Диссертация (Исследование процесса охлаждения воды в безнасадочной градирне установок разновысотного расположения), страница 4

Приведены формулы длярасчета градирни с учетом теплоотдачи и массоотдачи. В формулах непроанализирована зависимость барометрического давления, отличного отатмосферного, на эффект охлаждения воды. Рассмотрен способ упрощенного18расчета градирен по графикам. Данные графики строятся для определенноготипа оросителя и для конкретных условий протекания процесса (расходпотоков воды и воздуха, давление, влагосодержание и температура воздуха).Применение данного способа расчета не допустимо в качестве общего, т.к.приводит к нежелательной погрешности в конечном результате при переносерезультатов расчета на действующие аппараты и может служить только дляприблизительной оценки эффективности градирни.В публикации [23] предложена структура физической модели длятепломассобменного процесса в градирнях и описаны расчетные уравнениядля определения температуры охлаждения воды для падающих капель воды.При выполнении расчетов по предложенными авторами формуламикоэффициенты тепло- и массоотдачи принимались в определенном пределе,а не рассчитывались, что является недостатком предложенной моделирасчета градирни.В книге [6] авторы описывают основные закономерности процессаиспарительного охлаждения оборотной воды предприятий в градирнях.Рассматриваютсяметодытепловогоиспарительногоохлаждения.испарительногоохлаждениярасчетаДляпоформуламполучениярассмотрентеориизакономерностейстационарныйпроцесстепломассообмена в простейшей пленочной градирне, в которой вода ивоздух приводятся в непосредственный контакт друг с другом по схемепротивотока.

При составлении уравнения теплового баланса делаютсяследующие допущения, которые, как указал профессор Берман Л.Д. в [5], ненаходят значительного влияния на конечный результат решения задачииспарительного охлаждения воды в условиях градирен.Расчет сводится к линейным дифференциальным уравнениям первогопорядка. Авторы ссылаются на то, что аналитическое решение системыуравнений сопряжено со значительными трудностями, поэтому для удобстваоперирования они могут быть представлены в упрощенном виде. Глава Vпосвященаосновнымзакономерностямпроцессовиспарительного19охлаждения воды в градирнях.

Рассмотрены следующие методы расчетаградирен: метод, разработанный Меркелем, метод Б.В. Проскурякова, методЛ.Д. Бермана и еще два метода, авторство которых не указано, но онизаключаются на сведении системы дифференциальных уравнений к одномудифференциальному, но различными методами. Сравнение описанныхметодов в книге не приведено и не дано рекомендаций по выборуоптимального способа расчета градирни.Также приводится раздел, посвященный определению коэффициентовтепло и массоотдачи. Из-за отсутствия теоретических методов определениякоэффициентов массоотдачи его определяют по формулам, полученным наосновании экспериментальных исследований градирен, что указывает науязвимость приведенного подхода, так как коэффициенты массоотдачи,полученные таким методом, имеют серьезные ограничение на применение винженерных расчетах.

Это связанно с жесткой привязкой расчета к типуоросительного устройства и требует строгого соблюдения параметровпотоков воды и воздуха, которые использовались для получения величин вмодели. В реальных условиях параметры взаимодействия воды и воздуха вградирнях меняются в достаточно широком диапазоне.Отдельнаяглаваотводитсявлияниюзагрязненияводыирасположению градирен над уровнем моря и влияние расположения напроцессы охлаждения. Интерес представляет вторая часть главы, в которойрассмотрено влияние расположения градирни над уровнем моря. Прирасположении градирен на достаточно большой высоте над уровнем моряцелесообразно учитывать в расчетах охлаждающей способности двафактора: первый – 1 м3 воздуха весит меньше, чем на отметке уровня моря;второй – при увеличении высоты расположения градирни по отношению куровню моря, единицей массы воздуха удерживается в состоянии насыщениябольшее количество влаги.

Данный факт хорошо отслеживается на i-dдиаграммах Рамзина для влажного воздуха при различных давленияатмосферного воздуха, приведенных ниже (Рисунок 1.3, Рисунок 1.4).20Энтальпия воздуха при данной температуре по сухому термометру иабсолютнойвлажностиатмосферноговоздуханезависитотбарометрического давления, однако влагоемкость со снижением давленияизменяется. Следовательно, с увеличением высоты расположения градирнинад уровнем моря энтальпия при насыщении воздуха водяными парамибудет возрастать. При увеличении энтальпии насыщенного воздуха«движущая сила» процесса тепломассообмена должна также увеличиваться,что приведет к снижению размеров (или количества) градирен для данныхрасчетных условий.Рисунок 1.3. I-d диаграмма влажного воздуха при давлении 750 мм рт.ст.21Рисунок 1.4. I-d диаграмма влажного воздуха при давлении 300 мм рт.ст.2223Автор учебного пособия [24] дает только краткое описание расчетавентиляторной градирни: «при расчете вентиляторных градирен задаюттепловую нагрузку Q, расход охлаждающей воды Gw, состояние воздухаперед градирней в самое жаркое время года (tвх, υ1, i1, x1).

Температуруохлажденной воды после градирни T2 при малой ширине зоны охлаждения(Δt= 4–5 °С) и обычных плотностях орошения (L=2,5–3 кг/м2с) принимаютна 5–6°С выше температуры поступающего воздуха по влажномутермометру. Снизить температуру охлаждающей воды можно уменьшениемудельной тепловой нагрузки qf или плотности орошения L.»Данный вариант нельзя принять как расчет, т.к.

