CC BY
15УДК 621.175
Ф.М. Давлетшин*, А.А. Сагдеев**, К.Х. Гильфанов
iekrk
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК
ОРОСИТЕЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ
(*000 «ТМИМ», г. Нижнекамск, ** Нижнекамский химико-технологический институт Казанского государственного технологического университета *** Казанский государственный энергетический университет)
Приводится описание созданной экспериментальной установки для исследования характеристик оросителей промышленных градирен. Дается описание методики эксперимента и приводится сравнительный анализ оросителей разных типов от ряда производителе^ в том числе и трех оросителей, характеристики которых получены в результате эксперимента.
Основным конструктивным элементом промышленной градирни является ороситель, в котором осуществляются процессы тепло-массо-обмена между водой и воздухом.
В настоящее время предлагается большое разнообразие типов оросителей, имеющих различные размеры и конструкции своих элементов, марки применяемых материалов [1]. Для сравнительной оценки охлаждающей способности создаваемых конструкций оросителей и сравнения их с существующими на кафедре «Техника и физика низких температур» НХТИ КГТУ совместно с ООО «ТМИМ» была создана экспериментальная установка, представляющая собой малогабаритную градирню, схема которой приводится на рис. 1.
Основными узлами установки являются: бак сбора охлажденной воды, водяной бак с электронагревателями (ТЭНами), имитирующий потребителя оборотной воды и корпус градирни, в котором размещается исследуемый ороситель, водоразбрызгивающая система и каплеуловигель. Движение воздуха через ороситель обеспечивается вытяжным вентилятором с регулируемой частотой вращения с помощью частотного зователя. Забор воздуха осуществляется из помещения лаборатории, где наблюдается относительное постоянство его температуры и влажности, а выброс - наружу, в атмосферу. Корпус градирни с
размерами поперечного сечения 600x600 мм выполнен из органического стекла, что обеспечивает визуальное наблюдение и контроль равномерности орошения. Оросительная система состоит из четырех леек, что обеспечивает однородность распыла по поверхности оросителя и по размерам капель воды. Лейки регулируются как по высоте расположения, так и по координатам над поверхностью оросителя.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки. 1 ~ градирня; 2 - водяной бак; 3 - центробежный насос; 4 - лейки; 5 - орошаемая насадка; 6 - группа ТЭНов; 7 - вытяжной вентилятор; 8 - счётчик воды; 9 - блок выключателей; 10 - шит приборов. Fig. 1 .The scheme of the experimental unit. 1 -cooling tower; 2-water tank; 3-centrifugaI pump; 4- watering device ; 5-irrigator nozzle; 6-group of thermal heaters; 7-exhaust blower; 8-water meter; 9-block of switches; 10- board of instruments.
Расход воздуха измеряется при помощи нормальной диафрагмы, установленной на трубопроводе выброса воздуха в атмосферу. Расход воды измеряется объемным счетчиком типа ШЖУ-25-6. Температура воды на входе и выходе из оросителя измеряется хромель-копелевыми термопарами в комплекте с цифровым вольтметром В7-21,
относительная влажность входящего в ороситель воздуха - аспирационными психрометрами МВ-4М. Величина полного давления воздуха на входе и выходе оросителя измеряется трубками полного давления конструкции ЛПИ и трубками Пито. Величины давлений измеряются наклонным спиртовым дифференциальным микроманометром ММН (СТУ 79 1525-64). Предусмотрена возможность зондирования поперечного сечения градирни для построения полей полного давления. Следует отметить, что такие аэродинамические исследования оказались возможными только для режимов сухой продувки оросителя без подачи воды, которая забивает тонкие проходные сечения трубок полного давления и трубок Пито.
Величина Я (отношение массового расхода воздуха Св к расходу воды С^) изменялась в пределах 0,45.. .4,3 за счёт регулирования расхода воды и изменения частоты вращения вентилятора. Температура воды, идущей на охлаждение в оросителе, изменялась в пределах 23.. .38°С, за счет включения различных групп ТЭНов. Температура , поступающего в градирню воздуха, составляла 18...20°С, а относительная влажность 50...65%. Последние два параметра в опытах не регулировались.
Исследовались четыре типа оросителей. Трубчатые высотой 290 мм и 490 мм, конструкции и производства ООО «ТМИМ» и оросители «перекрестная волна» высотой 220 мм и 290 мм, производимые ООО «ТМИМ» из покупных гофрированных ПХВ листов. Поперечное сечение всех блоков составляло 600x600 мм.
Обработка результатов эксперимента проводилась по известной методике, в [ 1 ], по формуле:
М • С
Me
К Ai
(1)
ср
где А/ = - /2 - перепад температур воды на входе и выходе оросителя; Сн, - удельная теплоемкость воды; К - поправочный коэффициент в уп-
рощенном уравнении теплового баланса; Л1Ср -
средняя разность удельных энтальпий воздуха.
Там же рекомендуется сопоставить результаты испытаний различных типов оросителей по числу Меркеля:
в •h А / • С
Me = ^— =-^ * Л • А • Хп,
Я
IV
К • Д/
ср
(2)
где Ду - объемный коэффициент массоотдачи,
отнесенный к разности влагосодержаний; И - высота оросителя; - плотность орошения градирни; А - эмпирический коэффициент, характеризующий влияние конструктивных
оросителя на его охлаждающую способность; т ~~ показатель степени, характеризующий зависимость числа Меркеля от изменения массовой скорости воздуха.
