Исследование процесса охлаждения воды в безнасадочной градирне установок разновысотного расположения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат наук Спритнюк, Сергей Владимирович

  • Спритнюк, Сергей Владимирович
  • кандидат науккандидат наук
  • 2015, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.04.03
  • Количество страниц 99
Спритнюк, Сергей Владимирович. Исследование процесса охлаждения воды в безнасадочной градирне установок разновысотного расположения: дис. кандидат наук: 05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения. Москва. 2015. 99 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Спритнюк, Сергей Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список вводимых сокращений

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор научной литературы по исследуемой тематике

1.1 Устройства для предварительного охлаждения воды в

воздухоразделигельных установках

1.2 Отвод тепла конденсации в энергетических установках с помощью

градирен

1.3 Альтернативные способы охлаждения оборотной воды

1.4 Вакуумно-испарительное охлаждение воды

1.5 Выводы по главе 1

Глава 2. Аналитическое описание процесса охлаждения воды в

безнасадочной вакуумной градирне

2.1 Описание модели взаимодействия потоков воды и

воздуха в проточной зоне безнасадочной градирни

2.2 Методы решения системы уравнений. Блок-схема расчета

предельной температуры охлажденной воды

по средним параметрам

2.3 Расчет градирни с промежуточной подачей воздуха

в рабочую зону

2.4 Результаты теоретических расчетов модели

2.5 Выводы по главе 2

Стр.

Глава 3. Описание экспериментальной установки и методика проведения испытаний. Оценка

погрешности измерительных приборов

3.1 Описание экспериментальной установки

3.2 Методика проведение испытаний и обработки данных

3.3 Оценка погрешности измерительных приборов

3.4. Выводы по главе 3

Глава 4. Результаты экспериментальных расчетов и методика теплового

конструктивного расчета безнасадочной градирни

4.1 Результаты экспериментальных расчетов

4.2 Методика теплового конструктивного расчета

безнасадочной градирни

4.3 Пример расчета безнасадочной градирни

4.4. Выводы по главе 4

Выводы и основные результаты работы

Список используемой литературы

Приложение

Список вводимых сокращений

2

а — коэффициент теплоотдачи воды, Вт/м К; F— суммарная поверхность капель, м2; Tw - средняя температура капли, К;

Ту" - средняя температура насыщенного влагой воздуха у поверхности капли, К;

QTn - теплоприток из окружающей среды, Вт;

QTy - теплоусвояемость обечайки аппарата, Вт;

ав — коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности капель,

Вт/м К;

GB - массовый расход воздуха, кг/с; г - теплота испарения влаги, Дж/кг;

dl - влагосодержание воздуха на выходе из водоохладителя, кг/кг;

d" - влагосодержание воздуха на входе в водоохладитель, кг/кг;

Gw - массовый расход охлаждаемой воды, кг/с;

Cpw - теплоемкость воды, Дж/кгК;

Т" - температура воды на входе в водоохладитель, К;

Г* - температура воды на выходе из водоохладителя, К;

i* - энтальпия воздуха на выходе из водоохладителя, Дж/кг;

i'J - энтальпия воздуха на входе в водоохладитель, Дж/кг;

Срв - теплоемкость воздуха, Дж/кгК;

d" - среднее влагосодержание насыщенного влагой воздуха у поверхности капли, кг/кг;

dg - среднее влагосодержание воздуха, кг/кг;

коэффициент испарения; Лр - перепад давления на форсунке, Па; Nu - число Нуссельта; d - диаметр капли, м;

Лв - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м-К; Re - число Рейнольдса; Ргв - число Прандтля для воздуха; Ап, - коэффициент теплопроводности воды, Вт/м К; Ra - число Рэлея;

Рп - упругость насыщенных паров влаги, Па.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения», 05.04.03 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процесса охлаждения воды в безнасадочной градирне установок разновысотного расположения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Работа предприятий промышленного комплекса сопровождается выделением большого количества тепла от технологических процессов в эксплуатируемом оборудовании, которое необходимо отводить для поддержания рабочего режима и заданного темпа изготовления продукции. Подавляющее большинство предприятий для этих целей использует оборотную воду. [1]

В холодильной техиике на установках средней и большой производительности и в системах централизованного кондиционирования с помощью оборотной воды снимается тепловая нагрузка конденсатора.

В промышленности и энергетике охлажденной на градирнях оборотной водой осуществляется конденсация отработавшего пара и газообразных продуктов, охлаждение жидких продуктов, а также оборудования и механизмов в целях предохранения их от быстрого разрушения под влиянием высоких температур. [2] От эффективности работы градирен зависит производительность технологического оборудования, качество и себестоимость вырабатываемой продукции, удельных расход сырья, топлива и электроэнергии. [1, 3] На сегодняшний день отвод низкопотенциального тепла от промышленных аппаратов с помощью градирен - самый дешевый способ, позволяющий сэкономить не менее 95% свежей воды из сети. [4]

