Методика расчета теплового баланса холодильника, выполненного из полимеров
ART 96065
В.
В. БерезинБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Березин
В.
В.,
Акбиров
З.
Р.,
Смолкин
Р.
М. Методика расчета теплового баланса холодильника, выполненного из полимеров // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 15. – С.
766–770. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/96065.htm.
Аннотация. В данной работе рассмотрим возможность увеличения эффективности холодильника, а также того, как за счет использования полимерных материалов в конструкции холодильника добиться уменьшения массы и себестоимости прибора.
Текст статьи
Березин Вадим Вячеславович,студент Казанского национального исследовательского технического университетаКАИ им. Туполева, Казаньberezinvadim23@yandex.ru
Акбиров Зиннур Рашидович,студент Казанского национального исследовательского технического университетаКАИ им. Туполева, Казань
Смолкин Роман Михайлович,студент Казанского национального исследовательского технического университетаКАИ им. Туполева, Казань
Методика расчета теплового балансахолодильника, выполненного из полимеров
Аннотация. В данной работе рассмотрим возможность увеличения эффективности холодильника. А также, за счет использования полимерных материалов в конструкции холодильника, добьемся уменьшения массы и себестоимость прибора.Ключевые слова:холодильник, полимерный, методика, интенсификация теплообмена, энергозатраты, вес.
Целью наших исследований являетсярассмотрение возможности использования полиэтилена высокого давления (ПВД) в качестве материала, из которого будет изготовлена морозильная камера с целью уменьшения веса и энергозатрат. ПВД достаточно прочен при низких температурах. Полимерные материалы имеют высокую технологичность, поскольку при переработке в готовые изделия отличаются малой операционностью и низкой энергоемкостью: по сравнению с алюминиевыми сплавами в 5 раз, со сталью в 3 раза.
Для корпусов морозильной камеры используют материалы с высоким коэффициентом теплопроводности. Как правило, в основном это алюминий. Морозильная камера изготовлена из алюминия плотностью . Она состоит из двух корпусов, внешнего и внутреннего. Полость между корпусами изолирована и в ней протекает теплоноситель. Толщины корпусов принимают равными , толщина стенки внешнего корпуса,толщина стенки внутреннего корпуса. Зная геометрические характеристики морозильной камеры можем рассчитать на сколько уменьшиться вес морозильной камеры.Длина пластины:
Площадь пластины:
Толщина двух пластин составляет , тогда объем пластин равен:
Плотность алюминия равна , масса алюминия.
Затраченная на изготовление пластин для морозильной камеры, составит:
Масса одной пластины:
Объем одной пластины:
В работе предлагается заменить алюминий на ПВД, а так же уменьшить толщину одной пластины для уменьшения веса камеры.Примем , тогда объем внешней пластины будет равен .Масса пластины:
;
Общая масса морозильной камеры:
Приуменьшении толщины одной из стенок до и замене материала уменьшаем массу морозильной камеры на:
Рассмотрим эффективность морозильной камеры с использованием ПВД со стороны энергозатрат, для этого проведем тепловой расчет морозильной камеры.Теплопроводность ПВД принимаем равной:.Для определения теплового потока МК необходимо создание методики, удовлетворяющей нашим параметрам и условиям. Общий расход холода определяется выражением :QКАМЕРЫ= Q1+ Q2+ Q3+ Q4, Вт.а) Q1 –расход холода на теплопередачу через ограждение камеры.Q1 КF(tНАРУЖ–tКАМЕРЫ) , Вт.
КF–коэффициент теплопроводимости ограждения камеры, .
tНАРУЖ и tКАМЕРЫ–соответственно температура воздухаснаружи и внутри камеры, К.б) Q2 –расход холода на охлаждение и замораживание продуктов.Q2 = (mПРОДУКТiПРОДУКТ)/(3600 ) , Вт.mПРОДУКТ –масса загружаемых продуктов, кг.
Если mПРОДУКТ= 0,56VКАМЕРЫ.
iПРОДУКТ–разность энтальпий продуктов до и после охлаждения, .
