Диссертация (1025184), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Следует учитывать и теплоусвояемостьобечайки аппарата и теплопритоки к нему из окружающей среды, которыезависят от разности температур, материала и площади поверхности обечайкиаппарата. Обечайка аппарата может иметь более высокую температуру врезультате нагрева от солнечных лучей, и, как следствие, теплопритокповлияет на производительность градирни.Схемавзаимодействиямеждуохлаждаемойводойивоздухомпредставлена на Рисунке 2.1. 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 исходноевлагосодержание воздуха, тем больше влаги из капельного потока попадает внего и уносится в атмосферу. Также необходимо учитывать конвективноедвижение массы воды, находящейся внутри объема капель.

(Рисунок 2.2.)Данный вопрос достаточно хорошо рассмотрен в работе [63].38Пограничный слойT''wКапляTwαwαвВоздушный потокРисунок 2.1. Схема взаимодействия между охлаждаемой водой ивоздухом.абРисунок 2.2. Линии тока жидкости внутри капли размером:а – 1,3 мм, б – 0,063 мм. [63]В итоге, балансовые соотношения, устанавливающие взаимосвязипараметров потока воды и воздуха выглядят как система из трех уравнений: w F Tw  Tw''   QТП  QТУ  α в F Tв  Tw''   Gв r d вк  d вн ;GwC pw Twн  Twк   QТП  QТУ  Gв iвк  iвн  αвFr d ' 'd в ;C pв(2.1);(2.2);39Tw''  Tw гдеαw ви Tв  Tw'' w(2.3),– коэффициент теплоотдачи воды, Вт/м2К; F – суммарнаяповерхность капель, м2; Tw – средняя температура капли, К; Tw'' – средняятемпература поверхности капли, К; QТП - теплоприток из окружающейсреды, Вт;QТУ- теплоусвояемость обечайки аппарата, Вт;αв–коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности капель, Вт/м2К; Gв –массовый расход воздуха, кг/с; r – теплота испарения влаги, Дж/кг; d вк –влагосодержание воздуха на выходе из водоохладителя, кг/кг; d вн –влагосодержание воздуха на входе в водоохладитель, кг/кг; Gw – массовыйрасход охлаждаемой воды, кг/с; Срw – теплоемкость воды, Дж/кгК; Т wн –температура воды на входе в водоохладитель, К; Т wк – температура воды навыходе из водоохладителя, К; iвк – энтальпия воздуха на выходе изводоохладителя, Дж/кг; iвн – энтальпия воздуха на входе в водоохладитель,Дж/кг; Срв – теплоемкость воздуха, Дж/кгК; d ' ' – среднее влагосодержаниенасыщенного влагой воздуха у поверхности капли, кг/кг; d в – среднеевлагосодержание воздуха, кг/кг;  и – коэффициент испарения, которыйравен:и  1 Уравнение(2.1)r d ''  d в C pв Tв  Tw'' устанавливает(2.4)соотношениеинтенсивностейтеплоотдачи со стороны обменивающихся энергией потоков с учетоммассообмена.Уравнение(2.2)выражаетбалансовоесоотношениеобменивающихся энергией потоков с учетом эффекта испарительногоохлаждения.

Уравнения учитывают теплоприток из окружающей среды итеплоусвояемость обечайки аппарата. Уравнение (2.3) вытекает из уравнениястационарной теплопередачи от воздуха к массе воды, содержащейся в40каплях и совершающей конвективное движение внутри оболочки капли,имеющей нулевое термическое сопротивление.Целевым параметром, который необходимо определить, являетсятемпература воды на выходе из градирни.В безнасадочной градирне поверхностью взаимодействия потоковявляется суммарная площадь капель, находящихся в рабочей зоне градирни.Для ее нахождения необходимо определить размерами капель, которыйопределяли экспериментально по методу скоростного фотографирования иулавливания капель с слое машинного масла.

