CC BY
28
УДК 621.565.93
Аэродинамическое сопротивление оросителя вентиляторных градирен
Канд. техн. наук А.В. КИРКОР, А.А. НОСИКОВ
Могилевский государственный университет продовольствия
The physical model of air and water streams interaction m the volume of till is represented in given article. Fill hydraulic resistance on the experimental installation which is represented as a model of counterflow mechanical-draft cooling tower is investigated. The results of researches are submitted and the criteria! equations for calculation of Euler criterion according to the air stream movement speed in the cooling tower, the heights of fill block and irrigation density are received.
Повышение эффективности тепло- и массообмена при испарительном охлаждении воды, циркулирующей в замкнутых контурах охлаждения технологического оборудования, должно неразрывно связываться как с интенсификацией этих процессов, так и со снижением энергетических затрат на их проведение.
В рассматриваемом случае процесс охлаждения воды протекает в противоточных вентиляторных градирнях. Основным конструктивным элементом градирни, определяющим ее эффективность, является ороситель — регулярная насадка, в объеме которой обеспечивается взаимодействие потока охлаждаемой воды с атмосферным воздухом в условиях активного гидродинамического взаимодействия фаз |2, 3|.
Энергия в процессе охлаждения тратится на диспергирование воды в градирне и на продувку (просасывание) воздуха через градирню. Если первая составляющая зависит только от типа диспергирующего устройства, то вторая — от многих технологических и конструктивных параметров и характеризуется гидродинамическим сопротивлением оросителя, однозначно определяющим затраты мощности на привод вентилятора [1,6].
Для выявления факторов, влияющих на гидродинамическое сопротивление оросителя, рассмотрим физическую модель взаимодействия потоков воды и воздуха в объеме оросителя из полимерных листов (ПВХ, ПВД, ПЭТФ) с двойной гофрировкой (рис. 1), получаемой методом вакуумной формовки.
Рис. 1. Элемент оросителя и физическая модель взаимодействия потоков воды и воздуха: 1 - боковые стенки каналов; 2 — ребра
При сборке в блоки соседние листы разворачиваются друг относительно друга на 180°, в результате чего в блоке формируется система каналов для прохода воздуха, по наклонным стенкам которых пленочным потоком стекает охлаждаемая вода. Каналы имеют треугольную форму с открытым основанием, а в боковых стенках 1 каналов выполнены регулярные (с шагом 35 мм) крупномасштабные неровности 2 (ребра). При движении пленочного потока эти ребра играют роль подтопленных водосливов с широким порогом, перед которым происходит накопление жидкости и затем перелив ее через неровность. При этом гидравлическое сечение канала д ля прохода воздуха сужается. Степень сужения канала зависит от приведенной толщины пленки на стенках канала |4|, которая, в свою очередь, является функцией физических свойств воды (плотности и вязкости), а также плотности орошения.
При прохождении воздушным потоком зоны расположения ребер изменяются скорость и направление его движения: в нем генерируются вихри с возвратным течением. Наблюдаются также явные отрывы капель жидкости и их возвращение вновь в пленочный поток. Все это существенным образом отражается на величине гидродинамических потерь |4, 5]. Атак как форма канала является основным фактором активизации вихревых процессов в межреберных зонах, наиболее полно выявляющих истинную гидродинамическую структуру потока, то в качестве определяющего геометрического размера должен быть принят эквивалентный диаметр его узкого сечения [1,5).
Таким образом, величина аэродинамического сопротивления оросителя по линии подачи воздуха Ар 1 зависит от конструктивных характеристик канала (его протяженности Л и эквивалентного диаметра с1), расхода подаваемой на охлаждение воды ^ и физических характеристик воздуха (его скорости й)/; плотности и вязкости цу ):
Д/4 =А®ь Р1> 14» (1)
Зависимость (1) методами теории размерностей преобразована в уравнение (2) с безразмерными комплексами
®>2lPl
( , Л
ч»
У Р A J
(2)
которое, в свою очередь, представлено в виде критериальной зависимости (критерия Эйлера):
Еи^ = А (3)
здесь X — С/У— удельный расход воздуха, кг/кг,
где и - массовые расходы воздуха и воды соответственно.
