Интенсификация процесса тепломассообмена в контактных аппаратах с регулярной насадкой, страница 9

2.3. Экспериментальный стенд №1 для исследования течения плёнкижидкости по единичному элементу гофрированно-просечной насадки приодносторонней подаче орошающей жидкости (слева) и его схема (справа)55по дефлекторам 5 и 6 жидкость собиралась в мерные сосуды 7 и 8,расположенные в нижней части стенда под испытуемой насадкой.

Поколичеству жидкости в сосуде 7, собираемой с задней стороны элементанасадки, определялось количество жидкости, перетекающей через щели назаднюю сторону элемента насадки. Общий расход орошающей жидкости Lопределялся по сумме объемов жидкости в мерных сосудах 7 и 8 в единицувремени. Элемент испытуемой насадки имел высоту 250 мм, ширину 60 мм, атолщина элемента насадки составляла 3 мм.При определении расхода жидкости время засекалось с помощьюэлектронного секундомера. В мерных сосудах находились также спиртовыетермометры для определения температуры воды. Погрешность измерениятермометров не превышала ± 1 оС.2.3.

Экспериментальная установка №2 для исследованиятепломассообмена в блоке гофрировано-просечной насадкиЭкспериментальное исследование тепломассообмена на насадках, какправило, проводится в контактных аппаратах, заполненных насадкой [44, 56,64, 92, 112, 113]. Для исследования тепломассообмена на ГПН-насадке прииспарительномохлажденииводыбыласозданаполупромышленнаяустановка. На рис. 2.4 представлена схема этой экспериментальнойустановки.Установкаработаетследующимобразом.вентилятор 1 производительностью 1000 м3/часЦентробежныйнагнетает воздух повоздуховоду 2 в аппарат 3. Из бака 4 центробежным насосом 5производительностью до 6 м3/час, вода подается в верхнюю часть аппарата 3на оросительное устройство.

Стекающая с насадки 6 вода возвращаетсяобратно в бак 4. Выходящий из аппарата 3 воздух выбрасывается ватмосферу через воздуховод 7. Расход воздуха в опытах регулировалсязаслонкой 8. Расход воды регулировался шаровыми кранами 9 и 10.56Рис. 2.4. Схема экспериментальной установки №2 для исследования тепло- имассообмена на гофрировано-просечной насадкеДинамический напор воздуха измерялся с помощью трубки ПитоПрандтля 11, подключенной к многопозиционному микроманометру ММН2400. Расход воды измерялся водяными счетчиками VALTEC VLF-R-U(I)15-1,5 с погрешностью измерений ± 2% путем визуального считыванияпоказаний.

Для определения гидравлического сопротивления насадкиопределяли разность статических давлений в воздуховодах 2 и 7 с помощьюмикроманометраММН-240012.Интенсивностьтепломассообменаопределяли путем измерения температуры и влажности воздуха на входе ивыходе из насадки (датчики 13 и 14), а также путем измерения температурыводы на оросительном устройстве (датчик 15) и на выходе из аппарата(датчик 16). В опытах начальная температура воды составляла 39 оC, атемпература атмосферного воздуха на входе в аппарат изменялась от 20 до 2557оC при относительной влажности от 20 до 32 %. Подогрев воды до начальнойтемпературыосуществлялсяэлектронагревателя17.вбакеТемпература4водыспомощьюнавходетрубчатоговаппаратподдерживалась постоянной с точностью ± 1 оС.

На рис. 2.5 представленафотография экспериментальной установки.В аппарате располагался блок насадки (см. рис. 2.6), состоящий из 11элементов ГПН-насадки, установленных параллельно с зазором Δ друготносительно друга. В верхней части аппарата элементы насадки выходили впазы оросительного устройства, которое представляло собой плиту спараллельными вектору средней скорости газа в аппарате пазами. В пазахРис. 2.5.

Фотография экспериментальной установки №2 для исследования тепло- имассообмена на гофрировано-просечной насадке58оросительного устройства имелись расширения в форме сегментов круга,расположенные в шахматном порядке вдоль паза (см. рис. 2.7). Приорошении, на оросительном устройстве собирался столб жидкости (см. рис.2.8), и через расширения пазов жидкость распределялась по поверхностинасадки в виде плёнки. Таким образом, исключалось образование брызг приорошении. Кроме того, это позволило обеспечивать равномерное смачиваниевсех элементов насадки. Высота слоя насадки в рабочей зоне аппаратасоставляла 437 мм. Зазор между элементами насадки в экспериментахсоставлял 14 и 17 мм.Рис.