время охлаждения,час.с) Q3 –расход холода на охлаждение воздуха в камере.(С учетом открывания и закрывания двери.).Q3 аVКАМЕРЫ ( iНАРiВНУТР)/(3600) , Вт.а –кратность смены воздуха в камере,(количество за 24 часа).VКАМЕРЫ–объем камеры,м3.
плотность воздуха в камере,.iНАР и iВНУТР –соответственно энтальпия воздухаснаружи и внутри камеры, .
24 часа.д) Q4 –расход холода через неплотно закрытые двери. (Через уплотнители двери.).
Q4= 0,2 Q1 , Вт.Далее представлен результат расчетов.
Рассчитаем коэффициенты теплопередач для каждойиз теплопередающих поверхностей.
После вычисления температур и по уравнению теплового баланса рассчитывается плотность теплового потока теплопередающей поверхности:
;Значения коэффициентов теплоотдачи наружной и внутренней стенок iой теплопередающей поверхности также вычисляется из уравнения теплового баланса:
Рассчитаем коэффициенты теплопередач для каждой из теплопередающих поверхностей.
Коэффициенты теплопередач для вертикальных стенок принимаем равными. K1=K2=K3=K40,328 Вт/м2*К.Теплопритоки из окружающей среды через вертикальные стенки будут равны:
По этой же методике рассчитываем коэффициенты для верхней и нижней стенки морозильной камеры.После расчетов получили следующие коэффициенты: для нижней стенки K5=0,289; для верхней K6=0,286.;;.Опираясь на результат расчетов можно сделать вывод:вышеописанныйспособ изготовления морозильной камеры холодильного агрегата из полимерных материалов позволяет снизить себестоимость продукции,что немаловажно для современного общества. А такжеэто поспособствует снижению энергозатратв процессе изготовления и эксплуатации холодильного оборудования, что скажется на экономии энергопотребления.
Ссылки на источники1.Бабакин, В.А. Выгодин, Справочник "Бытовые холодильники и морозильники".М.: Колос, 1998, с. 399401.2.
ИнЕУ, Павлодар / Казахстан, студент Троянов Р.С. 2012. —20 с.3.Техника высоких напряжений / П. В. Борисоглебский, Л. Ф. Дмоховская, В. П. Ларионов, Ю. С. Пинталь, Е. Я. Разевиг. М.Л.: Энергия, 1964. С. 18...21, 23, 24.
Акбиров Зиннур Рашидович,студент Казанского национального исследовательского технического университетаКАИ им. Туполева, Казань
Смолкин Роман Михайлович,студент Казанского национального исследовательского технического университетаКАИ им. Туполева, Казань
Методика расчета теплового балансахолодильника, выполненного из полимеров
Аннотация. В данной работе рассмотрим возможность увеличения эффективности холодильника. А также, за счет использования полимерных материалов в конструкции холодильника, добьемся уменьшения массы и себестоимость прибора.Ключевые слова:холодильник, полимерный, методика, интенсификация теплообмена, энергозатраты, вес.
Целью наших исследований являетсярассмотрение возможности использования полиэтилена высокого давления (ПВД) в качестве материала, из которого будет изготовлена морозильная камера с целью уменьшения веса и энергозатрат. ПВД достаточно прочен при низких температурах. Полимерные материалы имеют высокую технологичность, поскольку при переработке в готовые изделия отличаются малой операционностью и низкой энергоемкостью: по сравнению с алюминиевыми сплавами в 5 раз, со сталью в 3 раза.
Для корпусов морозильной камеры используют материалы с высоким коэффициентом теплопроводности. Как правило, в основном это алюминий. Морозильная камера изготовлена из алюминия плотностью . Она состоит из двух корпусов, внешнего и внутреннего. Полость между корпусами изолирована и в ней протекает теплоноситель. Толщины корпусов принимают равными , толщина стенки внешнего корпуса,толщина стенки внутреннего корпуса. Зная геометрические характеристики морозильной камеры можем рассчитать на сколько уменьшиться вес морозильной камеры.Длина пластины:
Площадь пластины:
Толщина двух пластин составляет , тогда объем пластин равен:
Плотность алюминия равна , масса алюминия.