Для установления явного вида критериальной зависимости (3) была использована экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 2.
Основу установки составляет модель противоточной вентиляторной градирни с размером шахты в плане 0,5 х 0,5 м. Внутри шахты располагались блоки оросителя. Высота устанавливаемых блоков колебалась в пределах от 0,5 до 2 м с шагом 0,25 м. Над верхним срезом блоков оросителя, на расстоянии 0,6 м, размещалась система водораспределения, обеспечивающая равномерное распределение воды по сечению шахты градирни с помощью тангенциальной форсунки. Над системой водораспределения размещены блоки каплеуловителя. Шахта градирни воздуховодом соединена со всасывающим патрубком центробежного вентилятора ВЦ (марки ВЦ4-75). Регулировку расхода воздуха через шахту градирни осуществляли посредством поворотной заслонки и контролировали с помощью диафрагмы Д(с характеристикой ¿//</0 = 250/180) по показаниям микроманометра ММ2. Параметры забираемого и отработанного воздуха определяли по показаниям психрометра.
Расход воды, поступающей на охлаждение, регулировался байпасной (перепускной) линией ЕЛ.
В шахте градирни под и над оросителем размещены трубки отбора статического давления ТС 1 -4, которые сообщаются с микроманометром ММ1, заправленным этиловым спиртом. Условия проведения эксперимента: температура воздуха = 20,7...25°С; расход воды = 0...0,731 кг/с; расход воздуха (/¿ = 0,271...0,711 кг/с; высота блоков оросителя И = 0,25... 1,25 м. Основные характеристики блока оросителя: удельная поверхность а = 132,2 м2/м3; эквивалентный диаметр с1экв = 0,02826 м.
Рис. 2. Схема экспериментальной установки: БЛ - байпасная линия; БР - расходный бак; ВР1,2 — регулирующие вентили; ВЦ — центробежный вентилятор; Гр — градирня; Д - диафрагма; КЗ 1,2 - запорные краны; КШ — шаровой кран; ММ1,2,3 — микроманометры; НЦ — циркуляционный насос; ТС 1,2,3,4 - точки отбора статического давления;ЭН — электронагреватель; Р — расходомер
В ходе эксперимента измеряли следующие параметры:
V объемный расход воздуха (по показаниям микроманометра ММ2, подключенного к предварительно прота-рированной диафрагме, класс точности 1);
'/температуру воздуха на входе в градирню (ртутным термометром с точностью 0,1 °С);
V падение статического давления потока воздуха в оросителе (спиртовым микроманометром ММ1, класс точности 1);
V объемный расход воды, подаваемой в аппарат (расходомером Р, класс точности 1);
V температуру воды на входе и выходе из аппарата (ртутным термометром с точностью 0,1 °С).
Из экспериментальных данных в результате расчета получены следующие параметры:
скорость воздуха в шахте градирни
¡р. (4)
где - объемный расход воздуха, м3/с;
- площадь поперечного сечения градирни, м2;
Vгидравлическое сопротивление рассматриваемого оросителя
Д^ = АЛРсЯ/1000, (5)
где АЛ - показания микроманометра ММ1, мм сп. ст.; рс - плотность спирта, кг/м3;
Vплотность орошения (в случае проведения экспериментов с орошаемой насадкой)
Яш = К/Ъ, (6)
где Ущ — объемный расход воды, м3/с;
Vкритерий Рейнольдса
Яе = ю£ ¿з р^, (7)
где с1э — эквивалентный диаметр канала для прохода воздуха, м;
А%Па
70 60 50 40 30
Рис. 3. Аэродинамическое сопротивление оросителя в зависимости от скорости воздуха: а — при различных И; б — при различных
2 м/с
