Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Регулярные насадки для осуществления процессов тепло- и массообмена 11
1.1. Особенности испарительного охлаждения оборотной воды в градирнях 11
1.2. Конструкции градирен 14
1.3. Классификация регулярных насадок для градирен 21
1.4. Материалы для изготовления регулярных насадок 23
1.5. Обзор существующих конструкций насадок для градирен 26
1.6. Интенсификация процессов тепло- и массообмена 36
1.7. Постановка задачи исследования 38
Глава 2. Диафрагмальная модель 39
2.1. Особенности течения газового потока в объеме комбинированного контактного устройства и потери напора 41
Глава 3. Выбор объектов исследования. Методика проведения испытаний 50
3.1. Объекты исследования 50
3.1.1.Описание конструкции насадки типа «22,5» 50
3.1.2. Описание конструкции насадки типа «36+6» 52
3.1.3. Описание конструкции решетчатой проставки типа «РС-50» 53
3.1.4. Описание конструкции насадки типа «ККУ» 54
3.1.4.1. Разработка новой конструкции ККУ 54
3.1.4.2. Новая конструкция ККУ 55
3.2. Описание опытных стендов и методики проведения испытаний 58
3.2.1. Стенд МГУИЭ №1 (г. Москва) 59
3.2.1.1. Описание опытного стенда 59
3.2.1.2. Методика проведения испытаний 60
3.2.2. Стенд МГУИЭ №2 (г. Москва) 60
3.2.2.1. Описание экспериментальной установки 60
3.2.2.2. Методика проведения испытаний 61
3.2.3 Стенд ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева (г. Санкт-Петербург) 61
3.2.3.1 Описание экспериментальной установки 61
3.2.3.2. Методика проведения испытаний 64
3.3. Методика обработки результатов 67
3.3.1. Определение коэффициентов тепло- имассоотдачи 67
3.3.2. Определение коэффициентов аэродинамического сопротивления 69
3.3.3. Погрешность коэффициентов тепло- и массоотдачи насадки в градирне 70
3.3.4. Статистический метод анализа случайных погрешностей 71
Глава 4. Испытания решетчатой проставки «РС-50» и регулярных насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» 80
4.1. Исследование решетчатой регулярной насадки типа РС-50 80
4.1.1. Экспериментальное исследование эволюции растекания струи жидкости по поверхности различных полимерных решетчатых структур ..80
4.1.2. Гидравлические испытания решетчатой регулярной проставки типа «РС-50» 88
4.2. Исследование влияния разрыва в блоках регулярной насадки на эффективность процесса тепло- и массообмена при испарительном охлаждении 89
4.3. Влияние геометрии регулярных гофрированных насадок на процесс тепло- и массообмена 96
4.4. Гидравлические испытания насадок типа «22,5», «36+6+» и «ККУ». 103
4.4.1. Результаты испытаний сухих насадок типа «22,5», «36+6+» и «ККУ» 103
4.4.2. Гидравлические испытания орошаемых насадок типа «22,5», «36+6» и «ККУ» 111
4.5. Результаты тепломассообменных испытаний насадок типа «22,5», «36+6» и «ККУ» 116
Глава 5. Сравнение различных насадок 124
5.1. Сравнение эффективности различных насадок 124
5.2. Оценка экономической эффективности новой насадки 127
Основные результаты и выводы 132
Список литературы 133
Приложения 146
Приложение 1. Основные условные обозначения 146
Приложение 2. Экспериментальные данные по гидродинамике и испарительному охлаждению новых насадок 149
Приложение 3. Патенты 155
Приложение 3.1. Регулярная насадка типа «ККУ» 155
Приложение 3.2. Регулярная насадка типа «Гуша» 157
Приложение 4. Справки о внедрении 159
Приложение 4.1. Справка из ОАО «Казаньоргсинтез» 159
Приложение 4.2. Справка из филиала ОАО «Группа Илим» в г. Коряжме 160
- Обзор существующих конструкций насадок для градирен
- Особенности течения газового потока в объеме комбинированного контактного устройства и потери напора
- Экспериментальное исследование эволюции растекания струи жидкости по поверхности различных полимерных решетчатых структур
- Результаты тепломассообменных испытаний насадок типа «22,5», «36+6» и «ККУ»
Введение к работе
Актуальность работы.