Затраченная на изготовление пластин для морозильной камеры, составит:
Масса одной пластины:
Объем одной пластины:
В работе предлагается заменить алюминий на ПВД, а так же уменьшить толщину одной пластины для уменьшения веса камеры.Примем , тогда объем внешней пластины будет равен .Масса пластины:
;
Общая масса морозильной камеры:
Приуменьшении толщины одной из стенок до и замене материала уменьшаем массу морозильной камеры на:
Рассмотрим эффективность морозильной камеры с использованием ПВД со стороны энергозатрат, для этого проведем тепловой расчет морозильной камеры.Теплопроводность ПВД принимаем равной:.Для определения теплового потока МК необходимо создание методики, удовлетворяющей нашим параметрам и условиям. Общий расход холода определяется выражением :QКАМЕРЫ= Q1+ Q2+ Q3+ Q4, Вт.а) Q1 –расход холода на теплопередачу через ограждение камеры.Q1 КF(tНАРУЖ–tКАМЕРЫ) , Вт.
КF–коэффициент теплопроводимости ограждения камеры, .
tНАРУЖ и tКАМЕРЫ–соответственно температура воздухаснаружи и внутри камеры, К.б) Q2 –расход холода на охлаждение и замораживание продуктов.Q2 = (mПРОДУКТiПРОДУКТ)/(3600 ) , Вт.mПРОДУКТ –масса загружаемых продуктов, кг.
Если mПРОДУКТ= 0,56VКАМЕРЫ.
iПРОДУКТ–разность энтальпий продуктов до и после охлаждения, .
время охлаждения,час.с) Q3 –расход холода на охлаждение воздуха в камере.(С учетом открывания и закрывания двери.).Q3 аVКАМЕРЫ ( iНАРiВНУТР)/(3600) , Вт.а –кратность смены воздуха в камере,(количество за 24 часа).VКАМЕРЫ–объем камеры,м3.
плотность воздуха в камере,.iНАР и iВНУТР –соответственно энтальпия воздухаснаружи и внутри камеры, .
24 часа.д) Q4 –расход холода через неплотно закрытые двери. (Через уплотнители двери.).
Q4= 0,2 Q1 , Вт.Далее представлен результат расчетов.
Рассчитаем коэффициенты теплопередач для каждойиз теплопередающих поверхностей.
После вычисления температур и по уравнению теплового баланса рассчитывается плотность теплового потока теплопередающей поверхности:
;Значения коэффициентов теплоотдачи наружной и внутренней стенок iой теплопередающей поверхности также вычисляется из уравнения теплового баланса:
Рассчитаем коэффициенты теплопередач для каждой из теплопередающих поверхностей.
Коэффициенты теплопередач для вертикальных стенок принимаем равными. K1=K2=K3=K40,328 Вт/м2*К.Теплопритоки из окружающей среды через вертикальные стенки будут равны:
По этой же методике рассчитываем коэффициенты для верхней и нижней стенки морозильной камеры.После расчетов получили следующие коэффициенты: для нижней стенки K5=0,289; для верхней K6=0,286.;;.Опираясь на результат расчетов можно сделать вывод:вышеописанныйспособ изготовления морозильной камеры холодильного агрегата из полимерных материалов позволяет снизить себестоимость продукции,что немаловажно для современного общества. А такжеэто поспособствует снижению энергозатратв процессе изготовления и эксплуатации холодильного оборудования, что скажется на экономии энергопотребления.
Ссылки на источники1.Бабакин, В.А. Выгодин, Справочник "Бытовые холодильники и морозильники".М.: Колос, 1998, с. 399401.2.
ИнЕУ, Павлодар / Казахстан, студент Троянов Р.С. 2012. —20 с.3.Техника высоких напряжений / П. В. Борисоглебский, Л. Ф. Дмоховская, В. П. Ларионов, Ю. С. Пинталь, Е. Я. Разевиг. М.Л.: Энергия, 1964. С. 18...21, 23, 24.