Для условий опытов среднийразмер капель составляет 0,5-1 мм. С помощью этого же методаподтверждается закон нормального распределения размера капель. Длятехнических расчетов может применяться формула для нахождения среднегодиаметракапель,разбрызгиваемыхтангенциальнымифорсунками[64, 65, 66, 67]:d 47,8 A 0,6 Re w0, 7 П1 0,1 ,d0(2.5)где d – средний диаметр капель, м; d0 – диаметр выходного соплафорсунки, м; А – геометрический параметр форсунки; Rew – числоРейнольдса для воды,истекающей изфорсунки; П 1–критерий,характеризующий соотношение сил вязкостных, инерционных и силповерхностного натяжения.Геометрические параметры форсунки находятся из соотношения [64]:АRк  rвк r0nrвх2,(2.6)где Rк – радиус камеры закручивания форсунки, м; rвк – радиус входногоканала форсунки, м; r0 – радиус выходного сопла форсунки, м; n – числовходных каналов форсунки. w2,П1  wd 0(2.7)41где µw – динамический коэффициент вязкости жидкости, Па·с; ρw –плотность жидкости, кг/м3; σ – коэффициент поверхностного натяженияжидкости, Н/м.Далее рассчитаем площадь поверхности капель, находящихся в рабочейзоне градирни, для этого необходимо воспользоваться рядом простыхуравнений, которые описываются ниже.Скорость вылета капель из сопла тангенциальной форсунки можноопределить по уравнению [68, 69]:2pwкф w,(2.8)где Δp – перепад давления на форсунке, Па.Скорость капли меняется при ее перемещении в пространстве градирниот начальной до конечной при падении в сборник холодной воды.

Тогдасреднюю скорость капель wк, м/с, можно принять как [70]:wк wн  wк2(2.9)Зная высоту рабочей зоны градирни Нг и среднюю скорость падениякапель wк, можно определить время контакта капель с воздухом τ, а затем иобщий объем капель в рабочей зоне градирни, м3:НwкVк  (2.10)Gw(2.11)wПлощадь и объем одной капли находим по уравнениям для сферы:Fк  d 2Vк (2.12)d 3(2.13)6Число капель, находящихся в рабочей зоне:nк Vк Vк,(2.14)42Площадь поверхности всех капель:F  Fк nк ,Коэффициенттеплоотдачи(2.15)отвоздухакповерхностикапельопределяется по соотношению:Nu вd,в(2.16)где Nu – число Нуссельта;d – диаметр капли, м;в – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м·К.Число Нуссельта для нахождения теплоотдачи от воздуха к поверхностикапли определялось по уравнению Дрейка [71, 92]:Nuв  2  0,459 Re в0,55Prв0,33,(2.17)где Reв – число Рейнольдса для воздуха;Prв – число Прандтля для воздуха.Приравнявуравнения (2.16) и (2.17) и выразив коэффициенттеплоотдачи, получим:в вd2  0,459 Re0 , 55Pr 0,33 (2.18)Коэффициент теплоотдачи при конвективном движении воды внутриобъема капли определяется как:Nu w  wd,w(2.19)где w – коэффициент теплопроводности воды, Вт/м·К.Число Нуссельта для воды в капле определим по уравнению,опубликованному в источнике [72]:Nu w  0,098Ra 0,345 ,(2.20)где Ra – число Рэлея, определяющее поведение жидкости подвоздействием градиента температуры [73].Теплоприток из окружающей среды QТП можно выразить по формуле:43QТП  KFб (Tw  Tв ) ,(2.21)где К – коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К; Fб – поверхностьградирни, м2.Теплоусвояемость обечайки градирни вычисляем по формуле:QТУ МгC pг (Twн  Twк ) ,(2.22)где Мг – масса обечайки градирни, кг;τ – время ведения процесса, с;Срг – теплоемкость стенок градирни, Дж/кг·К.Энтальпия воздуха на входе и выходе из градирни определяется изуравнения [74]iв  1.0045tв  dв 2500  1.96tв , кДж/кг(2.23)Влагосодержание воздуха определяется по уравнению [36]:dв 0,622Pп,P  Pп(2.24)где Pп – упругость насыщенных паров, Па;P – давление воздуха, Па;υ – относительная влажность воздуха.2.2 Методы решения системы уравнений.

