ПРО КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ ПРИСТРОЇВ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ЛЬОДУ В БУРУЛЬКАХ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ПРОДУКТИВНІСТЬ

І.І.  Пуховий; А.М. Постоленко; А.Л. Петречук

doi:10.20535/1813-5420.1.2022.259238

Автор(и)

І.І. Пуховий Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-4915-9699
А.М. Постоленко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-0502-8910
А.Л. Петречук Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-4422-7365

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.1.2022.259238

Ключові слова:

відновлювані джерела енергії, лід, бурулька, підігрів повітря для вентиляції, теплота кристалізації, утворення бурульок, швидкість намерзання льоду.

Анотація

Проведені дослідження утворення і зростання бурульок на дротяних насадках при розпиленні води ударом об тверду поверхню і форсункою за температур довкілля -3…-7 °С. Досліди проведені на дротах діаметром 3 мм і 0,5 мм з відповідною відстанню між насадками 10 мм і 29 мм.

Отримані залежності для обчислення маси утвореного льоду в залежності від часу. Вивчено зростання бурульок на насадках в горизонтальній площині в часі та подовж і вниз. Отримані значення швидкості зростання по радіусу біля 0,3 мм на градус і швидкості подовження – біля 1 мм за годину при температурі оточуючого повітря мінус 5 °С. Максимальна довжина бурульок залежить від відстані між насадками. Ця відстань перекривається льодом через певний час і подача води на бурульки блокується. Досягнуто зростання льоду між паралельними насадками на дроті діаметром 3 мм. Розраховані потрібні відстані між насадками для різних температур повітря. При використанні «бурулькових» пристроїв у якості підігрівачів повітря до розрахованих відстаней між насадками слід додати проміжок для проходу повітря через яруси бурульок.

Визначена середня теплова потужність установки з горизонтальними дротяними насадками, яка може бути використана для підігрівання повітря теплотою кристалізації води. З часом середня теплова потужність зростає, що пов’язано зі збільшенням поверхні теплообміну і збільшенням частки льоду, що утворюється з води, яка потрапила на поверхню насадки. Для перших 30 хв. роботи усереднене значення частки льоду, що утворився становить 8%. Через 7 год. роботи до 28% води, що потрапляє на насадки, перетворюється в лід. На 1 м² площі насадок можна отримати від 1 до 4 кВт середньої теплової потужності при температурах повітря -5…-10 °С. Зазначений підігрівач повітря не потребує значних капіталовкладень, споживає мінімальну кількість електроенергії, не потребує людської праці для видалення готового продукту, може бути механізована та автоматизована. Для збільшення кількості насадок без зростання сусідніх рядів запропоновано насадки розміщувати в шаховому порядку.

Посилання

M. Farzaneh (ed.). Atmospheric Icing of Power Networks. – Springer, 2008. – P.350

Бобков В. А. Производство и применение льда / В. А. Бобков – М.: Пищевая промышленность, 1977. – 223 с

Fikke S., Ronsten G., Heimo A., Kunz S., Ostrozlik M., Persson P.-E., Sabata J., Wareing B., Wichura B., Chum J., Laakso T., Säntti K., Makkonen L. Atmospheric Icing on Structures COST 727: 2006, Measurements and data collection on icing // State of the Art Publication of MeteoSwiss. – 2007. – Vol.75, ¬ P. 110.

Ueno K., Farzaneh M. Morphological instability of the solid-liquid interface incrystal growth under supercooled liquid film flow and natural convection airow.Phys. Fluids, 22(017102), 2010.

Ueno K., Farzaneh M., Yamaguchi S., Tsuji H. Numerical and experimental verication of a theoretical model of ripple formation in ice growth under supercooledwater film flow. Fluid Dyn. Res., 42(025508), 2010

Laґszloґ E. Kollaґr , Farzaneh M. Modeling the evolution of droplet size distributionin two-phase flows // International Journal of Multiphase Flow. – 2007. – Vol.33 – P. 1255-1270.

Szilder K. Simulation of ice accretion on a cylinder due to freezing rain // Journal of Glaciology. – 1994. – Vol.40, № 136. – P. 586-594.

Пуховой И. И. Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине / И. И. Пуховой, Л. Н. Ляхович // Промышленная теплотехника. – 2004. – Т.26, № 5. – С. 67-71.

Пуховой И. И. Экономия природного газа при замене котлов тепловыми насосами и использовании теплоты кристаллизации воды как альтернативы теплоты грунта зимой / И. И. Пуховой, М. К. Безродный, С. А. Мхитарян // Возобновляемая энергетика. – 2006. – №1. – С. 15-19.

Пуховий І. І. Зміна геометричних параметрів зростання конгломератів бурульок на горизонтальних насадках при розпиленні води форсункою / І. І. Пуховий, А. М. Постоленко // Наукові вісті НТУУ КПІ. – 2018. – №4. – С. 63- 68.

Пуховой И. И. Образование льда в сосульках и использование теплоты кристаллизации для подогрева воздуха / И. И. Пуховой, А. М. Постоленко // Инженерно-физический журнал. – 2018. – Т.91, № 3. – С. 800 – 806.

Авторское свидетельство № 1388665 СССР, МКИ F 24 D 15/00. Система отопления здания / И. И. Пуховой, заявл. 19.03.1986, опубл. 15.04.1988. Бюл. № 14.

Пуховой И. И. Система отопления зданий без теплового насоса с использованием природной холодной воды./ И. И. Пуховой // Промышленная теплотехника. – 1992. – Т.14, №1. – С. 57-61.

Пуховой И. И. Сравнение систем отопления с непосредственным и теплонасосным использованием воды с потенциалом до 30°С / И. И. Пуховой // Проблемы машиностроения. – 2005. – №2. – С. 23-27.

Патент на корисну модель № 93148, Україна, МПК F24С 1/00 F24D 15/00. Охолоджувач-кристалізатор води для підігрівання повітря і генерації льоду в бурульках / І.І. Пуховий, М.Л. Новік, А.М. Постоленко, заявник і патентоутримувач Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, заявл. 25.02.2014, опубл. 25.09.2014. Бюл. № 18.