CC BY
25
ВЫЯВЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ВЕНТИЛЯТОРНОЙ ГРАДИРНЕ С КАПЕЛЬНЫМ ОРОШЕНИЕМ
Меренцов Николай Анатольевич
аспирант, кафедра «ПАХП», ВолгГТУ, г. Волгоград
E-mail: steeple@mail. ru
Голованчиков Александр Борисович
научный руководитель, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой
«ПАХП», ВолгГТУ, г. Волгоград
Балашов Вячеслав Александрович
научный руководитель, канд. техн. наук, доцент, кафедра
«ПАХП» ВолгГТУ, г. Волгоград
DETERMINATION OF THE INTENSITY HEAT- AND MASS TRANSFER PROCESSER IN VENTILATORY COOLING TOWER WITH DRIP IRRIGATION
Nicholas Merentsov
postgraduate student of Volgograd State Technical University,
Volgograd E-mail: steeple@mail.ru
Alexander Golovanchikov
doctor. Technical. , Professor of Volgograd State Technical
University, Volgograd
Vyacheslav Balashov
candidate. Technical. , Associate Professor of Volgograd State
Technical University, Volgograd
АННОТАЦИЯ
Предложена физическая и математическая модели вентиляторной
градирни с капельным орошением и проволочной насадкой, выполненной из металлической проволоки или полимерных волокон. Разработан алгоритм расчета на ЭВМ коэффициентов тепло- и массопередачи, которые необходимы для проектирования промышленных вентиляторных градирен.
ABSTRACT
The physical and mathematical model of the ventilator cooling tower of drip irrigation and wire nozzle made of metal wire or polymer fibers is proposed. Calculation algorithm is developed on the computer coefficients of heat- and mass transfer, which are necessary for the design of industrial ventilation cooling towers.
Ключевые слова: вентиляторные градирни; капельное
орошение; проволочная насадка; коэффициенты тепло- и массопередачи.
Keywords: ventilation cooling tower; drip irrigation; wire nozzle; coefficients of heat— and mass transfer.
Широкое применение градирен обусловлено необходимостью охлаждения огромного количества оборотной воды, применяемой в основных технологических процесса химической, нефтегазовой, машиностроительной, энергетической, металлургической, атомной и других отраслях промышленности [1, 2].
В последние время все большое распространение получают вентиляторные градирни с капельным орошением и проволочной насадкой, имеющие значительные преимущества по сравнению с традиционными градирнями с пленочным орошением и листовыми или хордовыми насадками за счет интенсификации гидромеханических, тепло- и массообменных процессов [1].
Они объясняются значительно большой поверхностью капель по сравнению с пленкой жидкости, скоростью ее падения и обдувания потоком воздуха, турбулизацией жидкого и воздушного потоков, движущихся навстречу друг другу, переходам лимитирующих процессов тепло- и массоотдачи от жидкого ядра пленки к границе раздела фаз к процессам, лимитирующим тепло- и массоотдачу от границы раздела фаз к ядру потока воздуха.
Целью исследований является разработка методики определения коэффициентов тепло- и массопередачи, а также средней скорости капель по экспериментальным данным лабораторных исследований необходимых для расчета и проектирования вентиляторной градирни с капельным орошением и новой проволочной насадкой.
В лабораторном аппарате, моделирующем проектируемую
промышленную градирню, при проведении экспериментов необходимо установить удельные расходы воды и воздуха, температуру воды и воздуха на входе, соответствующие работе промышленной градирни, и экспериментально определить объем капель воды в лабораторной аппарате, а также температуры воды и воздуха на выходе из него (рисунок 1). В этом случае результаты расчетов коэффициентов тепло- и массопередачи, полученные экспериментально в лабораторных условиях можно использовать при расчетах и проектировании промышленной градирни, так как все определяющие критерии подобия (число Рейнольдса, Прандтля, Шмидта) будут одинаковыми в модели и натуре.
