Автореферат (1025183), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

При этом исходнымидопущениями являются:1. Теплофизические свойства воды и воздуха постоянны;2. Распределение капель по всему объему считать равномерным;3. Между каплями отсутствует взаимодействие;4. Отсутствует распределение значений параметров воздуха по радиусуградирни;5. Процесс стационарный с постоянной поверхностью теплообмена;6.

Соблюдается аналогия между процессами тепло- и массопереноса;7. Воздух на выходе из градирни полностью насыщается влагой;8. Отсутствует механический унос капель.Основными исходными параметрами для составления математическоймодели являются: массовый расход Gw и температура Twн воды на входе вградирню; массовый расход воздуха Gв и параметры атмосферного воздуха:атмосферное давление Ратм, остаточное давление воздуха Р0, его температураTвн и относительная влажность на входе φн; геометрические параметрыградирни: диаметр Dг, высота рабочей зоны Нг.В результате численного расчета по модели определяются: температураводы на выходе Twк; средняя температура насыщенного влагой воздуха уповерхности воды Tw’’; температура воздуха на выходе Твк.Предложенный анализ предполагает возможность нахождения не толькоконечной температуры воды, но и площади теплопередающей поверхности,если степень подохлаждения воды задана.Схемавзаимодействиямеждуохлаждаемойводойивоздухомпредставлена на Рисунке 1.

Падающие капли воды взаимодействуют совстречным потоком воздуха, просасываемого через градирню вакуумнымнасос-компрессором. В диффузионном пограничном слое капли идетинтенсивное испарение влаги с поверхности и переход ее в поток воздуха,при этом влагосодержание воздуха повышается. Чем ниже исходное6влагосодержание воздуха, тем больше влаги из капельного потока попадает внего и уносится в атмосферу.Gв , Tвк , вкG w , T wнПограничный слойT''wКапляTwαwαвВоздушный потокGв , Tвн , внGw , TwкРисунок 1. Схема взаимодействия между охлаждаемой водой ивоздухом.В итоге, балансовые соотношения, устанавливающие взаимосвязипараметров потока воды и воздуха выглядят как система из трех уравнений: w F Tw  Tw''   αв F Tв  Tw''   Gв r dвк  dвн ;GwC pw Twн  Twк  Gв iвк  iвн (1)αвFr d ' 'dв ;C pв в и Tв  Tw''  ,T  Tw w(2)''wгде  и – коэффициент испарения воды в воздух:  и  1 (3)r d ''  d вC pв Tв  Tw''Уравнение (1) устанавливает соотношение интенсивностей теплоотдачисо стороны обменивающихся энергией потоков с учетом массообмена.Уравнение (2) выражает балансовое соотношение обменивающихся энергиейпотоков с учетом эффекта испарительного охлаждения.

Уравнение (3)вытекает из уравнения стационарной теплопередачи от воздуха к массе воды,содержащейся в каплях и совершающей конвективное движение внутриоболочки капли, имеющей нулевое термическое сопротивление.В безнасадочной градирне поверхностью взаимодействия потоковявляется суммарная площадь капель, находящихся в рабочей зоне градирни.7Для ее нахождения необходимо определить средний размер капель, которыйопределяли экспериментально по методу скоростного фотографирования иулавливания капель в слое машинного масла. Для условий опытов среднийразмер капель составляет 0,5–1 мм.

С помощью этого же методаподтверждается закон нормального распределения размера капель.Скорость вылета капель из сопла форсунки определялась по уравнениюБернулли:wкф 2p(4)wСкорость капли меняется при ее перемещении в пространстве градирниот начальной до конечной при падении в сборник холодной воды, поэтому врасчетах используется средняя скорость капель wк, м/с.Зная высоту рабочей зоны градирни Нг и среднюю скорость падениякапель wк, определяли объем капель, который проходил проточную частьградирни за время τ.Площадь, объем одной капли, число капель в потоке и площадьповерхности находили по соответствующим уравнениям, предполагаясферическую форму капель.Число Нуссельта для воздуха определялось по уравнению Дрейка:Nu в  2  0,459 Re в0,55Prв0,33(5)Число Нуссельта для определения коэффициента теплоотдачи отконвекции массы воды внутри объема капли определим по уравнению,опубликованному в справочнике Куличенко В.Р.:Nu w  0,098Ra0,345 ,(6)Решение системы уравнений может быть выполнено по среднимпараметрам потоков в проточной части аппарата (Рисунок 2).

Более точногорешения можно добиться путем условного деления проточной частиаппарата на зоны (Рисунок 3). В случае зонального деления проточной частиградирни по высоте расчет системы выполняется для каждой зоны сполучением выходных параметров. Они же являются исходными для8вышестоящего участка. По второму методу целесообразно вести расчет снижнейчастиаппарата,критериемправильностирасчетаявляетсясовпадение значений температуры подаваемой на охлаждение воды сполученной ее величиной на входе в верхнюю зону.TwнTвк543TwTв210TwкTвкT wнT w1T w2T w3T w4T wкн 1w4 кTTвTw12Tв 34Tw23 Tв 233 4wTTw4 кTв1 2Tв н 1T в4T в3T в2T в1T вн543210TвнРисунок 2.

