Интенсификация процесса охлаждения вязкой среды в аппаратах воздушного охлаждения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИ

УДК 536.24: 66.045.1

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ВЯЗКОЙ СРЕДЫ В АППАРАТАХ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Ш.К АГЗАМОВ, Ш.Б. УЛУГОВ Ташкентский государственный технический университет, Узбекистан

Использование воздушно-водоиспарительного охлаждения весьма эффективно, причем при подаче воды при температуре мокрого термометра реализовывается адиабатический процесс полного испарения с соответствующим снижением температуры охлаждающего воздуха. В работе приведены результаты сравнительного анализа интенсивности теплопередачи при воздушном и воздушно-водоиспарительном охлаждении. Результаты представлены в виде графиков зависимости отношения коэффициентов теплопередачи от числа Рейнольдса масла.

Эффективность работы АВО в летнее время в южных регионах страны определяется системой терморегулирования воздуха за счёт водоиспарительного охлаждения. Снижение температуры летнего воздуха до оптимальных значений происходит вследствие испарения диспергированной в воздушный поток воды. Полное испарение воды обеспечивает охлаждение воздуха до температуры мокрого термометра и увеличивает общий теплосъём с 1 м2 поверхности теплообмена. Полнота испарения влаги зависит, в значительной мере, от степени диспергирования воды, т.е. определяется размером - радиусом капель, их количеством и общей поверхностью [1, 2]. Увлажнение воздуха обычно используется в течение такого периода года, когда температура окружающего воздуха превышает расчетную температуру. При применении увлажнения температура окружающего воздуха снижается на несколько градусов и может достичь температуры t„ мокрого термометра.

При увлажнении воздуха, т.е. распыливании воды в потоке воздуха при определенных условиях, когда температура воздуха, а также температура воды, ее количество и степень дисперсности распыла соответствуют предъявляемым требованиям, процесс изменения состояния воздуха идет по линии I = const, но с понижением температуры и увеличением относительной влажности [3, 4].

Авторами исследована эффективность воздушного и воздушноводоиспарительного охлаждения турбинного масла на универсальном экспериментальном стенде, моделирующем работу АВО. Схема экспериментального стенда показана на рис. 1.

В опытах измеряли температуру воздуха и турбинного масла до (м и 4 ) и после (t„ и 4 ) АВО, и скорость воздуха.

Для измерения скорости воздуха были использованы анемометры (анемометр крыльчатый У5 ГОСТ 6376-74 и анемометр чашечный У1,1 ГОСТ 6376-74). Крыльчатым анемометром У5 измерялась скорость воздуха в интервале

0 - 5 м/с, чашечным анемометром У1,1 - в интервале 0 - 20 м/с. Скорость воздуха в узком сечении варьировалась в интервале 0,1 - 8 м/с.

© Ш.К. Агзамов, Ш.Б. Улугов

Проблемы энергетики, 2004, № 5-6

Ртутными термометрами с ценой деления 0,1 °С измеряли температуру воздуха до калорифера в нескольких местах по сечению, и температуру масла до входа в калорифер моделировавшего АВО и после.

Эксперименты проведены в следующем интервале изменения режимных параметров:

- число Рейнольдса горячего теплоносителя Ием = 10 - 900;

- число Рейнольдса воздушного потока Иев = 400 - 30000;

- температура нагрева охлаждающего воздуха в камере подготовки воздуха 4 = 30 °С - 80 °С;

- температура подогрева горячего теплоносителя в узле подготовки масла для подачи в рабочий участок *м’ = 40 °С - 160 °С;

- расход воды на форсунки за счёт системы подготовки и подачи вв = 0,002-0,005 кг.

Для обеспечения воздушно-водоиспарительного охлаждения авторами исследованы центробежные и центробежно-струйные микрофорсунки,

обеспечивающие при давлении 0,10 -2,0 МПа высокую дисперсность распыла воды с размерами капель 10-40 мк и малой дальнобойностью факела распыла. Проведённые исследования показали, что суммарная поверхность капель диспергированной воды, вступающих в контакт с воздухом, пропорциональна её расходу, разность между начальным (^о) и конечным (^к) влагосодержанием воздуха (</о - dк) г/кг сухого воздуха определяется количеством испаренной воды, которая также пропорциональна суммарной поверхности капель.

1 - испарительная камера; 2 - центробежный вентилятор; 3 - теплообменник;

4 - камера подготовки воздуха; 5 - пневмометрическая трубка; 6 - психрометр; 7 - узел подготовки масла; 8 -шестеренчатый насос; 9 - нормальная диафрагма; 10 - манометр;

11 - микрофорсунка; 12 - насос;13 - накопитель неиспаренной воды; 14 - шибер

Построенная аэродинамическая система может испарить порядка 20 - 30 л/час. Форсунка, спроектированная на такой расход, получается весьма малых размеров с малым диаметром сопла, т.к. известно, что в первом

приближении уменьшение диаметра сопла улучшает дисперсность распыла жидкости.

