Экспериментальное исследование теплообмена в плоских вертикальных каналах при прямоточном движении газожидкостного потока Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

1,2001

ем,что i выше ров па->еурав-жания. данное ■штель-

дочне-зблемы шя рас-пгское шциен-Цля макак ПО-ффици-кная та-для ин-пьность

методов

|убежной

1ЦИОННОЙ

кидр.— le Rev. —

1ищевые

блимаци-:.52-54. аники не-

'А.М. Ку-дн. - М.:

|узырей в ■ М., 1964.

16ВЫХ про-!ачихин и :вая пром-

66.015.24.001.1

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ПЛОСКИХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ КАНАЛАХ ПРИ ПРЯМОТОЧНОМ ДВИЖЕНИИ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА

ГЛ ЕСИПОВ, ЮГ. НЕЧАЕВ,

АД ВЕЛИКОРОДНИЙ

Кубанский государственный технологический университет

Ряд технологических процессов в различных отраслях промышленности, в частности пищевой и химической, таких как улавливание частиц сахара или молока после сушильных установок, улавливание частиц карбамида, очистка дымовых газов в энергетике, осуществляется при непосредственном контакте фаз. Эти процессы можно проводить в аппаратах в условиях прямотока, высокая эффективность которого неоднократно отмечалась [1-3].

В последнее время разработано значительное число конструкций тепломассообменных аппаратов, в которых реализован принцип прямоточного нисходящего движения фаз. Одной из таких конструкций является прямоточный тепломассообменный аппарат, контактные элементы которого выполнены в виде пакета насадки из параллельных плоских вертикальных каналов [4]. Однако процесс теплообмена в этих каналах изучен еще недостаточно.

Цель настоящего исследования — установление зависимости коэффициента теплоотдачи а от газа к жидкости в вертикальных плоских каналах от скорости газа н’у, расхода жидкости Ь, ширины д и длины каналов /.

' В качестве греющей среды использовали глицерин с начальной температурой 65-72°С, в качестве нагреваемой среды — воздух с начальной температурой 28--30°С. Скорость воздуха в каналах изменяли от 10 до 25 м/с, расход глицерина — от 50 до 150 л/ч.

Глицерин использовали для избежания влияния на теплообмен процесса массообмена.

На рис. 1 приведены характерные зависимости коэффициента теплоотдачи в канале при / = 0,15 м от нагрузки по газу ос = /(\уу) (а: расход глицерина Ь. л/ч: 1 — 50; 2—100; 3—150) и жидкости: а = /(Ь) (б: скорость газа Ну, м/с: 1 — 10; 2— 15; 3 — 20; 4 — 25. Графики показывают, что коэффициент теплоотдачи растет пропорционально увеличению скорости газа (рис. 1, а). Это объясняется, по-видимому, генерированием в газожидкостном потоке мелкомасштабных пульсаций. Влияние расхода жидкости на а сказывается в меньшей степени (рис. 1, б). Это объясняется, вероятно, тем, что при полном смачивании поверхности каналов увеличивается поверхность контакта фаз за счет каплеобразования. Из опытных данных следует, что сс ~ м/ ’ и а ~ /°’42.

Для исследования влияния на эффективность теплообмена геометрических размеров каналов были проведены опыты на пакетах с шириной каналов 5,10 и 15 мм длиной 60 и 150 мм. Графики зависимости а - f (А) (рис. 2, а) при Ь= 150 л/ч и V/ = 10 м/с в каналах длиной / 0,15 (7) и 0,06 м (2) показывают, что с увеличением ширины канала эффективность теплообмена снижается (а ~ А ’ ~), но в меньшей степени, чем

уменьшение поверхности каналов. Это свидетельствует о том, что наряду с теплообменом в пленке в значительной степени протекает теплообмен в каплях, образующихся при ее разрушении.

Вт

Графики зависимости а - /(/) прии-,, = 10 м/с, Д = 0,005 ми L 150 (I) и 50 л/ч (2) свидетельствуют, что эффективность теплообмена (от ~ /С,4~) на начальных участках

выше, чем в конце каналов, когда пленка уже стабилизировалась, а движущая сила по длине канала уменьшилась.

fl~

В целом эффективность теплообмена в вертикальных плоских каналах значительно выше, чем в известных на-садочных аппаратах [5], используемых для утилизации тепла уходящих дымовых газов, а материалоемкость исследованной конструкции значительно меньше.

Учитывая, что в условиях эксперимента теплообмен изучали при контакте воздуха с нагретым глицерином, т.е, при отсутствии испарения жидкости или конденса-

ции водяных паров из воздуха, оказывающих значительное влияние на контактный теплообмен, для обобщения опытных данных приняли зависимость, аналогичную рекомендованной в [5]:

Nu = /(Rey,ReT,Pr^/,A). (1)

Опытные данные с достаточной для инженерной практики точностью описываются уравнением

Nu = 1,92-10“2 Re°’8 Re°’18 Prv°'33(~)0-5, (2)

где Re* = wxA / —число Рейнольдса для газовой

фазы;

Re* = w, 5/v - — число Рейнольдса для жидкой фазы;

w = g Ь1! 3vx— средняя по толщине пленки § скорость жидкости;

Prv — число Прандтля для газовой фазы;

Vу , vx — соответственно коэффициенты кине -матической вязкости газа и жидкости.

ЛШЕРАТУРА

). Fajгустой B.C. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 240 с.

2. Картина течения и гидродинамическое сопротивление в плоских прямолинейных диффузорно-конфузорных каналах / Ф.В. Василев, В.Т. Буглаев // Изв. вузов. Энергетика. — 1994. — №11-12.— С. 66-70.

3. Закономерности массопереноса в прямоточных пленочных контактных устройствах при ректификации бинарных смесей / Н.И. Савельев и др. // Теор. основы хим. технологии. — 1983, —№2, —С. 254-256.

4. A.c. 1433485 СССР. Насадочная тепломассообменная колонна / Ю.Г, Нечаев и др. — Опубл. в Б.И. — 1988. — № 40.

5. Аронов ИЗ. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа.— Л.: Недра, 1978. — 279.с.

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Поступила 17.01.01 г.

Г.М.

Север

инсгт

И:

цент]

МОЙ)

О]

личе(

рифу

Для*

феля

симо

ния.

фекг

Д

СПОС(

ста о опер мене ма. Г уста! води жите И телы

ЛЯЮ1

могс

с

ра е ля —

СТИГ;

масс цу В]