конечную температуруводы на выходе из градирни задают. Также нет обоснования, почему именнотакой величиной ограничивается температура охлажденной воды. Неописаны и не обоснованы способы понижение конечной температуры воды.Позонный расчет башенной градирни был описан авторами висточнике [25].

Они использовали метод Б.В. Проскурякова. Коэффициенттеплоотдачи не рассчитывается, а определяется по графикам, которые былиполучены инженером В.Е. Андриановым на основании исследований,проведенных на опытной установке. Исследовались только деревянные иасбестоцементные типы оросителей, которые в настоящее время считаютсяустаревшими и идущими под замену более совершенными. Расчетвентиляторной градирни в книге не производится, описывается только то,что вентиляторная градирня более проста, и расчет ограничиваетсяопределением оросительного устройства.Встатье[26]приводитсяметодикаинженерногорасчетавентиляторной градирни с капельным орошением.

Авторы делают акцент нарабочие характеристики оросителя и считают, что эффективность работыградирни всецело определяется совершенством оросителя, а параметры,относящиеся к среде, такие давление воздуха, влажность уходят на второйплан. В публикации приведены 17 уравнений, которые образуют методикурасчета вентиляторной градирни без учета коэффициентов тепло- и24массообмена.Приведенныеиспользованиеихвуравненияприведенномсложнывидедлядлявосприятияинженерныхирасчетовзатруднительно.В статье [27 приведены дифференциальные уравнения теплового иматериального баланса элементарного объема контактного узла градирни(оросителя), которые указывают на сложную многофакторную зависимостьиспарительного процесса охлаждения воды в градирне.

Применение моделирасчета градирни затруднительно с практической точки зрения. Такжеописан способ увеличения охлаждающего эффекта градирни за счетдвухступенчатого (косвенного и прямого) охлаждения воздуха. Авторыприводятсхемудвухступенчатойградирни(прямогоикосвенногоохлаждения), в которой создаются условия для устойчивого понижениятемпературы воды ниже теоретического термодинамического пределаохлаждения – температуры мокрого термометра. Расчет такой градирни встатье не представлен, описаны только результаты экспериментальныхисследований, в которых температура воды на выходе из градирни имееттемпературу на 2,5°С ниже температуры воздуха по мокрому термометру.В журнале «Проблемы энергетики» авторы статьи [28] приводятматематическую модель расчета процесса испарительного охлаждения водыв проточной части насадочной градирни с принудительной тягой воздуха.Модель построена для расчета оросителя с трубчатыми элементами наоснове уравнения пограничного слоя с использованием полуэмперическойтеории турбулентного обмена Прандтля и является сложной для инженерныхрасчетов.

Проверка данной модели на других типах оросителей в статье неприведена, что сильно ограничивает ее применение в инженерной практике.В книге [29] приведен тепловой расчет градирни. Описаны основныепараметры, которые должны быть известны перед расчетом, такие какрасход воды, температура воды на входе в градирню, температура влажноготермометра(влагосодержание),атмосферноедавление,котороепоумолчанию принимаются равным 0,1 МПа. Расчет сложен для применения25его напрямую в инженерной практике. Необходимо отметить, что в даннойкниге авторы подробно описали все основные типы градирен.В.М. Браун в своей работе [30] предложил вариант графическойтрактовкимоделинадиаграмме.i-tПредставленаномограмма,предназначенная для определения относительного минимального расходавоздуха в зависимости от температуры воды на входе в рабочую зонуаппарата и температуры поступающего воздуха по мокрому термометру.Аналогичным методом пользуются авторы [86] для определениямаксимального относительного расхода воды при заданной температуре ееохлаждения.Дляанализаиспользуетсямодельпроцессаохлажденияводыв«идеальной» противоточной градирни,градирнекотораяхарактеризуется термодинамическим равновесием на входи и выходе изустановки.Меркель [87] описывает соотношения, в которых в качестве общейдвижущей силой испарительного охлаждения воды принимается разностьэнтальпий воздуха на поверхности воды и в ядре потока воздуха.В [31] приводится подход, основывающийся на «…решении системыуравнений диффузионной модели, уравнений теплового и материальногобаланса».

Оригинальность модели заключается в том, что уравнениядиффузионноймодели записываются по определеннымобластям сотличными расходами фаз. Получено математическое описание процессатепло- и массообмена в градирнях с учетом неравномерности распределенияфаз. К минусам данной модели можно отнести необходимость определенияпараметров, входящих в модель, по экспериментальным данным.Авторы статьи [32] используют итерационный метод для анализаиспарительногоохлаждениякапельводы.Проведенанализэкспериментальных данных с теоретическим расчетом. Определено, чтонаиболее эффективный радиус капель составляет примерно 3 10-4 м.Необходимо отметить, что данный радиус капель является не характернымдля градирен. Наиболее оптимальный диаметр капель составляет 2-3 мм. В26работе отмечено, что в оросительных градирнях на менее 70 % от общегопонижения температуры воды приходится на пленочное охлаждение.Статья [33] посвящена теме использования современных оросителей вбашенных пленочных градирнях.