Градирни применяют в системах оборотного водоснабжения, где необходимо глубокое устойчивое охлаждение воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках.
Использованная вода поступает в градирни, где происходит отвод от нее теплоты в атмосферу. Рост мощности современных тепловых станций и различных предприятий требует не только увлечения площади охладителей, но и интенсификации процессов, протекающих в них.
Эффективность охлаждения градирни во многом зависит от равномерности распределения контактирующих фаз (вода, воздух) в объеме насадки.
Одним из доступных, достаточно простых и дешевых методов, позволяющих интенсифицировать массообменный процесс и снизить энергозатраты на его проведение, является использование в качестве контактных устройств насадок регулярного типа. Они обладают низким гидравлическим сопротивлением и высокой массообменной эффективностью. В свою очередь, к недостаткам этих конструкций относится замкнутость в поперечном сечении каналов движения газа и жидкости, которая обусловлена геометрической структурой насадок, исключающей сообщение между каналами, образованными соседними листами. Исследование гидродинамической обстановки в существующих конструкциях градирен обнаруживает неравномерности в распределении жидкой и газовой фаз в поперечном сечении насадочного пространства, что препятствует интенсификации процесса тепло- и массообмена и снижает глубину охлаждения в водооборотной системе. В то же время определенный положительный эффект может быть получен за счет использования комбинированных контактных устройств.
Увеличение стоимости свежей воды требует принятия мер по повышению рентабельности производства, которое может быть достигнуто с помощью разработки новых тепло- и массообменных насадок, которые позволят увеличить глубину охлаждения циркуляционной воды, что в свою очередь способствует сокращению общего объема циркуляционной воды и соответственно снизит эксплуатационные затраты на электроэнергию и химическую подготовку оборотной воды.
Исходя из сказанного, разработка и исследование новых энергоэффективных конструкций насадок, а также изучение физических закономерностей гидродинамики в градирнях, является актуальной задачей.
Исследования, выполненные в рамках диссертационной работы, направлены на разработку новой конструкции эффективной насадки в виде комбинированного контактного устройства, изучение процесса испарительного охлаждения, разработку новых видов регулярных насадок пленочного и капельно-пленочного типа, достижение более низкого уровня температур охлажденной воды в градирнях, что в свою очередь, обеспечит экономическую эффективность при реконструкции действующих секционных градирен на промышленных предприятиях и в энергетике.
Объектом исследования является насадка, представляющая собой комбинированное контактное устройство, как основной технологический элемент насадочного тепломассообменного аппарата - градирни.
Предметом исследования являются основные закономерности гидромеханических и тепломассообменных процессов, протекающих в объеме комбинированного контактного устройства.
Цель работы. Разработать высокоэффективное комбинированное контактное устройство для интенсификации процессов тепло- и массообмена при осуществлении испарительного охлаждения оборотной воды в градирне на основе анализа существующих конструкций ряда регулярных насадок.
Для реализации поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-
Разработка новой конструкции комбинированного контактного устройства (ККУ) с улучшенными характеристиками по отношению к известным насадкам.
-
Экспериментальное исследование гидродинамических и тепломассообменных характеристик регулярных насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ».
-
Получение обобщенных зависимостей для расчета гидродинамических и тепломассообменных характеристик испытанных конструкций насадок по результатам экспериментальных исследований.
-
Сравнительный анализ нового комбинированного контактного устройства и существующих современных конструкций насадок по различным параметрам.
Научная новизна
-
-
Результаты экспериментальных исследований гидродинамических и массообменных характеристик новой конструкции регулярной насадки типа «ККУ», защищенной патентом РФ №2456070, представленные в виде табличных данных и графических зависимостей гидравлического сопротивления сухой и орошаемой насадки от скорости газового потока, а также коэффициента массоотдачи от относительного расхода воздуха и плотности орошения.
-
Экспериментально установлено, что в проставке типа «РС-50», входящей в состав новой насадки типа «ККУ» обеспечивается максимальный угол растекания единичной струи жидкости равный 1300, что создает равномерное распределение жидкости по поверхности насадки.
