Семенов Юрий Владимирович
В настоящее время для аккумулирования холода в виде водного льда преимущественно применяются трубчатые (змеевиковые) аккумуляторы холода (льдоаккумуляторы).
Процесс намораживания льда в них происходит на поверхности трубы, погруженной в воду. При таянии льда, накопленного в аккумуляторе холода, получают так называемую «ледяную воду» с температурой близкой к 0 °С.
Подавляющее большинство современных аккумуляторов холода оснащаются холодильными установками с непосредственным кипением хладагента в испарителе.
Это делает возможным разделение льдоаккумулятора на отдельные секции (каждая со своими ТРВ, датчиками толщины льда и запорной арматурой), что не только позволяет независимо управлять каждой секцией, но и повысить надежность из-за возможности ремонта отдельной секции без остановки всей системы [1].
Анализ научной и технической литературы показывает, что подавляющее количество теоретических и экспериментальных исследований посвящено вопросам намораживания льда. Вопросы таяния льда в льдоаккумуляторах практически не рассматриваются, хотя именно процесс таяния льда обеспечивает выполнение основной функции аккумулятора холода — получение «ледяной воды».
Существует два основных режима работы льдоаккумулятора в процессе таяния льда:
классический режим, при котором холодильная установка не работает [2];
современный режим, который допускает включение холодильной установки [1].
Классический режим предполагает разделенные по времени в течение суток длительный период намораживания льда (15…17 часов) и короткий период действия пиковой тепловой нагрузки (не более 4-х часов), при которой происходит таяние льда [3].
В настоящее время льдоаккумуляторы чаще всего работают в другом режиме, при котором тепловая нагрузка в течение суток имеет несколько пиков. В таком режиме не обойтись без работы холодильной установки как во время действия пиковых тепловых нагрузок, так и между ними [1].
В результате решения квазистационарной задачи о намораживании льда на цилиндрической поверхности автором в [4] были получены расчетные формулы, пригодные для инженерных расчетов времени намораживания льда в трубчатых аккумуляторах холода при различных граничных условиях.
Применим аналогичный подход для расчета скорости и времени таяния цилиндрического слоя льда, намороженного на поверхности трубы, погруженной в воду.
Смотрите выводы в конце страницы.
Выведены исходные дифференциальные уравнения для решения квазистационарной задачи о таянии цилиндрического слоя льда в воде при различных граничных условиях.
Применительно к аккумуляторам холода получены аналитические решения при следующих комбинациях граничных условий:
первого рода внутри и третьего рода снаружи слоя льда,
второго рода внутри и третьего рода снаружи слоя льда.
Получены расчетные формулы, пригодные для инженерных расчетов скорости и времени таяния льда при данных граничных условиях.
Определены условия, при которых теплоотвод внутрь слоя льда не препятствует его таянию на наружной поверхности.
Литература
1. Семенчук С.М. Мифы об оборудовании для ледяной воды. — Холодильная техника, 2008, № 7.
2. Калюнов В.С., Тушин К.А. Системы холодоснабжения с льдоаккумуляторами: реализация трех обязательных условий. — Холодильная техника, 2007, № 8.
3. Рекомендации по проектированию аккумуляторов холода / М-во мясн. и молоч. пром-сти СССР, ВНИИ холод. пром-сти. — М.: ВНИКТИхолодпром, 1981.
4. Семенов Ю.В. Расчет времени намораживания льда в трубчатом аккумуляторе холода. — портал «Холодильная индустрия» (https://holodcatalog.ru/), 2024
5. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. — М.: ИД «БАСТЕТ», 2010.
6. Бобков В.А. Производство и применение льда. — М.: Пищевая промышленность, 1977.
7. Петров В.И. Оценка интенсивности подачи воздуха в аккумуляторах льда для ускорения его таяния.— Вестник Международной Академии Холода, 2010, №4.