в
виде
V*
зависимости в
ских координатах, что позволяет определить значение величин А и m в формуле (2), которая является основным расчетным уравнением при обработке результатов исследований по определению
оросителей градирен, ные по формуле (2) числа Меркеля при соответствующих значениях Я наносились на график в ло-
координатах с целью определения существования корреляционного поля, которое
характеризует вид связи между Я и Me/h, и применения к нему основных положений регрессионного анализа [2]. Это позволило установить вид зависимости (уравнение регрессии), оценить корре-лированность параметров Я и Me/h, выполнить анализ погрешностей измерений и дать оценку их достоверности.
Многочисленные эксперименты различных авторов [1] подтверждают, что для рабочей зоны оросителей выражение (2) можно представить в виде прямой линии, соответствующей уравнению:
lg(Me/h) - lg А + m lg Я (3)
В этом случае значения постоянных коэффициентов А и m в уравнении регрессии рассчитываются методом наименьших квадратов, что обеспечивает наилучшее положение теоретической линии зависимости Я и Me/h в корреляционном поле. Ант рассчитываются по выражениям:
п
I
m —
/
ч
ХЛ
Me
Т"
\
/
/
lg
Me
\
/
(4)
П
....... \ /
]T(lgA
.2
( Me
A =
\
h
J
m
л
(5)
О
где n - число измерении.
близости
корреляционной за-функции является коэффи-
висимости к линеинои
циент парной корреляции г, определяемый выра жением:
Me g h
n
I
/
-Xte'1)'! 'g
Me
r -
\
h
(6)
/
t-T.M-fZ.M
n
' Me"2 '
\
X 'g h
\ h )
\
h
/
j
При г > 0,5 связь между величинами с удовлетворительной точностью можно принять линейной. В проведенных экспериментах величина г составляла 0,7.. .0,95.
На рис. 2 представлены, для сравнения, экспериментальные характеристики трех типов оросителей производства ООО «ТМИМ» и характеристики оросителей различных конструкций и фирм. Соответствие номера характеристики и типа оросителя, а также их параметры даны в таблице.
Рис.2 Характеристики различных типов оросителей Fig. 2. The characteristics of different types of irrigators.
Анализ экспериментальных данных и их сравнение с существующими характеристиками оросителей позволяют сделать заключение о работоспособности экспериментальной установки и возможности проведения сравнительных испытаний различных типов и конструкций оросителей.
Как и следовало ожидать, пленочные оросители типа «косая волна» эффективнее капельно-пленочных, выполненных из гофротруб, но как показали предварительные эксперименты, обладают более высоким аэродинамическим сопротивлением.
Эксперимент и анализ литературных данных свидетельствуют о более высокой охлаждающей способности относительно более коротких оросителей, как для трубчатых, так и типа «косая волна», хотя некоторые эксперименты на пленочных оросителях дают обратную картину. В частности в [3] при исследовании блоков пленочных оросителей высотой 150, 250 и 350 мм при всех плотностях орошения (от 5 до 30 Мчас) наиболее эффективным оказался ороситель высотой 350 мм. Возможно этот эффект связан с изменением характера течения воды и воздуха в каналах оросителя с увеличением их протяженности (высоты оросителя). Однако нельзя исключить и влияние погрешности в определении числа Мер-
Кафедра техники и физики низких температур
келя по уравнению (1), которая по нашим оценкам составляет примерно ±12... 15%, что в общем характерно для такого рода теплотехнических экспериментов.
Таблица.
№
характе- Тип оросителя А, м А, 1 /м т Примечание
ристики
1 ПР-50 1 1,05 0,36 [1]
2 Типа «Мун-терс» 0,5 1,516 0,71 tu
Пленочный
3 ороситель типа 1 1,072 0,71 tu
«косая волна»
KunstofF
4 2H-FK319(619) 0,6 1,05 0}82 GmbH Kahleinbau
5 Типа «косая волна» 2,4 ^ ^ ^ <"N ОС **> KunstofT GmbH Kuhleinbau
6 Капсльно-пленочный ороситель фирмы «Баль-ке-Дюрр» 1,5 0,717 0,65 Справка ВНИИ ВО-ДГЕО № 47-9/1448
Капельно-пленочный ороситель Нижнекамск-нефтехим 1,4 0,8 0,5 Справка ВНИИ ВО- ДГЕО №47-9/1448
Капельно-
8 пленочный ороситель ООО «ТМИМ» 0,29 0,889 0,715 Эксперимент
Капельно-
9 пленочный ороситель ООО «тмим» 0,490 0,669 0,482 Эксперимент
Пленочный
10 ороситель ООО «тмим» 1,56 0,628 Эксперимент
типа «косая
волна»
Поэтому следует отметить, что правильный выбор оптимальной высоты оросителя можно сделать только на основе конкретного технико-экономического расчета с использованием экспериментальных данных и реальных условий работы промышленных градирен.
ЛИТЕРАТУРА
1. Понаморенко B.C., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий, Справочное пособие/ Под общей редакцией B.C.Понаморенко. М.: Энергоатом и здат. 1998, 376.: ил.
2. Крутов В.И. и др. Основы научных исследований. Учебн. для техн. вузов / Под ред. Кругова В.И., Попова В.В. М.: Высшая школа. 1989. 400с.
3. Алексеев В.П., Пономарева Э.Д., Дорошенко A.B. // Холодильная техника. 1968. № 8. С, 25.