-
Получены эмпирические зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от скорости газового потока для сухих и орошаемых насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» в диапазоне скоростей воздушного потока от 1,0 до 3,0 м/с и плотностей орошения от 5 до 15 м3/м2ч.
4. Результаты исследований тепло- и массообменных характеристик насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» обобщены в виде зависимостей коэффициента массоотдачи от величины относительного расхода воздуха и плотности орошения.
Практическая значимость
-
-
-
Разработана методика расчета вентиляторных градирен с использованием полученных эмпирических зависимостей для определения гидродинамических и тепло- и массообменных характеристик насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ».
-
Разработаны две новые эффективные насадки защищенные патентами РФ на изобретение (№2456070 и положительное решение о выдаче патента по заявка №2011123436/05).
-
Разработана техническая документация насадки типа «ККУ» для внедрения в секционные градирни на химический завод ОАО Казньоргсинтез (г. Казань) и ОАО «Котласский ЦБК» (г. Коряжма). Документация принята для возможного использования новой регулярной насадки на указанных предприятиях.
На защиту выносится
-
-
-
-
Конструкция нового комбинированного контактного устройства.
-
Результаты экспериментальных исследований эволюции растекания течения жидкости по проставке в слое насадки.
-
Результаты экспериментальных исследований и эмпирические зависимости для определения гидродинамических и тепломассообменных характеристик насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции студентов и молодых ученых МГУИЭ - 2010 и 2011; Konferencijus «Silumos energetika ir technologijos» Литва, Каунас - 2010; научно-технической секции в ОАО «НИИхиммаш» - 2012.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ из них 3 статьи в журналах из перечня рекомендованного ВАК, 2 патента РФ на изобретение, , 7 статей в центральной печати, 2 тезисов докладов.
Достоверность полученных результатов исследований подтверждена данными, полученными на опытных стендах в аттестованной испытательной лаборатории ВНИИГ им. Е.Б. Веденеева и на стендах МГУИЭ. Оригинальные измерительные приборы для экспериментальных исследований были сертифицированы и аттестованы согласно требованиям ГОСТ и технических условий. Оценка достоверности результатов исследований проводилась с определением толерантного интервала погрешности.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 5 глав, содержащих обзор литературы и постановку задачи исследования, описания экспериментальных установок и методик проведения экспериментов по аэродинамике, гидравлике и аэротермике, обработку результатов исследований и рекомендации по расчету; области использования и рекомендации по промышленному внедрению; общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 160 страницах, включает в себя 47 рисунков, 15 таблиц и список литературы из 116 наименований.
Обзор существующих конструкций насадок для градирен
Одна из новых регулярных насадок выполнена из горизонтальных рядов наклонных прямоугольных пластин, образующих двутавровый профиль, состоящий из двух боковых, параллельных друг другу, полок 1 и из стенки 2 (рисунок 1.7., а). Профиль в ряду относительно профиля соседнего ряда зеркально отображен, и элементы профиля двух соседних рядов образуют продольные ячейки, а торцы полок профиля образуют щели для прохода фаз. Основным геометрическим параметром, характеризующим двутавровую насадку, является ширина щели - а, шаг элементов насадки t (рисунок 1.7, б) и эквивалентный диаметр насадки d3KB [15].
Изменение скорости движения как газового, так и жидкого потоков в объеме продольной ячейки этой насадки - зоны I и III (рисунок 1.7, б) и при прохождении фаз через щелевой зазор насадки - зона II (рисунок 1.7, б) позволяет осуществить турбулентный режим взаимодействия контактирующих потоков в широком диапазоне нагрузок.
Указанная насадка для градирни наряду с определенными достоинствами обладает существенным недостатком. В насадке такого типа практически полностью отсутствует перенос жидкости в направлении, перпендикулярной плоскости полок [19-21].
