. Skalski P., Janczarek M.: “Use the fuzzy?logic regulators with utilization the PLC programmers to automatic stabilization of physical sizes” ? Ceepus Summer School 2005 Inteligent Control Systems, Brno University of Technology - Czech Republic - 2005.

Особистий внесок здобувача: ідея використання математичної логіки для моделюванні процессів управління.

33. Буляндра О.Ф., Янчарек М.М. Аналіз передачі теплоти крізь зовнішню стінку складського приміщення з урахуванням динаміки змін атмосферної температури// Харчова промисловість.?К.: НУХТ, 2005. №4, ?С. 140-142.

Особистий внесок здобувача: запропонував враховувати гармонічний характер зміни температури при розрахунках теплопередачі крізь стінку, обробив експериментальні дані.

34. Janczarek.M., Skalski P. Measurements in apple storages//CEEPUS Summer School. Inteligent Control Systems, Brno University of Technology (Czech Republic). - 2005.? Str.34?36.

Особистий внесок здобувача: проведено дослідження зміни температур в сховищах фруктів, підготував матеріали до публікації.

35. Janczarek M. Wyznaczanie bilansu cieplnego komуr chіodniczych// Techn. Rynek Ciepіa- Lublin (Рoland), 2006.? Str.135?145.

36. Janczarek M., Skalski P., Suchorab Z. Przewodzenie ciepіa przez przegrodк w stanach ustalonych i nieustalonych// Informatika w technice. ? Tom I. Lubelskie Towarzystwo Naukowe, Lublin (Рoland), 2006.? Str. 22?25.

Особистий внесок здобувача: вивів рівняння функції перехода для визначення динаміки зміни температури.

37. Janczarek M., Skalski P., Bulyandra A., Sobczuk H. Przewodnoњж cieplna zewnкtrznych њcian budynkуw w aspekcie wilgotnoњci i oszczкdnoњci energii// Rynek Energii nr 4 (65) sierpieс. Kaprint - Lublin (Рoland), 2006.? Str.32?35.

38. Janczarek M.M. Determining of coefficient of heat transfer in bricks depended from degree of their moisture// - CEEPUS WEB Summer School 2007 ”Informatics Systems in Automation”, University of Maribor - Maribor, (Slovenia) - 14 th ? 28 th September, 2007.? Str.1?4.

39. Янчарек М.М., Буляндра О.Ф., Шаповаленко O. I., Виноградов?Салтыков В.A. Особенности расчета теплового баланса тепловых камер для хранения фруктов// - Наук. Пр. ? Одеса.: Одеська Національна академія харчових технологій, Вип. 31.?Том 2. -2007.?С.77?83.

Особистий внесок здобувача: запропонував методики розрахуну складових експериментального балансу теплової камери.

41. Янчарек М.М., Буляндра О.Ф., Шаповаленко O. I., Виноградов?Салтыков В.A. Особенности расчета теплового баланса тепловых камер для хранения фруктов// - Наук. Пр. ? Одеса.: Одеська Національна академія харчових технологій, Вип. 31.?Том 2. -2007.?С.77?83.

Особистий внесок здобувача: запропонував методики розрахуну складових експериментального балансу теплової камери.

42. Janczarek M. M. Energooszczкdnoњж eksploatacji obiektуw budowlanych w aspekcie zmiennej temperatury atmosferycznej//Rynek Energii nr 1(68) 2007 - Kaprint - Lublin (Рoland), 2007.? Str. 48?52.

43. Янчарек М.М., Буляндра О.Ф. Зберігання фруктів у газових середовищах// Харчова промисловість. ? K.: НУХТ ?№5 2007, ? С.48?51.

Особистий внесок здобувача: запропонував технологічні режими зберігання фруктів, підготовив матеріали до публікації.

44. Янчарек М.М., Буляндра О.Ф., Шаповаленко O. I., Виноградов? Салтыков В.A.// Вдосконалення технології довготривалого зберігання фруктів. ?Харків: Вісник Харківського технічного університету сільського господарства ім.. Петра Василенка,2007. ? №58.? С.189?194.

Особистий внесок здобувача: розроблені пропозиції по вдосконаленню технологічних режимів зберігання фруктів.

45. Янчарек М.М., Буляндра О.Ф., Шаповаленко O. I. Сучасні енергозберігаючі напрямки зберігання продовольчих продуктів// 74-а Наук. конф. молодих учених, аспірантів і студ. ? K.: НУХТ, 2007. ? С.275?276.

Особистий внесок здобувача: запропонував з ціллю економії енергії при довготривалому зберіганні фруктів враховувати динамічний характер зміни зовнішньої температури, підготовив матеріали до публікації.

АНОТАЦІЯ

Янчарек М.М. Науково-технічні основи тепломасообміну в теплових камерах при зберіганні фруктів: - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв. Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, Київ, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню комплексної проблеми енерго- та ресурсозбереженню при довготривалому зберіганню фруктів в теплових камерах із регульованим газовим середовищем. Розроблені технологічні режими зберігання фруктів в газових середовищах. Залежно від сорта яблук температура змінюється в межах 1 - 3 С, вміст кисню 1,5 - 3 %, вуглекислий газ 1 - 5 %.

