Экспериментальное исследование и моделирование режимов работы теплового насоса в системах пищевой сушки

Цель исследования – экспериментальное исследование и математическое моделирование работы тепловых насосов различных масштабов и разной производительности в системах пищевых аппаратов. Представлены результаты экспериментального и теоретического исследования работы тепловых насосов в системах сушки пищевых продуктов. Для исследований было разработано два стенда – малой (1,465 кВт) и повышенной (2,4 кВт) производительности, изучены температурные, влажностные и энергетические параметры, а также проведен промышленный эксперимент на промышленной установке для сушки рыбы. Установки использовали замкнутый цикл рециркуляции воздуха с рекуперацией тепла, микроканальные теплообменники и автоматизированное управление микропроцессорными контроллерами. Эксперименты показали, что применение тепловых насосов снижает энергопотребление на 50–70 % по сравнению с традиционными электрическими методами за счет повторного использования тепла конденсации влаги и оптимизации режимов работы компрессора. Математические модели, разработанные на основе уравнений тепломассообмена, связывают зависимости температур конденсации, степени осушения воздуха и потребляемую мощность. Снижение температуры конденсации на 10 °C уменьшает энергозатраты на 15 %, но требует увеличения расхода воздуха для компенсации снижения сушильного эффекта. На промышленной установке внедрение рециркуляции и периодической подачи холодного наружного воздуха сократило энергопотребление на 25 %. Особое внимание уделено начальному этапу сушки, где нагрузка на тепловой насос максимальна изза интенсивного влаговыделения. Анализ кинетики процесса подтвердил экспоненциальный характер снижения влагосодержания, описанный моделью первого порядка. Практическая значимость работы подкреплена данными промышленных испытаний. Результаты исследования демонстрируют потенциал тепловых насосов для создания экологичных и экономичных сушильных систем. Предложенные решения могут быть масштабированы для предприятий пищевой промышленности.