Насадка из гофрированных труб содержит выполненные из полимерного материала, расположенные параллельно друг другу и скрепленные между собой гофрированные трубы 1, причем гофрированные трубы скрепляются между собой при помощи дистанцирующих элементов, каждый из которых представляет собой полимерный армированный стержень 2. Конструкция работает следующим образом. Охлаждающий воздух поступает из нижней части градирни за счет естественной тяги в башенных градирнях и принудительного движения в вентиляторных градирнях. Охлаждаемую воду сверху от блока насадки равномерно разбрызгивают по площади, образованной гофрированными трубами 1 блока насадки. В насадке тепломассообмен происходит между движущимися в противотоке каплями воды и воздуха, а также на поверхности каналов, образованных гофрированными трубами 1 [23]. Конструкция способствует равномерному пленочно - капельному распределению жидкости по поверхности оросителя, а также процессу самоочищения (при условии малой адгезионной способности включений в оборотной воде к изделиям из полимера). Блок оросителя способен выдерживать большие статические нагрузки, благодаря высокой демпфирующей способности сетчатой оболочки. По сравнению с древесными и асбестоцементными оросителями разработанная конструкция имеет более продолжительный ресурс работы, который определяется свойствами полимерного материала.
Насадка БНС-5.5.5 предназначен для создания необходимой поверхности тепломассообмена в градирнях. Насадка изготавливается из композиции полипропилена в блочном исполнении. Блок формируется из скрепленных между собой объемных сетчатых листов размером 500x500x40 мм [22].
Масса блока размером 500x500x500- 2,5 кг. Обладает достаточно высокой охлаждающей способностью, присущей капельным насадкам, и низким коэффициентом аэродинамического сопротивления, что характерно для оросителей пленочного типа. Указанное преимущество, помимо вентиляторных градирен, позволяет использовать насадку в башенных градирнях с естественной циркуляцией охлаждающего воздуха.
К недостаткам насадки БНС-5.5.5. можно отнести неравномерное распределение жидкости по поверхности насадки, а также осложнен процесс самоочищения.
Насадка БО-65 обеспечивает оптимальную удельную поверхность, создающую капельно-плёночный режим работы при оптимальном же аэродинамическом сопротивлении [24-26].
При всей простоте конструкции и монтажа, ороситель даёт возможность охладить оборотную воду с разницей на входе и выходе из градирни до 18 град.С. Охлаждающая способность до 1,744, а коэффициент аэродинамического сопротивления 5,4-18,1.
Учитывая, что при производстве оросителя БО-65 используется полиэтилен низкого давления, срок службы изделия составляет 20-25 лет, а если в сырьевой композиции используется антипирен, то ороситель можно отнести к группе горючести V-0 (метод определения - UL-94, Германия).
Стандартные геометрические размеры оросителя БО-65 составляют 1000x500x500 мм., но по желанию заказчика размеры могут варьироваться от 300 мм до 1400 мм по любой из сторон [27-28].
Насадка противоточной градирни содержит размещенные ярусами вертикальные насадочные элементы, выполненные в виде четырехлопастных шнеков, жестко соединенные между собой в пакеты, высота которых равна шагу винтовой линии шнеков. Оросительные элементы в соседних по высоте пакетах выполнены с поворотом в вертикальной плоскости друг относительно друга на угол 40-50 градусов и со смещением друг относительно друга в горизонтальной плоскости на величину, равную 0,4-0,6 наружного диаметра шнека [30].
Такое техническое изобретение позволяет повысить эффективность тепло- и массообмена за счет турбулизации контактирующих потоков и разрыва пленки жидкости в объеме оросителя, а также увеличить компактность конструкции оросителя и градирни в целом.
Особенности течения газового потока в объеме комбинированного контактного устройства и потери напора
Рассмотрим течение газового потока в объеме комбинированного контактного устройства (ККУ), представленного на рис. 2.1. Особенности пульсирующего течения газового потока в такой конструкции ККУ состоят в следующем.
В одной части ККУ, состоящем из совокупности чередующихся параллельных каналов, образованных листами с вертикальными гофрами, потери напора газового потока при движении через насадку зависят от потери энергии на трение о поверхность этих каналов. В другой части ККУ -в проставке, выполненной из горизонтально установленных решетчатых призм, сопротивлении течению газового потока определяется, главным образом, повышенной турбулизацией потока за счет местных сопротивлений решетчатых элементов [50-52].