Запропоновано нову концепцію теплового розрахунку сховищ виходячи із гармонічного характеру зміни атмосферної температури. Для цих цілей проведено аналітичне дослідження характеру зміни температури та густини теплового потоку в огородженнях камери та в газовому середовищі камери.

Створена комплексна фізична модель процесів перенесення теплоти через огородження камери, на засадах якої розроблена адекватна математична модель при синусоїдальному характері зміни зовнішньої температури. Реалізація моделі здійснена на базі розробленого програмного інформаційно-комп'ютерного забезпечення. Проведено дослідження річної зміни температури повітря в середньо-східних регіонах Польщі, в результаті розробленої методики обробки даних встановлено динаміку зміни температури, необхідну для замикання розробленої фізичної та математичної моделі процесів теплообміну в камерах.

Створена автоматизована лабораторна установка для дослідження теплофізичних характеристик будівельних матеріалів, в основу якої закладено принцип вимірювання пошарових змін температур і вологовмісту та густин теплового потоку на поверхнях зразка. Отримані дані за допомогою розробленої комп'ютерної програми обробляються, що дає можливість отримати графічні залежності поточних значень коефіцієнта теплопровідності від температури та вологовмісту.

Для перевірки адекватності отриманих теоретичних результатів розроблено методику експериментального дослідження густини теплових потоків через огородження діючої теплової камери в м. Радзині?Подляском. Для досягнення цієї мети був виготовлений малогабаритний мало інерційний датчик перетворення теплової енергії. Натурні дослідження підтвердили необхідність при теплових розрахунках камер враховувати динамічний характер зовнішньої температури. Розроблена методика розрахунку промислових комплексів довготривалого зберігання фруктів.

Здійснено промислове впровадження наукових розробок на тепловій камері місткістю 100 т в м. Радзині?Подляском. Економічний ефект складає 2000 Є на рік.

Ключові слова: фрукти, довготривале зберігання, тепло масообмін, ізоляція, теплова камера.

АННОТАЦИЯ

Янчарек М.М. Научно-технические основы процессов тепломассообмена в тепловых камерах при хранении фруктов: ? Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств, ? Национальный университет пищевых технологий Министерства образования и науки Украины, Киев, 2008.

Диссертация посвящена решению крупной комплексной научно-технической проблемы енерго- и ресурсосбережения при длительном хранении фруктов в тепловых камерах с регулированной газовой средой. Для этих целей проведено научное обоснование процессов тепломассообмена, проектирования и строительства хранилищ, обеспечивающих сохранение потребительских качеств фруктов.

При разработке режимов длительного хранения фруктов необходимо учитывать тот факт, что растительные клетки фруктов после их сбора продолжают жить. Жизнедеятельность растительных клеток зависит от температуры, влажности и состава газовой среды. Исследования показали, что в зависимости от сорта яблок наиболее благоприятными для сохранения качества являются: температура 1-3 ^оС, содержание кислорода 1,5-3 %, углекислого газа 1-5 %.

Предложено новую концепцию теплового расчета хранилищ исходя из гармонического характера изменения атмосферной температуры. Для этих целей проведено исследование характера изменения температуры на протяжении года в средне-восточных регионах Польши. В результате обработки данных установлено, что изменение температуры носит циклический характер и может быть описано с помощью синусоидального закона.

Исходя из гармонического характера изменения температуры произведено аналитическое исследование характера изменения температуры и плотности теплового потока в ограждениях камеры и в газовой среде.

Созданная комплексная физико-математическая модель процессов теплопереноса через внешние ограждения камер, в основу которой положен гармонический характер изменения температуры. Реализация модели осуществлена на основе разработанного программного информационно-компьютерного обеспечения. Полученные результаты показывают, что тепловые потоки и температуры в ограждениях изменяются по гармоническому закону, период колебаний сохраняется, а амплитуды затухают и наблюдается сдвиг фаз колебаний. Величина сдвига зависит от свойств изоляционного материала и его толщины.

Исследование теплофизических свойств строительных материалов произведено на специально изготовленной лабораторной установке. Установка дает возможность в термокамере изменять температуры с обеих сторон образца от ?30 до +60^оС. Измерения послойных изменений температуры осуществлялось с помощью термопар, а влагосодержание с помощью специальных емкостных датчиков. Плотность тепловых потоков на поверхности образцов измерялась с помощью малоинерционных датчиков теплового потока, изготовленных на кафедре теплотехники НУПТ. Полученные данные вводились в компьютер и с помощью разработанной компьютерной программы обрабатывались и на дисплей выводились зависимости поточных значений коэффициента теплопроводности от температуры либо от влагосодержания.

