ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПОЛЯ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ПРОЦЕСУ ВИМОРОЖУВАННЯ БЛОКУ ЛЬОДУ

Abstract

Чотири мільярди людей мінімум один місяць в році зустрічаються з дефіцитом прісної води. В 2030 р до 47 % населення світу буде жити під загрозою водного дефіциту. Такі перспективи значно підвищують важливість отримання очищеної води. Існує зростаючий інтерес до технології блочного виморожування для очищення води. Системи цього типу характеризуються простотою дизайну, компактністю та енергоефективністю, завдяки тому, що блочне виморожування усуває системні втрати холоду. Оскільки ефективність процесу безпосередньо залежить від якості управління ним, виникає проблема контролю процесів теплопередачі при направленій кристалізації. Дослідження процесу теплопередачі в реальних умовах пов'язане з великими труднощами, внаслідок складності і нестаціонарності процесів, тому важливість набуває теоретичний аналіз і побудова моделей. В ідеальному теплофізичному представленні, процес направленої кристалізації повинен проходити при вирощуванні двохфазної зони з нульовою пористістю. Такий консервативний спосіб управління процесом повинен протікати при мінімальній різниці температур, практично при кріоскопічній температурі. Теоретично забезпечується нульова пористість, проте швидкість формування блоку льоду буде нескінченно низькою. Будь—які методи інтенсифікації можуть призвести до збільшення швидкості замерзання, однак воно супроводжуватиметься утворенням пористої структури. Під час процесу кристалізації змінюється температура, концентрація та пористість кожного шару субстрату, тому проблематично знайти аналітичне рішення задачі. В даному досліджені було отримано числову модель процесу теплопередачі. Встановлено, що пористість льодової структури має значний вплив на процеси тепло— та масопереносу. Шляхом вирішення рівнянь матеріального балансу була отримана формула для знаходження концентрації солі в блоці льоду. Проведено дослідження процесу виморожування в ультразвуковому полі. Отримані результати свідчать, що застосування ультразвуку знижує концентрацію солей в блоці льоду, а, отже, і його пористість. Виходячи з результатів дослідів, можна зробити висновок, що застосування ультразвукових інтенсифікаторів в установках блочного виморожування дозволяє поліпшити параметри блоку льоду і збільшити енергетичну ефективність процесу