Движение газового потока в предлагаемом комбинированном контактном устройстве, выполненном в виде системы последовательно установленных блоков регулярной насадки двух типов - пленочного (с каналами, образованными листами с вертикальными гофрами) и струйно-капельного (в виде проставки из объемных элементов из сетки, имеющих решетчатую структуру) можно условно представить как движение через систему последовательно расположенных диафрагм. Отметим, что подобный подход применительно к насыпным насадкам использовался в ранних работах Н.М. Жаворонкова [7, 53].
В общем случае сопротивление течению газа в слое насадки слагается из сопротивления от терния газового потока о поверхность насадки и повышенной турбулизации потока за счет местных сопротивлений. Качественно оценить порядок каждой из этих составляющих можно на основе известных законов течения газового потока в трубах. Общие потери напора газа при его движении через насадку равны [7]: ДР = АРТ + ДРМ (6)
Будем рассматривать движение газа через объем насадки как течение по параллельным каналам. Выразим потерю напора газа, обусловленную трением потока о поверхность канала насадки высотой Н уравнением вида:
Местные сопротивления при движении газа через насадку обусловлены повышенной турбулизацией потока, которая в свою очередь связана с многократным сжатием и расширением струй газового потока при его движении по каналам переменного сечения [54]. Таким образом, потери напора за счет местных сопротивлений равны:
Движение газового потока по высоте рассматриваемого ККУ, состоящего из последовательно установленных блоков регулярной насадки и проставки из объемных решетчатых элементов, условно можно представить как движение через канал с последовательно установленной в его центральной части диафрагмой. Схема диафрагмальной модели представлена на рис. 2.2.
В рамках обсуждаемой диафрагмальной модели (см. рис. 2.2.) очевидно имеют место следующие равенства. В сечении 1-1 (прямой канал) потери напора равны:
В соответствии со схемой, показанной на рис. 5 потери напора на сжатие газового потока в сечении 2-2 (в диафрагме) можно выразить следующим образом [7, 55, 56] ДРсж= (И)
Коэффициент к является функцией отношения площадей живого сечения до (F1) и после сжатия газовой струи в диафрагме (F2) (см. рис. 2.2.). Скорость газового потока в канале на участке до суженного сечения канала (до диафрагмы) - W1, в канале площадью F1.
Отметим, что при создании диафрагмальной модели нами были использованы подходы, развитые в работах Н.М. Жаворонкова [7], Петрова А.С. [15], и др. [16].
Согласно уравнению неразрывности струи или непрерывности расхода имеет место следующее равенство [14]:
С учетом выражения (19) падение напора (градиент давления), обусловленное трением газового потока о поверхность каналов насадки равно:
В целом, как было показано в работах Жаворокова [7], Аэрова, [10], и Кагана [11], использование в качестве характерного размера насадки эквивалентного диаметра канала de позволяет установить общую закономерность, удовлетворительно описывающую опытные данные по различным конструкциям не только насыпных, но и регулярных насадок [58-60].
На основании известных положений теории турбулентного движения газового потока при числах Рейнольдса, близких к критическим начинается явление перемажаемости потока. При этом искажаются профили скоростей и изменяется закон сопротивления [21]. Следствием турбулизации потока в слое регулярной насадки, сопутствующего ему росту сопротивления и выравнивания профиля скоростей является интенсификация процессов тепло и массообмена [2, 6, 7, 22]. С учетом изложенного, а также результатов работы [6], можно полагать, что при увеличении гидравлического сопротивления слоя насадки эффективность процессов тепло- и массообмена будет возрастать [61-63]. Поэтому можно ожидать, что использование комбинированной конструкции насадки пленочного и капельно-пленочного типов приведет к положительному эффекту.
Встает вопрос о том, какую насадку пленочного типа принять за основу при создании новой комбинированной насадки [64].
