Интенсификация процесса тепломассообмена в контактных аппаратах с регулярной насадкой, страница 15

5.2) следует задатьсяодним из размеров насадочной части аппарата (шириной или длиной).Второй размер определяется исходя из необходимости обеспечениянеобходимой плотности орошения Г = Reпл∙ν/4. Из схемы на рис. 5.2 видно,что количество элементов насадки по ширине аппарата n на единицу большеколичества зазоров между элементами насадки Δ. Расстояние от стенкиаппарата до ближайшего элемента насадки приблизительно равно зазорумежду элементами насадки Δ. При определении длины блока насадки (т.е.103предварительно задаваясь шириной блока насадки) количество элементовнасадки по ширине аппарата с достаточной точностью можно выразитьуравнением:nbнас  ,c(5.1)где c – толщина элементов насадки в метрах, которая для исследуемой вопытах ГПН-насадки составляла 3∙10 -3 м.

Длина блока насадки (см. рис. 5.1),в этом случае, определяется по формуле:lнас L.A n  ГРис. 5.2. Схема поперечноточной градирни с ГПН-насадкойв продольном сечении (вид сверху);1 – элемент насадки; 2 – стенка аппарата(5.2)104Если же предварительно задаваться шириной блока насадки, токоличество элементов насадки по ширине аппарата будет определяться поформуле:nL,A  Г  lнас(5.3)а ширина блока насадки:bнас  n(  c)  .(5.4)В формулах (5.2) и (5.3) множитель А соответствует количеству сторонэлементов насадки, на которые поступает жидкость из оросительногоустройства.В первом приближении, температуру и влажность газа на выходе изаппарата рекомендуется принять на несколько градусов выше, чем на входе.На основании наблюдений было установлено, что повышение температурыгаза на 1 оС, приблизительно соответствует повышению его относительнойвлажностина10%.Впоследующих приближениях принимаютсятемпература и влажность газа, найденные через коэффициенты теплоотдачии массоотдачи, соответственно (см.

формулы (5.23) и (5.17)).Тепловой баланс градирни в процессе испарительного охлажденияможет быть записан следующим образом [38]: LQ  CL (TL 'TL " )  Lисп  TL ". 3600(5.5)Для нахождения количества теплоты, передаваемого от воды к воздуху,необходимо знать количество испарившейся в аппарате воды. Для этого впервом приближении можно принять, что количество испаряющейся воды вградирне равно 1% от общего расхода воды [54], т.е.:Lисп  0,01L.(5.6)В последующих приближениях, количество испаряющейся жидкости Lиспможно найти с помощью коэффициента массоотдачи воспользовавшись дляэтого уравнением (5.18).105ПоверхностныйШервуда.КритерийкоэффициентШервудамассоотдачиопределяетсявходитповкритерийуравнению(4.15).Поверхностный коэффициент массоотдачи вычисляется по формуле:f D.Sh  d e(5.7)В формулу (5.7) входит эквивалентный диаметр канала блока насадки, а длянахождения критерия Рейнольдса газа ReG, входящего в уравнение (4.18)требуется знание величины удельной поверхности насадки.

Эти данныеможно найти в табл. 2.1. Если для выбранного зазора между элементаминасадки Δ в табл. 2.1. не указана удельная поверхность и эквивалентныйдиаметр канала насадки, то для их расчета можно воспользоватьсяграфиками (см. рис. 5.3 и рис. 5.4) или полученными автором в результатеобработки данных по геометрическим характеристикам ГПН-насадкиэмпирическими формулами:a18520,767,(5.8)de  0,992  2,133.(5.9)Коэффициент теплоотдачи чаще всего рассчитывают, пользуясьаналогией Льюиса, согласно которой существует взаимосвязь, выражаемаяуравнением:0, 5 Sc αf  ρG  CG  βf   . Pr Дляпрактическихрасчетовградирен,такжеможно(5.10)рекомендоватьуравнение:αf  βf  CG .(5.11)В градирне передача теплоты от жидкости к газу происходит как засчет конвективного теплообмена, так и за счет массообмена.

