Диссертация (Закономерности тепломассообмена в закрытом двухфазном термосифоне для агрегата распылительной сушки), страница 8

Она содержит нижнюю частьI – зону отбора теплоты от топочных газов (зону нагрева и испарения64промежуточного теплоносителя) и верхнюю часть II – зону нагрева рабочегораствора (зону охлаждения и конденсации промежуточного теплоносителя). Приэтом термосифон имеет возможность изменять угол наклона относительновертикальной оси от 0 до 30 градусов. Такой небольшой диапазон изменения угланаклона связан с конструкционными особенностями технологической установки.Термосифон имеет по длине фиксированные размеры: длина испарителясоставляет 2,4 м, конденсатора - 0,7 м и переходного «адиабатного» участка –0,03 м.Аппарат работает следующим образом.Закрытый двухфазный термосифон заполняется водой в количестве около 8литров.

Под действием высоких температур (около 600 °С) в смесительной камеретопки вода (промежуточный теплоноситель) в испарителе 1 термосифонанагревается, закипает и испаряется. При этом за счёт высоких значений теплотыпарообразования она воспринимает большое количество теплоты от топочныхгазов и переносит его с паром из нижней части I к конденсатору 2,расположенному в верхней части II теплообменного аппарата, где парконденсируется и отдает поглощенную теплоту обогреваемому раствору. Затемсконденсированный водяной пар в виде плёнки жидкости опять возвращается взону нагрева и испарения. Рабочий раствор непрерывно поступает в бак 6 черезпатрубок 5, нагревается и далее отводится через патрубок 3 на фильтрацию идалее в распылительную сушилку.Впроцессепроведенияэкспериментапроизводилисьизмерениятемпературы в характерных точках, давления в термосифоне, полей скоростейпотока газов во входном и выходном сечениях смесительной камеры и в ееобъеме в зоне расположения испарителя и расхода нагреваемых растворов.Измерения температуры проводились с использованием термопар типаТХК, подключаемых к многоканальным устройствам контроля температурыУКТ38-Щ4.

Измерительная схема представлена на рисунке 3.2. Измеряласьтемпература наружной поверхности термосифона по всей его длине через каждые200 мм в области испарителя и через 150 мм в области конденсатора, измерялась65также температура газа на входе и выходе смесительной камеры топки,температура раствора на входе и выходе нагревательного бака для растворовфосфатов. Относительная погрешность измерения температуры не превышала 1%во всем диапазоне измерения температур. Температура раствора на входе ивыходеизнагревательногобакадополнительноизмеряласьртутнымитермометрами с ценой деления измерительной шкалы в 0,1 °С.

Следует отметить,что при проведении экспериментальных исследований на образцах термосифона вкачестве нагреваемых растворов использовались рабочие растворы гидрофосфатанатрия.Рисунок 3.2 – Измерительная схемаКроме того проводились измерения давления внутри термосифона спомощью манометров МО-1227 (класс точности 0,15, верхний предел измерения661,0 МПа). При этом чтобы не искажать условия работы термосифона, измерениядавления проводились периодически при наступлении стационарного режима.После проведения нескольких замеров манометр отключался с помощьюспециально сконструированного вентиля.

Перекрытие измерительного канала,ведущего к манометру производилось практически на уровне верхнего торцатермосифона.Позначениюдавлениявтермосифонеконтролироваласьравновесная температура промежуточного теплоносителя (в данном случае воды).Для определения расхода газа в смесительной камере топки измерялисьполя скоростей газа на входе и выходе смесительной камеры, а также в некоторыхузловых точках смесительной камеры для сравнения с расчетными данными ипроверкиадекватностинагреваемогорастворапредложеннойопределялсяматематическойповременимодели.заполненияРасходемкостиопределенного объема.Распределение осевой скорости по радиусу во входном и выходномсечениях камеры смешения и в отдельных ее характерных точках, а такжераспределениестатистическогодавленияопределялисьприпомощипятиканального шарового зонда [98, 99] с диаметром чувствительного элемента9 мм (рис.

3.3 а, б). Зонд был закреплен на координатнике, который позволялперемещать чувствительный элемент вдоль оси державки с точностью до 0,5 мм иповорачивать с точностью до 0,5○. Координатник укреплялся на корпусе аппаратав измеряемых сечениях.Регистрация показаний велась микроманометрами ММН-240. Погрешностьизмерений не превышала 8-10%. Измерение пятиканальным шаровым зондомосуществлялось по схеме, представленной на рисунке 3.4.

