Карнаух Вікторія Вікторівна. Інтенсифікація тепломасообмінних процесів у вентиляторних градирнях плівкового типу

brief description

Карнаух Вікторія Вікторівна. Інтенсифікація тепломасообмінних процесів у вентиляторних градирнях плівкового типу : дис... канд. техн. наук: 05.14.06 / Одеський національний політехнічний ун-т. - О., 2006

Карнаух В. В. Інтенсифікация тепломасообмінних процесів у вентиляторних градирнях плівкового типу. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2006.
У дисертації обґрунтовано перспективність використання у градирнях продуктивністю до 100 м3/год впорядкованої багатоканальної насадки плівкового типу з роздільним рухом повітряного потоку і водяної плівки, виконано моделювання процесів тепломасообміну за випарного охолоджування води в градирні з урахуванням уточнених уявлень про фазові термічні опори. Обґрунтовано доцільність розрахунку градирень тільки з урахуваннямRS, якщо 0,8<l<1,2. Встановлено на підставі розробленого нами методу визначення стану повітряного потоку умови небажаного повного насичення його вологою до виходу з насадки апарата для подальшої оптимізації висоти її і питомої витрати повітря. Рекомендовано для плівкової градирні: тип РН «подвійний косий риф», матеріал РН полівінілхлорид; визначені оптимальні геометричні параметри РН. Експериментально встановлено випереджаюче зростання інтенсивності процесу тепломасообміну в порівнянні зі зростанням енерговитрат на його організацію. Розроблено типорозмірні ряди проти- і поперечноточних плівкових вентиляторних градирень у діапазоні продуктивності з охолоджувальної водиGр= 25100 м3/год, що забезпечує за умови їх багатосекційної збірки економію як енергії на привід, так і води на компенсацію втрат з випаровуванням і краплинним віднесенням.

У дисертаційній роботі запропоновано нові рішення щодо підвищення ефективності роботи плівкових градирень, які полягають у встановленні впорядкованої багатоканальної насадки нового типу, що забезпечує розвинену поверхню тепломасопереносу за мінімального аеродинамічного опору, впровадженні багатосекційної збірки градирень удосконаленого типу.
У результаті виконання роботи отримані наступні результати.