Охлаждение воды в градирнях происходит в основном за счет эффекта испарения части воды в воздух и механизма конвекции в системе «вода-воздух». Испарение 1% воды понижает ее температуру примерно на 6°С. [5] Существуют различные типы градирен: открытые, башенные, вентиляторные, эжекционные. В холодильных установках большей частью применяют вентиляторные градирни. Они обеспечивают более глубокое и устойчивое охлаждение воды и допускают большие удельные нагрузки,

позволяют вести регулирование в широком диапазоне расходов потоков, в минимальной степени зависят от места размещения. [6]

Тематика научных трудов по водоохлаждающим устройствам в основном связана с улучшением и разработке новых типов оросительных насадок, водоуловителей и общей конструкции градирен. Предельно малый объем информации имеется по безнасадочным водоохладителям, работающим в среде разреженного воздуха. Акцент данной работы направлен на изучение процессов, протекающих в безнасадочной вентиляторной градирне, способной работать в среде разреженного воздуха. В условиях низкого вакуума, который возникает при размещении градирни на высоте, поток воздуха встречает большое сопротивление, преодолевая ороситель с малым эквивалентным диаметром, что отрицательно влияет на эффективность процесса тепло и массопереноса. Безпасадочная градирня по капитальным, энергетическим и эксплуатационным затратам оказывается конкурентоспособной, а в отдельных случаях выгоднее аналога с оросительной насадкой. Это связано с дороговизной оросительной насадки, необходимостью преодолевать воздушному потоку сопротивление слоя насадки, что в свою очередь приводит к дополнительным затратам электроэнергии па привод вентилятора Как показывает анализ наиболее перспективных конструкций регулярных насадок, созданных в последние годы, каждое новое конструктивное решение дает незначительный выигрыш в эффективности охлаждения оборотной воды. [7] Недостаточная равномерность распределения воды по насадке приводит к обледенению в зимний период времени. [8] Кроме того, насадку необходимо периодически чистить от отложений, что увеличивает эксплуатационные расходы и снижает производительность оборудования из-за остановки градирни на время очистки. Водораспределительные системы с высоконапорными форсунками позволяют развить суммарную поверхность капель, необходимую для осуществления процессов тепломассообмена в градирни, соизмеримую с площадью оросителя. [9]

Охлаждающий эффект безнаеадочной градирни увеличивается до уровня охлаждения пленочной градирни за счет уменьшения размера капель, разбрызгиваемых форсунками и увеличения объема, занимаемого каплями. Это достигается повышением напора воды на форсунки. От площади капель зависит уровень подохлаждения воды, при этом оптимальный размер крупности капель должен находится в пределах от 0,5 до 1 мм в диаметре. Данное условие достигается за счет применения высоконапорных форсунок с малым выходным отверстием и малым расходом воды. [10]

Цель работы:

1. Повышение интенсивности процесса охлаждения оборотной воды в безнасадочных градирнях.

2. Создание эффективного водоохлаждающего устройства, способного работать в условиях разреженного воздуха.

Основные задачи работы:

1. Разработка расчетно-аналитического описания процесса тепломассообмена при охлаждении воды в градирне с учетом влияния разреженного воздуха.

2. Получение экспериментальных данных в условиях рабочих режимов на созданном стенде вакуумной безнаеадочной градирни.

3. Сопоставление экспериментальных данных с разработанной аналитической моделью.

4. Создание методики расчетного проектирования безнаеадочной градирни, учитывающей разрежение воздуха.

Научная новизна:

1. Разработано аналитическое описание процесса охлаждения капель воды встречным потоком воздуха с учетом развития внутреннего теплообмена в сферическом объеме капли и наличия разности температур на поверхности раздела и в ядре.

2. Рассмотрены режимы тепло- и массопереноса в устройствах водоохлаждения при наличии разреженного потока воздуха.

Практическая значимость

Разработана конструктивная схема безнасадочной градирни работающей в условиях разреженного воздуха с возможностью промежуточного ввода свежего потока воздуха в проточную зону. Предложена методика расчета безнасадочной градирни с учетом разреженности воздуха.

Личный вклад соискателя

Участие в постановке задачи моделирования процесса тепломассообмена в градирне с учетом пониженного давления воздуха. Численная реализация модели. Создание стенда вакуумной безнасадочной градирни. Сопоставление результатов расчетов с опытными данными, полученными на стенде.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур» 14-16 декабря 2011 г., (Москва, 2011); V научно-практической конференции с международным участием «Проблемы совершенствования холодильной техники и технологии», март 2012 г, МГУПП, (Москва, 2012); Всероссийской конференции «Зеленые технологии - путь решения проблем изменения климата и сохранения окружающей среды» 8-9 ноября 2012 г., Министерство энергетики РФ, (Москва, 2012); Международной конференции «Индустрия холода для продовольственной, энергетической и экологической безопасности» в рамках выставки «СЫ11уеп1а Яовзуа 2013», 5-8 февраля 2013 г, (Москва, 2013); Научно-практической конференции, посвященной Л.А. Костандова, ноябрь 2013 г., Университет Машиностроения, (Москва, 2013); Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур» 10-12 декабря 2013 г., (Москва, 2013).

