Автореферат (Исследование процесса охлаждения воды в безнасадочной градирне установок разновысотного расположения)

УДК 621.565ГРНТИ 55.39.41На правах рукописиСпритнюк Сергей ВладимировичИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ ВБЕЗНАСАДОЧНОЙ ГРАДИРНЕ УСТАНОВОК РАЗНОВЫСОТНОГОРАСПОЛОЖЕНИЯСпециальность 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной икриогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспеченияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2015Работа выполнена в московском государственном машиностроительномуниверситете (МАМИ) на кафедре техники низких температур им. П.Л.Капицы.Научный руководитель:Маринюк Борис Тимофеевичдоктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Галимова Лариса Васильевнадоктор технических наук, профессор.«Астраханский государственныйтехнический университет», профессоркафедры холодильных машин.Камзолов Сергей Михайловичкандидат технических наук, доцент.Сотрудник ООО «СМАРТ»Ведущая организация:ФГБНУ«Всероссийскийнаучноисследовательский институт холодильнойпромышленности» (ВНИХИ)Защита диссертации состоится «__» октября 2015 г.

в __ часов __ минутна заседании диссертационного совета Д 212.141.16 при Московскомгосударственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу:105005, г. Москва, Лефортовская набережная, д. 1.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью,просим направить по адресу: 105005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д. 5,ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.16.С текстом диссертации можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им.Н.Э. Баумана и на сайте www.bmstu.ruТелефон для справок 8(499)267-09-63Автореферат разослан «__» _________ 2015 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,к.т.н.

доцентКолосов М.А.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Работа предприятий промышленного комплексасопровождается выделением большого количества тепла от технологическихпроцессов в эксплуатируемом оборудовании, которое необходимо отводитьдля поддержания рабочего режима и заданного темпа изготовленияпродукции. Подавляющее большинство предприятий для этих целейиспользует оборотную воду.В холодильной технике на установках средней и большойпроизводительности и в системах централизованного кондиционирования спомощью оборотной воды снимается тепловая нагрузка конденсатора.В промышленности и энергетике охлажденной на градирнях оборотнойводой осуществляется конденсация отработавшего пара и газообразныхпродуктов, охлаждение жидких продуктов, а также оборудования имеханизмов в целях предохранения их от быстрого разрушения под влияниемвысокихтемператур.производительностьОтэффективноститехнологическогоработыградиреноборудования,зависиткачествоисебестоимость вырабатываемой продукции, удельных расход сырья, топливаи электроэнергии.

На сегодняшний день отвод низкопотенциального тепла отпромышленных аппаратов с помощью градирен – самый дешевый способ,позволяющий сэкономить не менее 95% свежей воды.Охлаждение воды в градирнях происходит в основном за счет эффектаиспарения ее части в воздух и механизма конвекции в системе «вода-воздух».Испарение 1% воды понижает ее температуру примерно на 6°С. Вхолодильных установках большей частью применяютвентиляторныеградирни. Они обеспечивают более глубокое и устойчивое охлаждение водыи допускают большие удельные нагрузки, позволяют вести регулирование вшироком диапазоне расходов энергоносителей, в минимальной степенизависят от места размещения.Тематика научных трудов по водоохлаждающим устройствам восновном связана с улучшением и разработкой новых типов оросительныхнасадок, водоуловителей и общей конструкции градирен.

Анализ научнойлитературыпоказал,чтообъеминформациипобезнасадочным1водоохладителям, работающим в среде разреженного воздуха, мал. Акцентработы направлен на изучение процессов, протекающих в безнасадочнойвентиляторной градирне, работающей в среде разреженного воздуха. Вусловиях низкого вакуума, который возникает при размещении градирни навысоте, поток воздуха встречает большое сопротивление, преодолеваяороситель с малым эквивалентным диаметром, что отрицательно влияет наэффективность процесса тепло и массопереноса.

Безнасадочная градирня покапитальным, энергетическим и эксплуатационным затратам оказываетсяконкурентоспособной,авотдельныхслучаяхвыгоднееаналогасоросительной насадкой. Это связано с дороговизной оросительной насадки,необходимостью преодолевать воздушному потоку сопротивление слоянасадки, что в свою очередь приводит к дополнительным затратамэлектроэнергии на привод вентилятора. Затрудняет эксплуатацию проблемаобледенения насадок в зимнее время.

Кроме того, насадку необходимопериодически чистить от отложений, что увеличивает эксплуатационныерасходы и снижает производительность оборудования из-за остановкиградирни на время очистки.Цель работы:1. Повышение интенсивности процесса охлаждения оборотной воды вбезнасадочных градирнях.2.

Создание эффективного водоохлаждающего устройства, способногоработать в условиях разреженного воздуха.Основные задачи работы:1. Разработкарасчетно-аналитическогоописанияпроцессатепломассообмена при охлаждении воды в градирне с учетом влиянияразреженного воздуха.2. Получение экспериментальных данных в условиях рабочих режимовна созданном стенде вакуумной безнасадочной градирни.3. Сопоставлениеаналитической моделью.2экспериментальныхданныхсразработанной4. Создание методики расчетного проектирования безнасадочнойградирни, учитывающей разрежение воздуха.Научная новизна:1.

