Лебедь Наталія Леонідівна. Тепломасообмін в перехресноточних контактних апаратах із сітчастими насадками

brief description

Лебедь Наталія Леонідівна. Тепломасообмін в перехресноточних контактних апаратах із сітчастими насадками : Дис... канд. наук: 05.14.06 2006

Лебедь Н.Л. Тепломасообмін в перехресноточних контактних апаратах із сітчастими насадками. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. Національний технічний університет України КПІ”, Міністерство освіти та науки України, Київ, 2006.
Дисертація присвячена дослідженням, метою яких є підвищення ефективності роботи тепломасообмінного апарату контактного типу шляхом розробки, дослідження і впровадження нових типів насадок у вигляді пакета плоских пластин із сітчастим покриттям, що утворюють систему щілинних каналів.
У роботі виконані експериментальні дослідження процесів тепло- і масообміну при випарі плівки рідини у щілинному каналі зі сітчастим покриттям стінок у випадках природної конвекції і примусової перехресної течії теплоносіїв при варіюванні розміру вічка сітчастого покриття, вхідних параметрів теплоносіїв і геометричних характеристик каналу.
Отримані узагальнюючі залежності, що враховують вплив на інтенсивність тепло- і масообміну наведених факторів при оптимальній геометрії сітчастого покриття (розмір вічка 6,310-4м і діаметр дроту 3,010-4м) і можуть використовуватися для розрахунку коефіцієнтів тепло- та масообміну при природній конвекції в діапазоні зміни Reпл= 2590 та GrPr = 6,51044108, а також у випадку примусової перехресної течії теплоносіїв при Reг= 12503300 і Reпл= 25100.
Розроблені конструкція високоефективного контактного апарату з насадкою у вигляді пакету пластин із сітчастим покриттям та методики розрахунку параметрів теплоносіїв у ньому.

У дисертаційній роботі отримане нове рішення наукової проблеми, пов'язаної з підвищенням ефективності роботи тепломасообмінних апаратів контактного типу шляхом розробки, дослідження і впровадження нових видів насадок. Досліджена в роботі насадка являє собою пакет плоских пластин із сітчастим покриттям стінок, які утворюють систему щілинних каналів. При аналізі процесів тепломасообміну в щілинних каналах із сітчастим покриттям стінок використовувалися методи експериментального дослідження локальних і середніх коефіцієнтів тепло- і масовіддачі, а також методи математичного моделювання на основі фізичної моделі процесу.
Основні результати і висновки проведеної роботи полягають у наступному.

Дослідження впливу на процеси тепло- і масообміну характеристик сітчастого покриття стінок щілинного каналу в умовах змушеної перехресної течії теплоносіїв показали, що при варіюванні розміру вічка сітки в межах S = (3,557,0)10-4м (ГОСТ 3826-82) при швидкостях газу Vг= (2,05,2) м/с і постійній щільності зрошення максимальні коефіцієнті тепловіддачі мали місце при. Це значення було прийняте за оптимальне і сітки з таким розміром вічка та діаметром дроту 3,010-4м використовувалися у всіх експериментах, в тому числі при природній конвекції.
Застосування оптимального сітчастого покриття поверхні пластинчатої насадки дозволяє:

збільшити інтенсивність процесів тепло- і масообміну у випадку природної конвекції:

на 10 %, у порівнянні з випадком, коли інтенсифікатори мають вигляд виступів з теплоізоляційного матеріалу;
на 30 %, у порівнянні з випадком, коли інтенсифікатори мають вигляд металевих виступів;

збільшити інтенсивність процесів тепло- і масообміну при примусовій перехресній течії теплоносіїв у 1,5 рази, в порівнянні з гофрованою насадкою, що має регулярну шорсткість;
збільшити діапазон роботи насадки по швидкості газу при примусовій перехресній течії теплоносіїв на 1520 % у порівнянні з випадком, коли поверхня пластинчатої насадки не має сітчастого покриття.

Дослідження закономірностей зміни інтенсивності процесів тепло- і масообміну при випарі рідини в щілинному каналі із сітчастим покриттям стінок показали наступне:
збільшення швидкості газового потоку з 2 м/с до 5,2 м/с приводить до збільшення інтенсивності процесів тепло- і масообміну на 78 %;
при збільшенні щільності зрошення в щілинному каналі з 410-3кг/(мс) до 10-2кг/(мс) інтенсивність процесів тепло- і масообміну зростає на 54 % у випадку примусової перехресної течії теплоносіїв і на 100 % у випадку природної конвекції (при надлишковій температурі рідини на вході більше 400С)
при збільшенні ширини щілинного каналу з 0,005 м до 0,05 м інтенсивність процесів тепло- і масообміну зростає у випадку природної конвекції в 2,5 рази, а у випадку примусової перехресної течії теплоносіїв на 70 %, подальше збільшення ширини щілинного каналу не приводить до інтенсифікації процесів тепломасообміну.

На підставі експериментальних даних вперше отримані емпіричні залежності для визначення середніх і локальних значень коефіцієнтів тепло- і масообміну в щілинному каналі із сітчастим покриттям стінок у випадку природної конвекції. Отримані залежності враховують вплив на процеси тепло- і масообміну при випарі плівки рідини в щілинному каналі із сітчастим покриттям стінок режимних параметрів теплоносіїв, геометричних характеристик щілинного каналу і теплоти фазового переходу. Емпіричні залежності справедливі в діапазоні зміни плівкового числа Рейнольдса Reпл= 2590 та числа Релея GrPr = 6,51044108. Похибка узагальнення експериментальних даних склала не більш 9,5 %.
На підставі експериментальних даних вперше отримані емпіричні залежності для визначення середніх значень коефіцієнтів тепло- і масообміну в щілинному каналі із сітчастим покриттям стінок у випадку примусової перехресної течії теплоносіїв. Отримані залежності враховують вплив на процеси тепло- і масообміну при випарі плівки рідини в щілинному каналі із сітчастим покриттям стінок режимних параметрів теплоносіїв, геометричних характеристик щілинного каналу і теплоти фазового переходу. Емпіричні залежності справедливі в діапазоні зміни числа Рейнольдса по газу Reг= 1250 3300 і плівкового числа Рейнольдса Reпл=25 100. Похибка узагальнення експериментальних даних склала не більш 9,5 %.
Розроблено методики розрахунку тепломасообмінного апарату контактного типу з насадкою у виді пакета плоских пластин із сітчастим покриттям, що утворюють систему щілинних каналів. Методики розрахунку ґрунтуються на математичних моделях, що описують процес випару плівки рідини в щілинному каналі з використанням емпіричних залежностей.
Проведене порівняння розрахункових значень температури газового потоку, отриманих у результаті розрахунку за запропонованими методиками з експериментальними даними показало їхнє достатнє узгодження (відхилення складає 9 %).
Результати аналітичних і експериментальних досліджень використані при розробці фільтрів-сепараторів газу, що експлуатуються на компресорних станціях СПСГ ГРС УМГ Київтрансгаз”. Застосування таких апаратів у паливній системі ГТУ ГПА дозволяє одержати гомогенне паливо шляхом видалення твердих часток, фракціонування і випари газового конденсату і води, що знаходяться в природному газі у виді крапель, з наступною сепарацією важких вуглеводних фракцій і механічних домішок. Видалення з паливного газу газового конденсату і води в дисперсній фазі приводить до вирівнювання температурного поля на виході з камери згоряння, зниженню температури газів на виході, зменшенню утворення нагару на пальниках, зниженню корозійного процесу і подовженню терміну служби лопаткового апарата.