Рисунок 1. Схема лабораторной установки с проволочной насадкой (1 — корпус; 2, 3 — верхний и нижний перфорированный диск;
4 — болты; 5 — опора под нижний диск; 6 — проволочная насадка;
7 — гайка)
Расшифровка используемых в формулах блок-схемы (рисунок 2) обозначений и их размерности указаны в таблице 1. В таблице 2 приводятся полученные расчетным путем параметры процесса, зависящие от влаго- и теплосодержания в потоке воздуха (рисунок 3).
| газ
іі* С*г»£Л-р..’.
1‘п- Г'іь А. ><■ І рч
и <«.•!>/
Йї
(Г. -
4-)
[ИЁЕ
,-у
/р.
Г-
д,033-р^
і --■А-'л'.-ЛІ. '■
о
*.т
~0+ЄД ~^У„: -с^_)
] Г=С,^: -*..■
-СЛ -^<$+е.О
Т
[£52Ь-*Ш
\
-О
1
*—іГч-
Г - і2-г 3:
Т
©
г
Ї--
[б/г-о-Сг, ґ.г..;
Є, = С^-ІГ:
і
т _ :.ї:2-
±
4і'
<Г. + Ії-0
™.-і * .-і -X
-Ж.
Лі - .: - г /ЧЕЯ
& -"7
1=
■>. Ч. нц./V,
^Н -Гм Л,.-Г„ Г„ .1,
№г( С г ч, ., /Ч1 р, ії .
Ь, J^ К, 4F.IL £^.ЙГг. А.1,
і
Конец
Рисунок 2. Блок-схема для расчета коэффициентов тепло-и массопередачи по результатам экспериментальных исследований в лабораторном аппарате
ll
Таблица 1.
Исходные, справочные данные и расчетные параметры
коэффициентов тепло- и массопередачи по экспериментальным данным лабораторного аппарата с капельным орошением _________________и проволочной насадкой_________________
№ Наименов ание Размерность Обозначение Величина
1 2 3 4 6
Исходные справочные данные
1 Диаметр капель (2^5 мм) м ^н 310-3
2 Удельный расход воды на входе [1] кг/м2с ОЮн 2,4
3 Удельный расход воздуха кг/м2с Ое 3,5
4 Т емпература воды на входе °С ^юн 50
5 Температура воздуха на входе °С ^ен 20
6 Высота насадки в аппарате м На 0,5
7 Диаметр аппарата м 0,1
8 Относительная влажность воздуха на входе - фн 0,85
9 Давление насыщенных паров воздуха на входе ат pH 0,0238
10 Т еплоемкость сухого воздуха кДж/кг-К Се 1,01
11 Плотность воздуха кг/м3 Ре 1,2
12 Т еплоемкость воды кДж/кг-К с„ 4,19
13 Плотность воды кг/м3 Рю 994
14 Удельная теплота парообразования при 0 °С кДж/кг Гп 2493
15 Т еплоемкость пара кДж/кг-К сп 1,97
16 Коэффициенты степенного уравнения в зависимости давления насыщенных паров от температуры (определены МНК для табличной зависимости Р*=Р'*(1,) ат к п 3,5-Ш'5 2,086
Параметры, получаемые экспериментально
1 Удерживающая способность по воде (объем капель в аппарате) 3 м Уую 1,95-Ш'5
2 Т емпература воды на выходе °С ^юк 48,1
3 Т емпература воздуха на выходе °С ^ек 21,5
4 Давление насыщенных паров воды в воздухе, соответствующих ат * Рк 0,026
Расчетные параметры
1 Площадь сечения лабораторного аппарата м2 7,85-10-4
2 Массовый расход воздуха кг/с Яв 2,75-10'2
3 Массовый расход воды на входе в аппарат кг/с $м>н 1,88-Ш'2
4 Среднее время пребывания капель в лабораторном аппарате с Тк 1,029
5 Средняя скорость капель м/с ик 0,486
6 Число капель удельное шт/м2-с 170985
7 Удельная площадь потока капель 2/ 2 м /м •с Рк 4,83
8 Поверхность капель в лабораторном аппарате 2 м 3,9-10-2
9 Фиктивная скорость воздуха м/с ив 2,92
10 Начальное влагосодержание воздуха кг/кг Хн 0,0124
11 Начальное теплосодержание воздуха кДж/кг 1-н 51,66
12 Конечное влагосодержание воздуха кг/кг Хк 1,409-10' 2
13 Удельный расход испаряемой при массопередачи воды кг/м2-с ж 5,84-10'3
14 Удельный расход воды на входе кг/м2-с &м>к 2,394
15 Конечное теплосодержание воздуха кДж/кг 1к 57,44
16 Конечная относительная влажность воздуха - фк 0,88
17 Коэффициенты рабочей линии 1=1(х) в виде 1=а+Ьх кДж/кг а Ь 8,607 3465,5
18 Средняя движущая сила процесса теплопередачи °С Аь 28,3
19 Коэффициент теплопередачи Вт/м2-К К 147,07
20 Число единиц переноса по влагосодержанию воздуха - ЧЕПх 2,75
21 Средняя удельная поверхность потока капель м2/м2-с Ркс 4,826
22 Средняя движущая сила по влагосодержанию воздуха кг/кг Ахс 6,063-10' 2
23 Коэффициент массопередачи кг/м2-с- ■(кг/кг) Кт 0,0194
Таблица 2.