Количество106a, м2/м3Δ, ммРис. 5.3. Зависимость удельной поверхности ГПН-насадкиот зазора между элементами насадки.1 – Расчет через геометрическую поверхность; 2 – расчет по формуле 5.8de, мΔ, ммРис. 5.4. Зависимость эквивалентного диаметра канала блока ГПН-насадки отзазора между элементами насадки.1 – Расчет через геометрическую поверхность; 2 – расчет по формуле 5.9107теплоты, передаваемое с 1 м3 насадки в секунду за счет теплообмена,определяется по уравнению:qТ  αf    Т .(5.12)Количество теплоты, передаваемое с 1 м 3 насадки за счет массообменаопределяется по уравнению:qМ  βf  r   Х .(5.13)В формулах (5.12) и (5.13) поправочные коэффициенты Ω и Ζ, учитывающиесхему движения теплоносителей, принимаются согласно таблицам играфикам в работах [35, рис.

16.3] и [18, табл. 8] соответственно.Требуемый объем насадки определяем по уравнению:VQ.qТ  qМ(5.14)Отсюда высота блока насадки будет равна:hнас V.lнас  bнас(5.15)Расход газа в градирне можно определить по уравнению:G  w0  hнас  bнас .Количествоиспарившейсявградирне(5.16)водыопределяетсяпоуравнению:Lисп  ρL  G( Х " Х ' ).(5.17)Однако конечное влагосодержание газа X” в этом уравнении неизвестно (впервомприближенииимзадаются).Втожевремя,конечноевлагосодержание газа можно найти через коэффициент массоотдачи.Количество испарившейся в градирне воды можно найти из уравнения:Х Lисп  ρL.a  V  βf(5.18)В уравнение (5.18) конечное влагосодержание газа входит в видедвижущейсилымассообменаΔX.среднелогарифмическую по формуле:Еёпринятоопределятькак108X X max   X min  .ln(X max)X min(5.19)Если отношение большей разности влагосодержаний к меньшей < 2, тос достаточной точностью можно вместо уравнения (5.19) среднею движущуюсилу можно определять как среднеарифметическую:X X max  X min2.(5.20)Таким образом, подставляя (5.20) или (5.19) в уравнение (5.18),решается система из двух уравнений (5.17) и (5.18) с двумя неизвестными.5.4.

Проверка сходимости теплового балансаИз теплового баланса по воздуху, можно определить количествопередаваемой теплоты в градирне, используя уравнение:Qдейст  G(i"i' ),(5.21)и проверить сходимость теплового баланса, рассчитав относительнуюпогрешность Е:ЕQ  Qдейст.Qдейст(5.22)Если E < 5%, тогда следует оценить полученные значения высотынасадки для градирни hнас. Если высота насадки по конструктивнымсоображениям устраивает расчетчика, то расчет окончен. Если же нет, тогдаследует вернуться в начало и изменить некоторые параметры, например Δ,lнас, w, Reпл.Если E > 5%, тогда требуется еще одно приближение.

Перед этимследует определить действительную температуру газа на выходе из аппаратапо формуле:109ТG "qТ  V  G  G  СG  Т G ',G  G  СG(5.23)и вернуться к определению теплового баланса градирни (5.5). В уравнение(5.5) следует подставить количество испарившейся жидкости, найденное поуравнению (5.17). В качестве температуры газа на выходе из аппаратаследуетпринятьтемпературу,найденнуюпоуравнению(5.23).Влагосодержание газа на выходе из градирни было найдено по уравнению(5.18).5.5. Определение объемной плотности орошенияДля того, чтобы перевести линейную плотность орошения в объемную(что требуется для подбора оросительного устройства, отличного отиспользованного в опытах), примем следующие допущения:1)жидкость поступает равномерно на все элементы насадки;2)жидкость непосредственно из оросительного устройства подаетсятолько на одну сторону элементов насадки.Объемная плотность орошения определяется выражением:qLL,F lнас  bнас(5.24)где F – площадь сечения рабочей части аппарата в плане (в горизонтальномсечении) в м2.Линейная плотность орошения определяется выражением:ГL,Пнас(5.25)где Пнас – смоченный периметр насадки, м.