Блок-схема расчетапредельной температуры охлажденной воды по средним параметрамРешение системы уравнений может быть выполнено по среднимпараметрам потоков в проточной части аппарата (Рисунок 2.3). Болееточного решения можно добиться путем условного деления проточной частиаппарата на зоны (Рисунок 2.4). В случае зонального деления проточнойчасти градирни по высоте расчет системы выполняется для каждой зоны сполучением выходных параметров. Они же являются исходными длявышестоящего участка. По второму методу целесообразно вести расчет с44нижнейчастиаппарата,критериемправильностирасчетаявляетсясовпадение значений температуры подаваемой на охлаждение воды сполученной ее величиной на входе в верхнюю зону.TwнTвк543TwTв210TwкTвкT wнT w1T w2T w3T w4T wкTwн 1Tв 4 к1 2wTв3 4Tв2 3T2 3wT3 4wTTw4 кT в4T в31 2вTTв н 1T в2T в1T вн543210TвнРисунок 2.3.

Расчет системыРисунок 2.4. Расчет системыуравнений по средним параметрам.уравнений делением проточной частина зоны.Метод расчета по результатам экспериментов позонного расчетаформализован в виде блок-схемы, представленной на Рисунке 2.5.45Начало1да1нетКонецРисунок 2.5. Блок-схема метода расчета предельной температуры воды навыходе из аппарата.46Блок-схемачитаетсяследующимобразом:задаютсяисходныепараметры взаимодействующих потоков и константы, после чего следуетрасчет скорости воздуха в проточной части градирни, затем определяемсуммарную площадь капель.

Обозначаем влажность и энтальпию воздуха,коэффициент испарения. Описываем число Нуссельта и коэффициенттеплоотдачи от воды к воздуху, а также коэффициент теплоотдачи отповерхности капли.Все выше описанные параметры заносятся в систему уравнений,которая просчитывается на ЭВМ с использованием программы дляматематических вычислений MathCAD 14. В результате решения получаемвыходныепараметрыводыивоздуха.Далеепроизводимоценкутемпературы воды на выходе из градирни, и, если результаты неудовлетворительны,выходныезначенияприсваиваютсякисходнымзначениям и процесс расчета повторяется до тех пор, пока температура водыв конце процесса практически перестанет изменяться.

Это значениетемпературы воды принимаем за конечный результат.Данный способ расчета позволяет определить предельную температуруводы для данных параметров воздуха и условий ведения процесса.2.3 Расчет градирни с промежуточной подачей воздухав рабочую зонуСистема уравнений (2.1, 2.2, 2.3) позволяет провести расчет градирни спромежуточной подачей воздуха, описываемой в 3 главе (Рисунок 3.14).Расчет проводится в два этапа: расчет по средним параметрам сопределением выходных значений температуры воды Twк, воздуха Твк ивлажности воздуха υк(Рисунок 2.6). После этого проводится расчетградирни снизу-вверх, но уже с делением градирни на два участка спромежуточной подачей воздуха в рабочую зону (Рисунок 2.7). Для этогоградирня условно делится на две части.

В нижней части в процессе47участвует половина расхода воздуха, и половина площади капель. Искомымипараметрами является температура воды на входе в нижнюю часть,температура и влажность воздуха на выходе из нее. Значения температурына входе в нижнюю часть служат выходным значением для верхней части. Вверхнюю зону подается вторая половина свежего воздуха, которыйсмешивается с выходящим из нижней части градирни. За счет этого вовторую часть поступает более холодный и сухой воздух. Искомымпараметром второй части расчета является получение температуры воды навходе в градирню.

Характеристики

Список файлов диссертации