РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛООБМІНУ
В ПАРОРІДИННИХ ТЕЧІЯХ ПІД ЧАС ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ
2.1. Дослідження теплоперенесення в плівках рідини низхідних
кільцевих парорідинних потоків
2.1.1. Дослідна установка
Для дослідження теплообміну під час випаровування з вільної поверхні плівки плодових соків, що стікає, за супутного потоку пари було створено дослідну установку, виготовлену та змонтовану на Острізькому плодово-консервному заводі (Україна, Рівненська область), яка дозволяла фізично моделювати процеси концентрування соків в широкому діапазоні зміни витратних та режимних параметрів двофазного потоку. Схема установки наведена на рис. 2.1.
Яблучний сік, що підлягав концентруванню, з певним, попередньо заданим вмістом сухих речовин, подавався з напірної місткості 1 через ротаметри 3 та парорідинний підігрівник 2, де нагрівався до температури кипіння, у вхідну камеру 4. Для рівномірного заповнення вхідної камери сік подавався через два діаметрально протилежні штуцери, обладнані на виході сітчастими фільтрами.
Із вхідної камери сік методом переливання зрошував тонкою плівкою внутрішню поверхню дослідної труби 5, виготовленої з неіржавіючої сталі 10ХТ18НТ внутрішнім діаметром 28 мм та товщиною стінки 2 мм. Для стабілізації плівкової течії дослідній ділянці труби довжиною 3 м, вздовж якої відбувався теплообмін, передувала ізотермічна ділянка стабілізації течії плівки довжиною 100 мм. Конденсат, що утворювався на поверхнях вхідної камери, відводився через штуцер.
Нагрівним середовищем слугувала насичена водяна пара, що надходила в паровий простір нагрівної камери моделі через колектор нагрівної пари 6. Конденсація нагрівної пари відбувалася на зовнішній поверхні дослідної труби, поділеної по довжині на шість рівних ділянок довжиною 500 мм кожна. Конденсат, що утворювався на ділянках під час дослідів, відводився у мірники 8, в яких вимірювалась його кількість. Парова камера та мірники були виготовлені таким чином, щоб конденсат, утворюваний на їх внутрішніх поверхнях, відводився через трубу 9 в окремий збірник 10. Для підтримання в мірниках тиску, що дорівнює тиску в паровій камері, вони з'єднувались з останньою з трубою 11. Для відведення газів, що не конденсуються, та для зміни тиску нагрівної пари, було застосовано вакуум-насос 12.
Парорідинна суміш з дослідної труби надходила у вихідну камеру 13, де відбувалось розділення фаз. Сік стікав у мірник 14, а пара відводилась в поверхневий конденсатор 15. Кількість конденсату вторинної пари визначалось мірником 16. Після вимірювання кількості згущеного соку та конденсату вторинної пари вони відводились у збірник 17, з якого насосом 18 перекачувались в збірник 1. Конденсатор 15 був з'єднаний з вакуум-насосом 12, що давало можливість змінювати температуру кипіння в широких межах.
Конденсат, що утворювався на стінках вихідної камери 13, відводився в мірник 16. В дослідній установці була можливість відбирання проб соку з камери 13 на лабораторні аналізи. Всі контури нагрівної та вторинної пари були надійно ізольовані.
Витрата соку на випарювання вимірювалась ротаметрами РС-5. Тарирування ротаметрів проводилось по місцю встановлення з врахуванням кінематичної в,язкості соку.
Температура стінки дослідної труби вимірювалась в середньому перерізі кожної ділянки двома мідь-константановими термопарами з діаметром дроту 0,3 мм. Для закладення термопар на поверхні труби були профрезеровані канавки розміром 0,8х1,0х70 мм. Після закладення термопар останні запаювались. При діаметрі дроту 0,3 мм його довжина в канавці складала близько 200 діаметрів, що достатньо для запобігання перетікання тепла по термопарним провідникам до спаю [237, 238].
Для вимірювання температури: нагрівної пари, соку на вході в дослідну трубу, вторинної пари були встановлені мідь-константанові термопари. Для визначення температури вторинної пари по довжині труби вздовж її вісі було введено термозонд з мідь-константанових термопар, що дозволяв вимірювати температуру у чотирьох точках на відстанях 0,6; 1,2; 1,8; 3,4 м від початку дослідної ділянки.
Всі термопари індивідуально градуювались в лабораторії та безпосередньо на експериментальній установці. Для градуювання використовувались лабораторні термометри ТЛ-4 з ціною позначки 0,1К. При градуюванні вводились інструментальні поправки по паспорту термометра та поправки на виступаючий стовпчик ртуті [239]. Всі термопари мали один загальний холодний зпай, який знаходився в посудині Дьюара з танучим льодом. Для зменшення впливу паразитних е.р.с. до перемикача підключали лише мідні дроти термопар. При градуюванні термопар та проведенні дослідів використовувався потенціометр типу ППТВ-2 з "нуль"- гальванометром М195/2.
Тиск нагрівної та вторинної пари на вході та виході з дослідної труби вимірювався зразковим вакууметром класу 0,4 з ціною позначки 0,0004 Мпа. Різниця тисків між вхідною та вихідною камерами вимірювалась U-подібним дифманометром, робочою рідиною в якому слугував бромоформ.
2.1.2. Методика проведення дослідження
Під час налагоджувальних дослідів, які передували основному дослідженню, було проведено тарирування ротаметрів, що вимірювали витрату соку на вході в експериментальну трубу, мірників конденсату нагрівної та вторинної пари, мірника кількості згущеного соку та перевірка показів термопар. В ході основних експериментів за кількістю згущеного соку та конденсату вторинної пари була можливість контролювати показання ротаметрів.
Для проведення дослідів використовувались освітлені яблучні соки. В склад коллоїдних речовин, що обумовлюють мутність соків, входять пектинові речовини, крохмаль, поліфенольні сполуки, білки та деякі інші. Пектинові речовини, що діють як захисні речовини для врівноважених часток, затримують їх випадання в осад та збільшують вязкість соку. Тому сік перед експериментом освітлювався ферментним способом з наступною фільтрацією на пресфільтрах. Ферментом слугував протофоєтидин П10х з компл