2.6. Блок ГПН-насадки в сбореПазы в оросительном устройстве имели ширину с = 3 мм, чтосоответствовало толщине элементов насадки. Диаметр расширений пазов, поформе представляющих собой сегменты круга, dотв = 5 мм. Зазор междуосями соседних в пазу отверстий S = 5 мм (см. рис. 2.7). Расстояние между59Рис. 2.7. Общий вид оросительного устройства (а);схема расположения отверстий в нем (б)Рис. 2.8. Образование столба жидкости на оросительном устройствево время проведения экспериментов60соседними пазами соответствовало зазору между элементами насадки Δ. Дляфиксации элементов насадки, последние приклеивались к оросительномуустройству сверху, а также вклеивались снизу в опорную плиту. Последняяимелаконструкцию,аналогичнуюоросительномуустройствузаисключением того, что отверстия были больше, что позволяло жидкостисвободно вытекать из аппарата без образования столба жидкости на днеаппарата.Датчики температуры воды представляли собой медные термометрысопротивления ТСМ, а влажность и температура воздуха определялисьприбором КИП-20.

Выходной сигнал у всех датчиков составлял 4…20 мА,что позволило выводить информацию через двухканальные измерителиТРМ200 с интерфейсом RS-485. Измерители были собраны в единыйинформационный щит (см. рис. 2.9).Опыты на экспериментальной установке № 2 проводились вследующей последовательности:1)Подогрев воды в баке до исходной температуры (39 С).2)Включение орошения и выдержка не менее 10 мин. для прогреватрубопроводов, аппарата и выравнивания поля температур в баке.Включение вентилятора и продувка аппарата и воздуховодов в3)течение не менее 5 мин.

при скорости воздуха около 1 м/с.Установка рабочего расхода газа и жидкости и проведение4)измерений.При взаимодействии газового потока с плёнкой жидкости, стекающейпо насадке, происходит сложный процесс передачи теплоты и массы. В то жевремянаправлениепроцессамассопередачиможетизменятьсянапротивоположное в слое насадки. Чтобы воздух не успевал насыщаться до100% -ной влажности, эксперименты проводились на небольших длинахэлементов насадки.

За длину элемента насадки в условиях перекрёстноготечениятеплоносителейпринимаетсяразмерэлементанасадки,61параллельный вектору средней скорости газа в аппарате. Длина блоканасадки составляла 52, 100, 150, 200 мм.Рис. 2.9. Информационный щит с измерителями ТРМ200;левый верхний измеритель:сверху температура воздуха на входе TG’,снизу относительная влажность воздуха на входе X’;правый верхний измеритель:сверху температура воздуха на выходе TG”,снизу относительная влажность воздуха на выходе X”;нижний измеритель:сверху температура воды на входе TL’,снизу температура воды на выходе TL”62ГЛАВА 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИПЛЁНОЧНОГО ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ПО ПОВЕРХНОСТИГОФРИРОВАННО-ПРОСЕЧНОЙ НАСАДКИРезультаты экспериментальных исследований представлены в видезависимостей на рис. 3.1 и рис. 3.2. На графике, изображенном на рис. 3.1 пооси абсцисс – линейная плотность орошения Г. По оси ординат – количествожидкости, стекающей с задней стороны элемента насадки в единицу временина единицу ширины элемента насадки. На графике на рис. 3.2 по оси абсцисс– плёночное число Рейнольдса Reпл; по оси ординат – введенный авторомбезразмерныйсимплекс,названныйчисломперетокаH.КритерийРейнольдса определяется по формуле:Reпл 4 Г 4 Г  ρL.νLμL(3.1)Число перетока предлагается определять как отношение количестважидкости, стекающей с задней стороны элемента насадки в единицу временик расходу жидкости, подаваемой на переднюю сторону элемента насадки:HГ зд.Г(3.2)Таким образом, число перетока характеризует способность насадкиравномерно распределять жидкость по своей поверхности.

Согласновыражению (3.2) число перетока может меняться от 0 до 1. Случай H = 0соответствует крайне высокой чувствительности насадки к равномерномураспределению жидкости. При этом жидкость с одной стороны элементанасадки практически не перетекает на другую. К таким насадкам, по мнениюавтора, относятся хордовая насадка, плоскопараллельная и другие насадкибез перфорации. При использовании данных насадок следует выбиратьоросительные устройства с максимальной равномерностью распределения63Гз, м3/(м∙ч)Г, м3/(м∙ч)Рис. 3.1. Зависимость количества жидкости, перетекающей на противоположнуюсторону элемента ГПН-насадки через щели от расхода жидкости.

1 – Серияэкспериментов при постепенном увеличении плотности орошения; 2 – серияэкспериментов при постепенном уменьшении плотности орошенияжидкости по сечению аппарата. Если число перетока H = 0,5, то это означает,что насадка эффективно распределяет жидкость по своей поверхности.