Возможны два альтернативных варианта пленочных насадок с прямыми гофрами, дополнительным преимуществом которых является их устойчивость к биообрастанию в условиях длительного пребывания в градирне, что имеет большое значение для их эффективной эксплуатации в водооборотных системах на предприятиях нефтеперерабатывающих и химических производств [3]. Поскольку из двух сравниваемых вариантов насадки, а именно - «22,5» и «36+6», последняя благодаря особенностям своей конструкции имеет существенно большую величину коэффициента гидравлического сопротивления, представляется целесообразным использовать элементы пленочной насадки типа «36+6» в качестве базовой при создании новой комбинированной насадки. Более высокое гидравлическое сопротивление насадки «36+6» объясняется тем, что листы с вертикальными гофрами (высота гофр 36 мм) чередуются с листами с мелкими горизонтальными гофрами (высота этих гофр 6 мм).
Что касается проставки, в составе новой комбинированной насадки, то для этой цели могут быть использованы модернизированные решетчатые призмоообразные элементы, коэффициент гидравлического сопротивления которых, в свою очередь, выше по сравнению с насадкой «36+6» (см таблицу 1).
С учетом изложенных выше подходов и предлагаемой модели можно ожидать, что использование комбинации насадки пленочного типа «36+6» с проставками из решетчатых элементов капельно-пленочного типа позволит обеспечить увеличение эффективности процесса испарительного охлаждения оборотной воды в градирне [65].
Экспериментальное исследование эволюции растекания струи жидкости по поверхности различных полимерных решетчатых структур
Процесс волнового течения пленок жидкости исследовался в работе [13], где, в частности, показано, что волнообразование на пленках жидкости оказывает значительное влияние на процессы тепло- и массопереноса. Например, при осуществлении процесса абсорбции (десорбции) углекислого газа водой, интенсификация процесса, из-за влияния волн на пленках жидкости, при их течении по поверхности насадки достигает 100%-170% [13].
Использование решетчатых структур обеспечивает интенсификацию процессов тепло- и массообмена за счет турбулизации взаимодействующих потоков. Поэтому изучение гидродинамики подобных структур является актуальной задачей процессов и аппаратов химической технологии и теплоэнергетики.
Очевидно, случай течения пленки жидкости по объемной решетчатой поверхности значительно отличается от описанных в литературе случаев течения по вертикальным, горизонтальным и наклонным плоским и цилиндрическим поверхностям [13].
Нами исследовалась особенность растекания одиночной струи жидкости в объеме решетчатой насадки. При этом в качестве решетчатых насадок использовали выпускаемые в промышленности полимерные сетки с различным живым сечением и толщиной нити.
Визуально наблюдаемая картина гравитационного растекания одиночной струи жидкости по поверхности элемента решетчатых насадок показывает, что гравитационное течение преимущественно происходит по наклонным нитям элементов насадки. При этом в вершинах углов решеток происходит постепенное накопление жидкости с образованием менисков.
Гравитационное течение жидкости по одиночному призматическому решетчатому элементу насадки можно представить в виде схемы, показанной нарис. 4.1.
Главной характеристикой равномерности начального распределения жидкости в поперечном сечении аппаратов, как известно, является плотность точек орошения. По данным работы [6, ПО] плотность точек орошения может изменятся в пределах от 10 до 1000 1/м . По данным работы [2, 109] плотность точек орошения в насадочных колонных аппаратах составляет от 1400 до 1600 1/м2. Специально проведенные в работе [14] опыты показали, что регулярная насадка типа PN-2D, выполненная в виде блока высотой 200-300 мм из полимерных винтов диаметром 70мм обеспечивает равномерное перераспределение одиночной струи капельной жидкости по площади 1м . А именно, число точек орошения на 1 погонный метр составляло 52. Угол раскрытия одиночной струи жидкости в регулярных насадках типа Norton составлял 35, в насадках типа PN-2D - 90. Угол раскрытия одиночной струи в наших опытах с решеткой типа "РС-50" - 130.
Таким образом, объемные решетчатые структуры типа РС-50 с отверстиями ромбовидной формы и типа Славрос-30 шестиугольной формы обеспечивают хорошее перераспределение одиночной струи по всей длине элемента указанной структуры.
Большая часть экспериментальных исследований по растеканию пленки жидкости связана с изучением статистических характеристик [6,9]. Пренебрегая влиянием внешней газовой среды, а также в отсутствие процессов тепломассопереноса, выделим вслед за [13, 106-108] семь постоянных независимых размерных величин-констант (см. табл. 4.3.).