Зависимость основных расчетных параметров капель воды и воздуха вдоль рабочей линии от влагосодержания воздуха ____________,_________ (рис. 3) _____________________________
№ Наименование Размерность Обозначение Величина
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Влагосодержание воздуха кг/кг ХІ • 102 1,24 1,26 1,28 1,29 СП 1,33 1,34 1,36 1,38 1,39
2 Энтальпия воздуха кДж/кг ІІ 51,66 52,24 52,82 53,40 53,98 5 10 5 55,13 55,71 56,29 56,87
3 Т емпература воздуха °С tвi О 5 ■О 2 20,63 20,45 6, ■О 2 5 ■о 2 20,9 21,05 2, 21 21,35
4 Давление насыщенных паров для температуры воздуха ат-102 РІ 2,34 7 СП 2, 2,40 2 2, 5 2, 7 2, 2,50 3 2, 2,55 8 2,
5 Относительная влажность - 9і 0,85 0,852 0,853 0,855 0,857 8 5 00 0, 0,860 0,862 0,863 0,865
6 Влагосодержание воздуха у поверхности капель воды кг/кг хші • 102 7,64 7,71 7,78 7,85 7,93 00 7 О, 8, 8,15 8,22 8,29
7 Т емпература капель воды °С ^І 48,1 48,29 48,48 48,67 48,86 49,05 49,24 49,43 49,64 49,81
8 Удельный расход капель воды кг/м2-с Оші 4 9 СП 2, 5 9 СП 2, 5 9 СП 2, 2,396 7 9 СП 2, 2,397 2,398 8 9 СП 2, 9 9 СП 2, 9 9 СП 2,
9 Давление насыщенных паров при температуре капель воды ^ ат-102 рші 2, 11,79 11,48 11,58 11,67 11,77 11,86 11,96 12,56 12,15
Как видно из таблицы 1 и 2 коэффициенты тепло- и массопередачи в аппаратах с капельным орошением и проволочной насадкой превосходят эти же коэффициенты в градирнях с пленочным орошением на листовой или хордовой насадкой в 1,3—1,6 раза, что соответственно снижает габариты промышленных градирен [1, 2].
Поэтому разработанную методику и алгоритм расчета коэффициентов тепло- и массопередачи целесообразно использовать при проектировании и расчетах на ЭВМ вентиляторных градирен с капельным орошением, так как она не требует дополнительных
экспериментальных исследований по изменению относительной влажности воздуха или парциального давления водяных паров, температур воды и воздуха внутри аппарата и их изменение по высоте насадки.
Список литературы:
1. Меренцов Н.А. Автономные системы оборотного водоснабжения для малотоннажных химических производств / Н.А. Меренцов, А.Б. Голованчиков, B.A. Балашов // Известия Bолгогрaдского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. № 1(74) / BолгГTУ. — Bолгогрaд, 2011. — 120 с. (Сер. Реология, процессы и аппараты химической технологии. Bbm. 4). — С. 102-104.
2. Пономаренко B.C Градирни промышленных и энергетических предприятий: справочное пособие / B.C Пономаренко Ю.И. Арефьев; под ред. B.C Пономаренко. — М.: Энерготомиздат, 1998. — 376 с.