Эксперименты проводились как при подаче “сухого” воздуха, так и при распыливании воды форсунками в подаваемый вентилятором воздушный поток. Учитывая, что в летнее время температура окружающего воздуха составляет 40 °С и более, для повышения эффективности охлаждения воду в поток воздуха необходимо подавать с помощью форсунок в мелкодисперсном виде.

Поскольку одной из целей эксперимента являлось сравнение эффективности теплообмена при “сухом” воздушном и воздушноводоиспарительном охлаждении, то экспериментальные данные представлены в виде:

К/К0 = / (Ием),

где К - коэффициент теплопередачи при воздушно - водоиспарительном охлаждении, Вт/м2К; К - коэффициент теплопередачи при “сухом” воздушном охлаждении Вт/м2К; Ием - коэффициент Рейнольдса масла.

Коэффициенты теплопередачи рассчитывались по формуле

К = ■ 2

где 2 - количество тепла отдаваемое оребренной поверхностью калорифера при “сухом” воздушном и воздушно - водоиспарительном охлаждении, Вт; ¥ -

поверхность теплообмена, м2; ДТлог =(м—(м ^в ) - среднелогарифмический

1п

і — і

*М *в

»» »

і — і

V м *■ в

температурный напор, °С.

На рис. 2 представлены экспериментальные зависимости отношения коэффициентов теплопередачи АВО при охлаждении турбинного масла при сухом и воздушно - водоиспарительном охлаждении. При обработке опытных данных рассчитывалась степень орошения[5]

°ф /

р =---- кг/кг,

св

где Сф - массовый расход воды подаваемой на форсунку, кг; Св - массовый расход воздуха, кг/сек.

Критерий Рейнольдса масла определялся по формуле

4 • С

«ем =-------м-----,

"• ав •Цм • N

где См - расход масла, кг; йв - внутренний диаметр трубок калорифера, м;

- динамическая вязкость масла, Па^с; N - число трубок в одном ходе калорифера.

Рис. 2. Зависимость интенсивности теплопередачи турбинного масла от критерия Рейнольдса при воздушно-водоиспарительном охлаждении: а, б - при температуре масла на входе в рабочий участок £м = 40 °С; в, г - при температуре масла на входе в рабочий участок £м = 60 °С;

1, 2, 3 - при скорости воздуха в узком сечении ^уз= 6 м/с;

4, 5, 6 - при скорости воздуха в узком сечении ^уз= 3 м/с;

7, 8, 9 - при скорости воздуха в узком сечении №гуз= 0,15 м/с;

_при степени орошения р! = 0,017 кг/кг;

-±— при степени орошения р 2 = 0,028 кг/кг;

—при степени орошения р 3 = 0,036 кг/кг

Полученные опытные данные показывают увеличение интенсивности теплообмена при воздушно-водоиспарительном охлаждении при различных степенях отношения р. При наименьшей степени орошения р интенсивность охлаждения выше, например, при р1 = 0,017 кг/кг К/К = 1,4, при р2 = 0,028 кг/кг К/К0 = 1,25, при р3 = 0,036 кг/кг К/К = 1,15.

Анализ полученных данных показывает, что интенсивность теплопередачи при охлаждении турбинного масла при воздушно-водоиспарительном охлаждении, по сравнению с “сухим” воздушным охлаждением, выше. Особенностью является то, что при увеличении степени орошения снижается величина отношения К’/К. Очевидно это объясняется тем, что в результате неполного испарения диспергированой влаги поверхность охлаждения труб калорифера покрывается капельной влагой и, тем самым, увеличивается общее термическое сопротивление теплопередаче.

Выводы

Уменьшение интенсивности теплопередачи при увеличении степени орошения объясняется тем, что с увеличением степени орошения образуется водная пленка на поверхности труб калорифера, увеличивающая общее термическое сопротивление теплопередачи, но при этом, при меньших скоростях воздушного потока, обеспечивается более полное испарение диспергированной воды и, тем самым, реализуется адиабатическое охлаждение и увлажнение воздуха.

Summary

The usage of air and water-evaporation cooling process is highly effective. Under the circumstances of presenting water, which is equal to the temperature of wet thermometer, happens adiabatic process of full evaporation with reduction of cooling air’s temperature. Comparative analysistic results of heat transfer intensities under the conditions of air and water-evaporation cooling process are presented in this work. The results are submitted as the diagrams of dependence offactor of a heat transfer from Reynolds’s criterion for oil.

Литература

1. Кунтыш В.Б., Кузнецов Н.М. Тепловой и аэродинамические расчеты

оребренных теплообменников воздушного охлаждения. - С.-Пб.:

Энергоатомиздат, 1992. - 280 с.

2. Бессонный А.Н., Дрейцер Г.А. и др. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: Справочник / Под общ. ред. В.Б. Кунтыша, А.Н. Бессонного. - С.-Пб.: Недра, 1996. - 512 с.

3. Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. - М.: Высшая школа, 1971. - 216 с.

4. Шмеркович В.М. Применение аппаратов воздушного охлаждения при проектировании нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1971. - 111 с.

5. Кремнев О.А., Сатановский А.Л. Воздушно-водоиспарительное охлаждение оборудования. - М.: Машиностроение, 1967. - 240 с.

Поступила 18.12.2003