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

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙУНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)УДК 621.565На правах рукописиСпритнюк Сергей ВладимировичИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ ВБЕЗНАСАДОЧНОЙ ГРАДИРНЕ УСТАНОВОК РАЗНОВЫСОТНОГОРАСПОЛОЖЕНИЯСпециальность 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильнойи криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспеченияДиссертацияна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорМаринюк Борис ТимофеевичМосква - 20152ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ОГЛАВЛЕНИЕ ...................................................................................................

2Список вводимых сокращений .......................................................................... 4ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................... 5Глава 1. Обзор научной литературы по исследуемой тематике ...................... 91.1 Устройства для предварительного охлаждения воды ввоздухоразделительных установках ........................................................

91.2 Отвод тепла конденсации в энергетических установках с помощьюградирен .................................................................................................. 131.3 Альтернативные способы охлаждения оборотной воды .......................... 311.4 Вакуумно-испарительное охлаждение воды ............................................. 331.5 Выводы по главе 1 ...................................................................................... 34Глава 2. Аналитическое описание процесса охлаждения воды вбезнасадочной вакуумной градирне ...................................................... 362.1 Описание модели взаимодействия потоков воды ивоздуха в проточной зоне безнасадочной градирни .............................

362.2 Методы решения системы уравнений. Блок-схема расчетапредельной температуры охлажденной водыпо средним параметрам .......................................................................... 432.3 Расчет градирни с промежуточной подачей воздухав рабочую зону ........................................................................................ 462.4 Результаты теоретических расчетов модели ............................................. 472.5 Выводы по главе 2 ......................................................................................

533Стр.Глава 3. Описание экспериментальной установки иметодика проведения испытаний. Оценкапогрешности измерительных приборов ................................................ 543.1 Описание экспериментальной установки.................................................. 543.2 Методика проведение испытаний и обработки данных ........................... 653.3 Оценка погрешности измерительных приборов ....................................... 703.4. Выводы по главе 3 .....................................................................................

71Глава 4. Результаты экспериментальных расчетов и методика тепловогоконструктивного расчета безнасадочной градирни .............................. 724.1 Результаты экспериментальных расчетов ................................................. 724.2 Методика теплового конструктивного расчетабезнасадочной градирни ........................................................................ 784.3 Пример расчета безнасадочной градирни .................................................

814.4. Выводы по главе 4 ..................................................................................... 84Выводы и основные результаты работы ......................................................... 85Список используемой литературы .................................................................. 86Приложение ...................................................................................................... 954Список вводимых сокращений2α w – коэффициент теплоотдачи воды, Вт/м К;F – суммарная поверхность капель, м2;Tw – средняя температура капли, К;Tw'' – средняя температура насыщенного влагой воздуха у поверхностикапли, К;QТП - теплоприток из окружающей среды, Вт;QТУ - теплоусвояемость обечайки аппарата, Вт;2α в – коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности капель, Вт/м К;Gв – массовый расход воздуха, кг/с;r – теплота испарения влаги, Дж/кг;d вк – влагосодержание воздуха на выходе из водоохладителя, кг/кг;d вн – влагосодержание воздуха на входе в водоохладитель, кг/кг;Gw – массовый расход охлаждаемой воды, кг/с;Срw – теплоемкость воды, Дж/кгК;Т wн – температура воды на входе в водоохладитель, К;Т wк – температура воды на выходе из водоохладителя, К;iвк – энтальпия воздуха на выходе из водоохладителя, Дж/кг;iвн – энтальпия воздуха на входе в водоохладитель, Дж/кг;Срв – теплоемкость воздуха, Дж/кгК;d ' ' – среднее влагосодержание насыщенного влагой воздуха уповерхности капли, кг/кг;d в – среднее влагосодержание воздуха, кг/кг; и – коэффициент испарения;Δp – перепад давления на форсунке, Па;Nu – число Нуссельта;d – диаметр капли, м;в - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м·К;Re – число Рейнольдса;Prв – число Прандтля для воздуха;w - коэффициент теплопроводности воды, Вт/м·К;Ra – число Рэлея;Pп – упругость насыщенных паров влаги, Па.5ВВЕДЕНИЕАктуальность 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. [1]Вхолодильнойтехникенаустановкахсреднейибольшойпроизводительности 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 подвлиянием высоких температур.

[2] От эффективности работы градирензависит производительность технологического оборудования, качество исебестоимость вырабатываемой продукции, удельных расход сырья, топливаи электроэнергии. [1, 3] На сегодняшний день отвод низкопотенциальноготепла от промышленных аппаратов с помощью градирен – самый дешевыйспособ, позволяющий сэкономить не менее 95% свежей воды из сети. [4]Охлаждение воды в градирнях происходит в основном за счет эффектаиспарения части воды в воздух и механизма конвекции в системе «водавоздух».

Испарение 1% воды понижает ее температуру примерно на 6°С. [5]Существуютразличныетипыградирен:открытые,башенные,вентиляторные, эжекционные. В холодильных установках большей частьюприменяют вентиляторные градирни. Они обеспечивают более глубокое иустойчивое охлаждение воды и допускают большие удельные нагрузки,6позволяют вести регулирование в широком диапазоне расходов потоков, вминимальной степени зависят от места размещения. [6]Тематика научных трудов по водоохлаждающим устройствам восновном связана с улучшением и разработке новых типов оросительныхнасадок, водоуловителей и общей конструкции градирен. Предельно малыйобъеминформацииимеетсяпобезнасадочнымводоохладителям,работающим в среде разреженного воздуха.

Акцент данной работынаправленнаизучениепроцессов,протекающихвбезнасадочнойвентиляторной градирне, способной работать в среде разреженного воздуха.В условиях низкого вакуума, который возникает при размещении градирнина высоте, 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,а вотдельных случаях выгоднее аналога соросительной насадкой. Это связано с дороговизной оросительной насадки,необходимостью преодолевать воздушному потоку сопротивление слоянасадки, что в свою очередь приводит к дополнительным затратамэлектроэнергии на привод вентилятора Как показывает анализ наиболееперспективных конструкций регулярных насадок, созданных в последниегоды, каждое новое конструктивное решение дает незначительный выигрышвэффективностиохлажденияоборотнойводы.[7]Недостаточнаяравномерность распределения воды по насадке приводит к обледенению взимний период времени.