Как показали исследования зависимости коэффициента теплопроводности красного кирпича от влагосодержания и с ростом значений и возрастает и значения . В области моно- и полиадсорбционной связи (примерно до и=6%) наблюдается незначительный рост значений . При увеличении влагосодержания от 6 до 12% наблюдается резкий рост значений , что объясняется появлением капиллярной конденсации влаги и заполнением микрокапилляров водой. При увеличении и >12% наступает влажное состояние, вода заполняет макрокапилляры, что приводит к дальнейшему росту коэффициента теплопроводности. Исследование зависимости =f(t) показали, что при росте температуры от 6 до 16^оС коэффициент теплопроводности кирпича возрастает примерно 1,4 раза.

Для проверки достоверности полученных результатов по температурным полям и плотностям теплового потока аналитическим путем разработана методика экспериментального исследования плотности тепловых потоков и температур на действующих тепловых камерах производительностью 100 т/год в г. Радзине-Подляском (Республика Польша).

Для измерения тепловых потоков малой интенсивности разработана конструкция и изготовлен малогабаритный и малоинерционный тепломер. Как показали исследования, измеренные тепловые потоки в камерах независимо от материала изоляции на 25…30% меньше рассчитанных. Это говорит о том, что при проектировании хранилищ необходимо закладывать не максимальные расчетные температуры для данного региона, а учитывать гармонический характер изменения температуры.

На основе проведенных исследований разработана методика расчета теплотехнических режимов тепловых камер для длительного хранения фруктов, которая учитывает особенности теплообмена в газовых средах при обеспечении высоких потребительских показателей качества плодов и минимальных потерях.

Анализ проведенных расчетов составляющих энергетического баланса тепловых камер, построенных из разных изоляционных материалов, показывает, что наибольшие потери через внешние ограждения наблюдается в камерах из кирпича (55%), а наименьшие в камерах с многослойными стенками (8%). Для камер из пенополистирольных и пенополиуретановых панелей эти потери составляют приблизительно 13%.

Наибольшие расходы энергии необходимы в период загрузки камер для охлаждения фруктов (26…55%). Расходы энергии на охлаждение тары составляют 7…13%. В период хранения эти составляющие расхода энергии отсутствуют. Это необходимо учитывать при выборе мощности кондиционера.

Как показывают расчеты наиболее экономичными являются камеры большей емкости. Так тепловые камеры производительностью 200 т/год для поддержания необходимого теплового режима потребляют в 1,6 раза меньше электроэнергии на единицу продукции, чем камеры производительностью 100 т/год.

Осуществлено промышленное внедрение научных разработок на тепловой камере емкостью 100 т/год в г. Радзине-Подляском (Республика Польша). Экономический эффект составляет 2000 Є на год.

Ключевые слова: фрукты, длительное хранение, тепломассообмен, изоляция, тепловая камера.

SUMMARY

Janczarek M., „Scientific and technological description of heat and mass transfer processes in thermal treatment chambers for fruit” - manuscript.

The thesis is subjected to the evaluation process aimed at title of Doctor in Technical Science in the area of specialisation no.: 05.18.12, i.e.: The processes and food devices of microbiological and pharmaceutical materials. The National University of Food Technology of Ukrainian Ministry of Education and Science, Kiev, 2008.

The thesis presents the analysis of complex problems in the field of energy and material during long term storage of fruit in thermal chambers at controled gaseous environment. The storage parameters of apple range in the following: temperature 1 - 3^oC, oxygen (O₂) concentration 1.5 - 3%, carbon dioxide (CO₂) concentration 1-5%.

The presented new concept of thermal analysis is derived from harmonic character of temperature changes in storage environment. The analytical approach seems appropriate to obtain established purposes i.e.: the description of temperature changes and heat transfer within the chamber walls and its gaseous environment.

The thesis presents the physical model of heat transfer through chamber walls by means of a mathematical model suitable for sine waveform of internal temperature changes.

The analysis has been performed on the basis of original numerical algorithms. They take into consideration hourly changes of ambient temperature in the central - eastern region of Poland. The accepted methodology of performance takes advantage of temperature dynamics which is necessary to solve physical and mathematical problems related to heat transfer processes occurring in chambers.

The originally constructed laboratory system consists of fully automatic stands to test construction material thermal characteristics. These characteristics form the basis to formulate the principles of temperature changes between adjacent layers. The laboratory enables also to trace the heat transfer on external border surfaces. The experimentally obtained results have been subjected to computer analysis. In the result, the graphically presented dependence of fluid thermal conductivity coefficient on temperature and humidity.

The verification of the accepted methodology and results have been performed on the data thermal flux density obtained from rural thermal chamber in Radzyс Podlaski (Poland). The small sensor of low inertia has been developed especially for the purpose of the research. This sensor has been used to measure the heat flux density. The experimental analysis proves the necessity to consider the dynamic character of internal temperature when thermal chamber analysis is performed. The thesis includes also the presentation of elaborated methodology of analysis of industrial long term storage.

The research results have been put into practice with a hundred-ton chamber in Radzyс Podlaski. The economical effect has been evaluated on the level of Є 2000 per year.

Key words: fruit, long term storage, heat and mass transfer, insulation, thermal chamber.

Размещено на Allbest.ru