Зонд при помощикоординатника устанавливался в требуемую точку измерения, и достигалось егоположение, при котором вектор скорости лежит в плоскости отверстий 1, 2 и 3.Отсчитывался уголпо лимбу микрокоординатника и снимались показаниямикроманометров (h2 – h4); (h3 – h1), где hn – высота вертикального столбажидкости в трубке микроманоментра.При измерениях угол δ определялся по коэффициенту [98]:67ℎ3 − ℎ1 3 − 1 ==,ℎ2 − ℎ4 2 − 4(3.1)По уравнению (3.1) определялось значение Kδ , и по тарировочному графикунаходился угол δ, по которому определялось значение коэффициентов K2; (K2 –K4 ); (K3 – K1) [98].а)б)Рисунок 3.3 – Шаровой зонд. а) Схема зонда; б) Фотографии зонда.68Рисунок 3.4 – Схема измерения.Расчет статического давления и скорости в любой точке велся последующим уравнениям:ст − = ∙ 760 ∙ (273 + )∙×1 + 0,001( − 15) ∙ 273ℎ2 − ℎ4× ∙ (ℎ2 − 2 ∙)2 − 4 = √ ∙ √ ∙1√1 + 0,001( − 15)∙√(3.2)760 ∙ (273 + )× ∙ 273(3.3)ℎ3 − ℎ1 ℎ2 − ℎ4×√ ∙(+)в 3 − 1 2 − 4где Km = K1 ∙ K2 ∙ K3 ∙ K4 – коэффициенты микроманометров;1[1+0,001(−15)] – поправка, которая учитывает изменение температуры посравнению с нормальной температурой;[760∙(273+)∙273] – поправка, учитывающая изменение плотности воздуха посравнению с нормальной;69γ – удельный вес жидкости, заполняющей прибор; m – масштабмикроманометров; t – температура, °С; B – барометрическое давление, ρв –плотность газа.Составляющая скорости Vz определялась по зависимости:Vz = V ∙ cos δ ∙ sin φГрадуировказондапроводиласьэталонной(3.4)трубкойПрандтляваэродинамической трубе со строгой ориентацией потока в пространстве [98].На рисунке 3.5а показано распределение осевой скорости V0 по радиусусечения на выходе из камеры смешения при различных расходах газа.Максимальное значение V0 имеет на оси выходного патрубка камеры смешения.

Сувеличением расхода газа осевая скорость V0 на выходе увеличивается.Аналогичная зависимость получена для распределения скоростей и на входегазов в камеру смешения.а)б)Рисунок 3.5. а) Распределение осевой скорости по радиусу сечения на выходе из камерысмешения топки; б) Распределение статического давления в выхлопном патрубке аппарата70На рисунке 3.5б показано распределение статического давления ввыхлопном патрубке камеры смешения при различных температурах газовогопотока.

Каквидно изпредставленного распределения,суменьшениемтемпературы значение статистического давления у оси патрубка увеличивается,на периферии же (у стенки патрубка) уровень статического давления примерноодинаков (происходит выравнивание профиля).Как показали результаты измерения полей скоростей и статистическогодавления, они достаточно хорошо согласуются с результатами расчетов.Расхождения не превышают 8%.3.2 Результаты исследований процессов переноса в экспериментальныхобразцах двухфазных закрытых термосифоновВ процессе проведения экспериментальных исследований влияющиефакторы изменялись следующим образом: коэффициент заполнения менялся впределах от 0,2 до 0,8 по отношению к объему испарителя; угол наклона трубытермосифона - от 0о до 30о от вертикали; интенсивность отвода теплоты меняласьпутем изменения начальной температуры нагреваемого теплоносителя от 40 °С до60 °С и его расхода от 170 до 310 л/ч таким образом, чтобы конечная температуравсегда составляла около 98 °С, расход нагреваемого раствора определялся повремени заполнения емкости определенного объема.

Интенсивность подводатеплоты изменялась за счет изменения температуры топочных газов в камересмешения. Температура в камере смешения поддерживалась на трех уровнях 500,600 и 700оС. При этом проводились измерения: температуры наружнойповерхности термосифона через каждые 200 мм в области испарителя и 150 мм вобласти конденсатора; температуры топочных газов на входе и выходе камерысмешения – I; температуры на входе и выходе зоны нагрева рабочего раствора –II; давления внутри рабочей полости экспериментального образца термосифона.71Результаты измерений приведены ниже. При этом среднеквадратичныеотклонения косвенных измерений величин тепловых потоков от их среднихзначений не превышали 6% во всем диапазоне измеряемых величин.На рисунке 3.6.

представлено расчетное и измеренное распределениятемператур вдоль внешней стенки термосифона при длине конденсатора в 700 мм,диаметре трубы 0,089 м, температуре газа 600 °C и различных начальныхтемпературах охлаждающей воды (40, 50, 60 °C). Как видно из графикарасхождение находится в пределах погрешности эксперимента.Следует отметить, что результаты расчетов по предложенным во второйглаве математическим моделям процессов тепломассопереноса в установке каквнутри двухфазного закрытого термосифона, так и при его внешнем обтекании вобласти испарителя и в области конденсатора хорошо согласуются с результатамиэкспериментальных исследований, что говорит об адекватности предложенныхмоделей.Зависимость характеристик термосифона от теплопроизводительностиопределяласькосвеннымметодом.Теплопроизводительностьтермосифонаизменялась путем изменения количества подводимой и отводимой теплотысоответственно в зоне испарителя I и конденсатора II (рисунок 3.1) за счетизменения температур газов в камере смешения и температуры в бакенагреваемых растворов.

Температура в камере смешения изменялась путемизменения количества воздуха, подаваемого на смешение с топочными газами иколичеством сжигаемого природного газа. Средняя температура в бакенагреваемых растворов изменялась путем изменения их расхода и начальнойтемпературы.72Рисунок 3.6 – Распределение температур вдоль внешней стенки термосифона при длинеконденсатора в 700 мм, диаметре трубы 0.089 м, температуре газа 600 °C и различныхначальных температурах нагреваемого теплоносителя (40, 50, 60 °C)На рисунке 3.7 представлена распределение температуры вдоль внешнейстенкиконденсаторатермосифонаприразличныхрасходахохладителя(температурах в баке растворов).

Результаты измерений хорошо согласуются срезультатами расчетов, что говорит об адекватности предложенной модели.Рисунок 3.7 – Распределение температуры вдоль внешней стенки конденсаторатермосифона при различных расходах и начальной температуре нагреваемого раствора.Зависимость теплопроизводительности термосифона от температуры газов вкамере смешения при различных температурах нагреваемого теплоносителя73представлена на рисунке 3.8.