Применительно к решетчатой структуре объемный расход жидкости (Яж), по-видимому, следует относить к среднему диаметру нити (ёнити)- В качестве угла наклона поверхности использовали угол (0), образованный нитями по отношению к горизонтальной плоскости (см. рис. 4.1.).
С учетом принятых констант применительно к решетчатым структурам можно оценить толщину пленки жидкости.
Анализ проведенных нами опытов показал, что наилучшие результаты по перераспределяющему действию объемной решетки получены для решеток типа РС-50, с отверстиями в форме ромба, с размером живого сечения 625 мм2 и толщину нити 2,9 мм. Толщина пленки жидкости при qx — 0,06м3/ч составляет 1-2мм.
Результаты тепломассообменных испытаний насадок типа «22,5», «36+6» и «ККУ»
В рамках данного этапа работы приведены результаты тепломассообменных испытаний, а так же объемные коэффициенты массоотдачи, определяющие охлаждающую способность насадок типа «22,5», «36+6» и «ККУ». Опытный стенд, методика проведения и обработки результатов описаны в части 3.2.3. настоящей работы.
Вначале было проведено исследование влияния различной высоты насадки типа «22,5» на процесс тепло- и массообмена при соответствующих плотностях орошения, благодаря чему была выбрана оптимальная высота данной насадки для дальнейших сравнений и изучений с насадками типа «36+6» и «ККУ».
Из данных этого рисунка следует, что при фиксированной величине относительного расхода воздуха большая высота насадки обеспечивает большую величину числа Меркеля. Так, например, при значении относительного расхода воздуха X = 1,0 увеличение высоты слоя насадки от 0,99 до значения 1,99м, т.е. в 2 раза, приводит к увеличению значения чисел Меркеля от 0,96 до 1,45, т.е. на 51%. Поэтому, для дальнейшего изучения и сравнения с насадками типа «36+6» и «ККУ», целесообразно выбрать насадку типа «22,5», высотой 1,99м.
Как следует из графика, разность температур нагретой и охлажденной в насадках воды увеличивается при прочих равных условиях с уменьшением нагрузки по жидкости и увеличением скорости движения воздуха. Здесь, наибольшую глубину охлаждения обеспечивает насадка типа «ККУ», ниже идет насадка типа «36+6», еще ниже следует насадка типа «22,5». Таким образом, самой эффективной насадкой является комбинированное контактное устройство типа «ККУ», состоящее из блоков гофрированных листов и проставок в виде решетчатых элементов.
В указанных на графике пределах объемный коэффициент массоотдачи увеличивается при прочих равных условиях с увеличением нагрузки по жидкости и с увеличением скорости движения воздуха. Здесь также, как и в предыдущих графиках, самые высокие коэффициенты массоотдачи, у насадки типа «ККУ». А для двух других насадок, при одинаковой плотности орошения и скорости газа, коэффициенты почти одинаковы.
В ходе обработки результатов согласно ранее приведенной методике (п. 3.3.) были получены следующие эмпирические уравнения для коэффициента массоотдачи.
На практике, окончательные результаты определения коэффициентов тепло- и массоотдачи- принято представлять в виде зависимости, связывающей два безразмерных комплекса - число Меркеля и относительный расход воздуха. Число Меркеля явяется интегральной характеристикой процесса тепломассообмена в насадке.
Согласно этому методу сопоставительные расчеты охлаждающей способности различных конструкций насадок для осуществления испарительного охлаждения оборотной воды в градирне проводят, используя формулу: Me = AphAm (62)
Значения параметров А и m определяют методом наименьших квадратов по результатам проведенных испытаний насадок.
В ходе обработки экспериментальных данных получены следующие зависимости числа Меркеля от относительного расхода воздуха через градирню
Как следует из графика, число Меркеля возрастает с увеличением относительного расхода воздуха. В испытанных диапазонах X максимальное число Меркеля у насадки типа «ККУ», что указывает на ее высокие тепло- и массообменные характеристики.
Похожие диссертации на Испарительное охлаждение в регулярном комбинированном контактном устройстве градирни
-
-
-
-
-
-