Так как с учетом второгодопущения жидкость подается лишь на одну сторону элементов насадки,тогда смоченный периметр будет равен сумме длин элементов насадки. Изуравнения (5.25) имеем:110ГОбъединяяуравненияLl нас  n(5.1)(5.26);и (5.26) получаемуравнениедляопределения линейной плотности орошения в виде:ГL b  Δlнас  нас Δc L Δ  c lнас  bнас  lнас  ΔL Δ  c Δlнас  bнас 1  bнас.(5.28)Объединяя выражения (5.24) и (5.28) получим выражение дляопределения объемной плотности орошения:ΔГ 1 bнасq Δc Reпл  L Δ1 4 bнасc.(5.29)Подставляя в уравнение (5.29) значения Reпл, соответствующиемаксимальному числу перетока (см.

главу 3) получим плотность орошения,которую должно обеспечивать оросительное устройство в виде:  Δ   Δ 1  410 L 1  550L bb  нас    q   нас   .3Δ  3 10Δ  3  10  3(5.30)5.6. Определение мощности вентилятора градирниДлянахождениямощностивентилятораградирнитребуетсяопределить гидравлическое сопротивление слоя насадки, расчет которогоосуществляют по формуле:lнас г  wG 2Pор   ор .de2(5.31)Для нахождения ξор можно воспользоваться аналогией Рейнольдса [62]. Дляэтого определение коэффициента гидравлического сопротивления можнопроизводить по формуле (4.20).

Можно также воспользоваться болееуточненной и подтвержденной экспериментами (для плёночных блоков111оросителей градирен) аналогией между процессами тепломассообмена. Дляэтого можно воспользоваться уравнением (4.23).Основные результаты и выводы к главе 5Предложена методика расчета контактного теплообменного аппаратана примере поперечноточной градирни, позволяющая определить требуемыйрасход газа и размеры блока насадки.Предложены эмпирические зависимости для определения основныхгеометрических характеристик ГПН-насадки в зависимости от зазора междусоседними элементами насадки.Предложеннаяметодикарасчетаконтактногоаппаратабылаиспользована ООО «Каскад» в проекте автоматизированного стенда дляисследования испарительного охлаждения воды (см.

прил. 2).Предложеннаяметодикарасчетаконтактногоаппаратабылаиспользована при разработке методики расчета насадочных аппаратов дляконтактного теплообмена, которая используется в учебном процессе вСПбГУПТД при преподавании дисциплины «Техносферная безопасность»(см. прил.

3).112ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.Установлено, что при течении плёнки жидкости по ГПН насадке имеетместо перетекание жидкости с одной стороны элементов насадки на другуючерез щели. Отмечено, что перетекание жидкости с одной стороны элементанасадки на другую нарастает лавинообразно при появлении в стекающейплёнке жидкости турбулентности, а также зависит от направления изменениярасхода жидкости.2.Экспериментально установлено влияние плотности орошения наинтенсивность перетекания жидкости с одной стороны элементов насадки надругую.3.Проведены тепломассообменные испытания блока ГПН-насадки вусловияхперекрёстноготока.Изученовлияниенаинтенсивностьтепломассообмена на ГПН-насадке зазора между элементами насадки, длиныблока насадки, температур газа и жидкости, скорости газа и плотностиорошения жидкостью, а также их теплофизических свойств. Установлендиапазон устойчивой работы исследуемой насадки в условиях перекрёстноготока взаимодействующих потоков газа и жидкости.