Разработано аналитическое описание процесса охлаждения капельводывстречнымпотокомвоздухасучетомразвитиявнутреннеготеплообмена в сферическом объеме капли и наличия разности температур наповерхности раздела и в ядре.2. Рассмотрены режимы тепло- и массопереноса в устройствахводоохлаждения при наличии разреженного потока воздуха.Практическая значимость.Разработана конструктивная схема безнасадочной градирни работающейв условиях разреженного воздуха с возможностью промежуточного вводасвежего потока воздуха в проточную зону.

Предложена методика тепловогоконструктивного расчета безнасадочной градирни с учетом разреженногосостояния воздуха.Личный вклад соискателя.Участиевпостановкезадачимоделированияпроцессатепломассообмена в градирне с учетом пониженного давления воздуха.Численная реализация модели. Создание экспериментальных стендоввакуумной безнасадочной градирни. Сопоставление результатов расчетов сопытными данными, полученными на стенде.Апробация работы.Основные положения диссертационной работы были доложены иобсуждены на Международной конференции с элементами научной школыдля молодежи «Инновационные разработки в области техники и физикинизких температур» 14-16 декабря 2011 г., (Москва, 2011); V научнопрактическойконференциисмеждународнымучастием«Проблемысовершенствования холодильной техники и технологии», март 2012 г,МГУПП, (Москва, 2012); Всероссийской конференции «Зеленые технологии– путь решения проблем изменения климата и сохранения окружающейсреды» 8-9 ноября 2012 г., Министерство энергетики РФ, (Москва, 2012);3Международной конференции «Индустрия холода для продовольственной,энергетическойиэкологическойбезопасности»врамкахвыставки«Chillventa Rossija 2013», 5-8 февраля 2013 г, (Москва, 2013); Научнопрактической конференции, посвященной Л.А.

Костандова, ноябрь 2013 г.,Университетмашиностроения,(Москва,2013);Международнойконференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационныеразработки в области техники и физики низких температур» 10-12 декабря2013 г., (Москва, 2013).Публикации.По теме диссертационного исследования опубликовано 8 научныхстатей, объемом 1,65 п.л., в том числе: 4 статьи в научных журналах,входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ; 4 статьи в сборникахтрудов региональных, международных и всероссийских конференций. Всписке публикаций автореферата приведен перечень основных работ.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения,списка использованных источников из 94 наименований.

Объем диссертациисоставляет 99 страниц, включающих 43 рисунка и 3 таблицы.Основное содержание работы.Ввведенииобоснованаактуальностьдиссертационнойработы,сформированы цели и задачи выполненных исследований, определенынаучная новизна и практическая значимость полученных результатов.Первая глава содержит краткий литературный обзор по вопросамохлаждения воды в вентиляторных градирнях.По теме процессов, протекающих в градирнях, в разное времяопубликованы труды таких авторов как Пономаренко В.С., Берман Л.Д.,Мандрыкин Г.П.

Из ныне действующих исследователей известнымиявляются работы Кулова Н.Н., Лаврова Н.А., Лагуткина М.Г., Гельфанд Р.Е.,Фролова Ю.Д., Пушнова А.С.Анализ литературы по исследуемой тематике показал, что основой длябольшинства4методикрасчетаградиренявляетсямодельМеркеля,предложенная впервые в 1925 г. Несмотря на то, что модель базируется наряде допущений, она долгое время использовалась и используется внастоящее время проектными организациями.Последним нормативным документом по вентиляторным и башеннымградирня является пособие по проектированию градирен к СНиП 2.04.02-84«Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», вышедшее в 1989 г.

Наданный момент можно сказать, что пособие по проектированию градиренпрактически исчерпало себя. За время, прошедшее с момента изданияпособия появились новые технологии, накоплены обширные данные поградирням, разработаны новые типы и модификации градирен. В то жевремя, многие конструкции градирен устарели, на смену древесине иасбестоцементу,какосновногостроительногоматериала,пришлисовременные технологии и материалы из более легких и долговечныхкомпонентов.В существующих методиках расчета принимаются допущения, чтотемпература поверхности раздела фаз считается равной среднемассовойтемпературе воды, а процесс охлаждения ведется только при атмосферномдавлении на уровне 750 мм рт.ст.Визвестнойлитературенерассмотренвопросработыводоохлаждающих устройств при высотном расположении в горнойместности, где учет пониженного давления атмосферного воздуха долженявляется обязательным условием при расчете водоохлаждающего устройства.Анализсуществующихподходовкмоделированиюпроцессовтепломассообмена в градирнях показал, что разработка математическоймодели, пригодной для инженерных расчетов является актуальной задачей.Во второй главе дается описание процесса охлаждения воды вбезнасадочной градирне.Расчет процесса тепло- и массообмена между водой и воздухом долженучитывать два механизма: конвективную теплоотдачу от нагретой воды квоздуху, проходящему в проточной части охладителя и теплообмен за счетмассопереноса испаряющейся воды в поток воздуха.5Анализпредполагаетрасчетпосреднимпараметрам,которыеустанавливаются в аппарате при стационарном режиме.