Виконано порівняльний аналіз сучасних методів розрахунку тепломасообмінних процесів у системі вода-повітря і показано перевагу методу ентальпійного потенціалу; розвинено теоретичні основи аналізу фазових термічних опорів повітряного і водяного потоків, що ґрунтуються на уявленнях про аддитивність фазових термічних опорів.
Показано значущість термічного опору рідинної плівки, що визначає можливість інтенсифікації процесу тепломасообміну дією на газову і рідинну фази, використовуючи поверхні з регулярною шорсткістю.
Запропоновано розрахунковий метод визначення стану повітряного потоку за висотою (у протиточних ТМА) і за об'ємом (у поперечноточних ТМА) насадки градирні, який дозволяє встановити можливість небажаного повного насичення вологою газового потоку до виходу з насадки апарату, для вживання заходів щодо запобігання різкого зниження ефективності процесу.
Виконано моделювання процесів тепломасообміну під час випарного охолоджування води в градирні з урахуванням уточнених уявлень про фазові термічні опори, величини поверхні тепло- і масообміну і відхилення значення співвідношення Л’юіса від одиниці (порушується аналогія процесів перенесення теплоти і маси).
Установлено: для всіх схем контакту потоків характерними є плівково-струминний ламинарно-хвильовий або перехідний режими току рідини при турбулентному газовому потоці. Для протитоку має місце значна гідродинамічна взаємодія фаз ; за поперечного току.
Установлено для поверхонь з РШ випереджаюче зростання інтенсивності процесів тепломасообміну в порівнянні зі зростанням енерговитрат на організацію процесу. Для протитокуза; рекомендованозаdе=0,015...0,03м. У градирнях великої продуктивності (понад 100 м3/год) необхідно збільшити еквівалентний діаметр доdе=0,030,05 м. Для поперечного токузаk = idem; рекомендованоlopt=0,03...0,04 заdе=0,020...0,03 м. Для протиточних апаратів малої продуктивності можна рекомендуватиНРН=0,300...0,500 м, для апаратів більшої продуктивності (Gр=100м3/год) доцільно збільшити сумарну висоту зрошувача до 1,0 м (компонувати зрошувач ярусами, з висотою кожного 0,32...0,5 м.).
Доведено: в інженерних розрахунках для оптимального діапазону навантажень по газу і рідині (0,8<l<1,2) можна нехтувати впливом термічного опору рідинної плівки і вести розрахунок градирень, ґрунтуючись лише на значенні сумарного термічного опору (RS); за інших значеньlслід переходити до аналізу і розрахунку тепломасообмінних процесів з урахуванням фазових термічних опорів; в умовах протитоку інтенсифікація процесів забезпечується за рахунок зниженняRрпри поперечному тоці регулярна шорсткість інтенсифікує процеси в обох фазах.
Для градирні з багатоканальною насадкою з РШ на поверхні рекомендовано: тип РН «подвійний косий риф» і матеріал РН полівінілхлорид.
В області значень ступеня охолодження рідиниЕр0,5очевидні переваги поперечноточної схеми; за великих значеннь питомої ефективності (Е*) схеми виявляються рівноцінними і забезпечують однакову величинуЕр,max@ 0,73. Збільшенняdедо оптимальних значень забезпечує подальше поліпшення характеристик поперечноточного модуля і досягненняЕр,max@ 0,8.
Обґрунтовано доцільність застосування поперечноточних апаратів. Поперечноточна схема має ряд переваг у порівнянні з протитоком: значне розширення діапазону робочих навантажень; зниження енерговитрат за більш високого ступеня досягнутого охолоджування рідини; зниження висоти ТМА; можливість установлення вентилятора поза потоком вологого повітря і його реверсування за необхідності. Протитік забезпечує більшу щільність теплового потоку (qг=370кВт/м3проти 250 кВт/м3для поперечного току). Вибір схеми обумовлений особливостями експлуатації, вимогами компактності і допустимим рівнем енерговитрат.
Розроблено типорозмірні ряди проти- і поперечноточних плівкових вентиляторних градирень у діапазоні продуктивності з охолоджувальної водиGр= 25100 м3/год, що забезпечує в умовах цілорічної експлуатації і континентального клімату за умови їх багатосекційної збірки економію як енергії на привід (до 30%), так і води на компенсацію втрат з випаровуванням і краплинним віднесенням (близько 20%).

Умовні позначення
Q- теплове навантаження, кВт;q- щільність зрошування, м3/(м2год);G- об'ємна витрата, м3/с;W-швидкість, м/с;x- коефіцієнт гідравлічного опору;F-площа, м2;dе- еквівалентний діаметр, м; Р, Е - крок і висота основного гофрування, м; р, е - крок і висота регулярної шорсткості, м;k- коефіцієнт шорсткості;l- відносна витрата повітря;ср-теплоємність за постійного тиску, кДж/(кгК);ro- питома теплота пароутворення, кДж/кг;t- температура газу,оС;рп- парціальний тиск насиченої пари, Па;hг- ентальпія газу, кДж/кг;г- коефіцієнт тепловіддачі від ядра рідини до ядра повітря, Вт/м2К;г0-коефіцієнт тепловіддачі від поверхні рідини до повітря, Вт/м2К;х(р,h)- коефіцієнт масовіддачі, віднесений до різниці вологовмісту (тиску, ентальпії), кг/м2с;Кh- загальний коефіцієнт тепломасопереносу, кг/м2с;RS сумарний термічний опір, м2с/кг;N- число одиниць перенесення;А- відносний ефект інтенсифікації;А*-відносна ефективність процесу; РН - регулярна насадка: РНІ «прямий подвійний риф», РНІІа «косий подвійнийй риф» (Al), РН ІІІ- «прямий косий риф», РН ІV- «косий подвійний риф» (ПВХ); РШ - регулярна шорсткість.
Індекси: г- газ; р- рідина; - параметр за температури рідини на поверхні розділу фаз tр''; *- параметр за температури ядра рідини tр.