Расчет системыуравнений по средним параметрам.Рисунок 3. Расчет системы уравненийделением проточной части на зоны.Система уравнений (1, 2, 3) позволяет провести расчет градирни спромежуточной подачей свежего воздуха. Расчет проводится в два этапа:расчет по средним параметрам с определением выходных значенийтемпературы воды Twк, воздуха Твк и влажности воздуха φк (Рисунок 4).

Послеэтого проводится расчет градирни снизу-вверх, но уже с делением градирнина два участка с промежуточной подачей воздуха в рабочую зону (Рисунок5). Для этого градирня условно делится на две части. В нижней части впроцессе участвует только половина расхода воздуха, и половина площадикапель. Искомыми параметрами является температура воды на входе внижнюю часть, температура и влажность воздуха на выходе из нее. Значениятемпературы на входе в нижнюю часть служат выходным значением дляверхней части. В верхнюю зону подается вторая половина свежего воздуха,который смешивается с выходящим из нижней части градирни. За счет этогово вторую часть поступает более холодный и сухой воздух.

Искомымпараметром второй части расчета является получение температуры воды навходе в градирню. При отсутствии совпадения результата необходимоскорректировать температуру воды на выходе из нижней части градирни и9делать перерасчет до получения заданной температуры воды на входе вградирню.Gw , TwнGв , Tвк , кGw , TwнGв , Tвк , кGw , TwкGв , Tвн , нРисунок 4.

Схема расчета градирни содиночной подачей воздухаGw , TwкGв, Tвн ,  н2Gв н, Tв , н2Рисунок 5. Схема расчета градирни спромежуточной подачей воздухаРезультаты расчетов представлены в виде графиков ниже. График наРисунке 6 показывает значение предельной температуры воды приповторении циклов пропускании объема воды через проточную частьаппарата в зависимости от давления воздуха и температуру охлажденнойводы за один цикл охлаждения в зависимости от давления воздуха.Начальная температура воды составляла 38-40°С.

Температура воздуха навходе 24-25°С и влажность 50-65%.Температура воды на выходе, Twк,°С26,52625,52524,52423,52322,52221,52120,52019,51918,518Предельное охлаждение водыОхлаждение за один проход300400500600700800Степень разряжения воздуха в вооохладителе, Р, мм рт.ст.Рисунок 6. График зависимости конечной температуры воды на выходе изводоохладителя от степени разрежения воздуха.10Анализ показателей работы градирни в условиях высокогорногоразмещения с градирней работающей на высоте уровня моря представленыграфиком ниже.

Расчет проводился для диапазона высот 0 до 3000 метров,что соответствует давлению воздуха в пределах 760 – 535 мм рт.ст.Параметрырасчетовдлядвухвариантовоставалисьнеизменными:температура воды на входе в градирню Twн=40°С, температура воздуха навходе в градирню Tвн=25,6°С, влажность воздуха φн=60%. В ходе расчетаПодохлаждение воды ΔТw, °Спринято, что температура и влажность воздуха с ростом высоты не меняется.12,11211,911,811,711,611,511,411,311,20500100015002000250030003500Высота размещения градирни над уровнем моря, мРисунок 7. Зависимость показателя глубины подохлаждения воды вградирни от высоты размещения над уровнем моря.Если сравнивать градирню, размещенную на уровне моря, с градирней,размещенной на высоте 3000 м и работающей при тех же параметрах, то привысотном размещении тепловой к.п.д.

градирни увеличится на 3,9%.Последнее эквивалентно уменьшению площади оросителя на 12 %.В третьей главе приводится описание экспериментальных установок иметодикипроведенияиспытаний.Даетсяоценкапогрешностиизмерительных приборов.Основная задача созданной установки (Рисунок 8) – исследованиепроцесса охлаждения оборотной воды в безнасадочной градирне подвоздействием «мягкого» вакуума и определения параметров, влияющих наинтенсивность процесса.111. Вакуумный насос-компрессор2. Водоохладитель3. Воздуховод4.

Счетчик расхода воздуха5. Вихревой водяной насос6. Форсунка7. Вакуумметр8. Счетчик расхода воды9. Бак для сбора воды10. Дополнительный водяной насос11. Цифровой приемник-преобразовательтермопар12. Термопарный датчик температур13. Отделитель влагиРисунок 8. Схема экспериментальной установки.Установка состоит из водоохладителя 2, представляющего собойцилиндрический сосуд с внутренним диаметром 400 мм и емкостью 150литров, выполненный из алюминия. Высота рабочей зоны водоохладителя1 м. Днище водоохладителя эллиптическое, оснащено сливным отверстиемдля отвода охлажденной воды, в нижней части боковой поверхностипредусмотрено отверстие для воздуховода 3.

Водоохладитель черезрезиновую прокладку герметично закрывается прозрачной крышкой изорганического стекла, в которую встроена форсунка 6, вакуумметр 7. Вкрышке предусмотрен патрубок для откачки воздуха из водоохладителя. Кпатрубку через запорный вентиль присоединяется вакуумный насоскомпрессор 1. Приборы и датчики, установленные в различных частяхустановки, позволяют проводить необходимые измерения, такие кактемпература воды на входе и выходе из аппарата, температура воздуха,влажность воздуха.В процессе работы и анализа полученных результатов, стенд былмодернизирован до варианта, представленного на Рисунке 9.

Характеристики

Список файлов диссертации