Глава 1. Обзор научной литературы по исследуемой

тематике

Практически во всех отраслях промышленности широко применяются контактные теплообменные аппараты, в которых процессы нагревания или охлаждения газов и жидкостей осуществляется при их непосредственном контакте, а не через теплопередающие поверхности, как в известных трубчатых, змеевиковых, пластинчатых, спиральных и других конструкциях поверхностных теплообменников. К преимуществу контактных теплообменников по сравнению с поверхностными относятся снижение металлоемкости, коррозионно-эррозионного износа, капитальных и эксплуатационных затрат, повышение надежности работы оборудования из-за отсугствия различного рода отложений и накипи на теплопередающих поверхностях.

Рациональное использование энергоресурсов становится основной проблемой как для отдельных предприятий, так и для российской экономики в целом. Известно, что необходимость повышения эффективности оборотного водоснабжения особенно остро ощущается в теплый период года, поскольку, чем ниже температура охлажденной воды, тем больше выход и выше качество получаемого продукта. Решение данной проблемы возможно лишь при комплексном подходе и рассмотрении всех факторов в из взаимосвязи. [11]

1.1 Устройства для предварительного охлаждения воды в воздухоразделительных установках

Для воздухоразделительных установок воду охлаждают в специальных аппаратах, где она вступает в непосредственный контакт с сухим или частично насыщенным влагой азотом. Охлаждение происходит за счет насыщения азота воздуха влагой и подогрева его до температуры воды.

Температура охлажденной воды зависит от соотношения количества воды и азота. При ограниченном количестве воды может быть получена температура воздуха 7-10 °С при его первоначальной температуре до 40-50 °С [12, 13]. Для обеспечения хорошего контакта между азотом и водой применяют аппараты скрубберного типа, внутренний объем которых заполнен либо желобчатыми, либо дырчатыми (провальными) ректификационными тарелками. В зарубежной практике для этих целей применяется насадка из керамических колец Рашига, однако ее недостатком является низкая прочность и меньшая эффективность по сравнению с тарелками.

Процессы тепломассообмена в теплообменниках контактного типа сложны. Расчеты таких теплообменников осложнены совместным протеканием тепло- и массообмена, изменением во времени поверхности контакта потоков, существенное перемешивание, вертикальная конвекция, неравномерность характеристик потоков, нестационарность распределения частиц (капель, пузырей), пульсации потоков и многие другие. Поэтому математическое моделирование процессов тепло- и массопереноса в контактных теплообменниках может быть выполнено лишь при существенных упрощениях. В связи с отсутствием достаточно точных и полных методов расчёта разработчикам приходится использовать данные, полученные экспериментальным путем на лабораторной модели. [14]

Существуют два основных направления в разработке методов расчёта процессов в тепло- и массообменных аппаратах. Методы одного из них позволяют определить суммарное количество теплоты и массы, переданное от одной среды к другой в контактном аппарате, конечные или начальные параметры сред, а также их расходы.

Методы другого направления позволяют определить локальные показатели процесса и характеристики сред в аппарате: диаметр капель, их массу, скорость, температуру, давление и др. Эти методы основаны на решении интегро-дифференциональных уравнений баланса теплоты и массы

и использовании эмпирических формул для расчёта коэффициентов тепло- и массоперепоса. [15]

Для расчета коэффициентов тепло- и масоопередачи используются критериальиые выражения вида:

Наибольшие сложности при расчете коэффициентов тепло- и массопередачи по критериальным выражениям вида (1.1) и (1.2) обычно связаны с определением величины поверхности фазового контакта. В связи с этим, многие исследователи используют при выводе этих выражений не

истинные коэффициенты тепло- и массопередачи, а их произведения на

2 2

удельную поверхность взаимодействия фаз А (в м /м ), то есть Кт-А и/? -А.

Балансово-эмпирический подход к расчету контактных теплообменников получил развитие в работах Е. И. Андреева [16]. Разработанный им метод базируется на использовании двух основных зависимостей: критериального уравнения тепломассообмена. По мнению автора, такой подход к решению задачи охлаждения газов в аппаратах контактного типа позволяет избежать сложностей, связанных с определением величины поверхности фазового контакта, а также с возможностью изменения направления движения тепловых потоков при переходе от испарения к конденсации и наоборот.

В предложенном методе расчета движущая сила процесса носит условный характер, так как на границе двух поверхностных слоев, являющихся основой предложенной модели, не может быть достигнуто условие насыщения.

Метод расчета, предложенный Е. И. Андреевым, ограничен рамками существующих конструкций контактных теплообменников и определенным гидродинамическим режимом их работы, то есть этот метод носит, несмотря на все его расчетные сложности, «статический» характер и не позволяет оптимизировать конструкцию аппарата в зависимости от требований, предъявляемых к теплообменному процессу.

N11=/ (Яе; Рг), 8И=/(Яе; Бс).

(1.1) (1.2)

При локально-кинетическом методе расчета теплообменник разбивается на зоны, которые последовательно проходят контактирующие потоки. Поперечное сечение каждой зоны соответствует площади сечения аппарата на этом участке, а высота (длина) каждой зоны в осевом направлении выбирается таким образом, что в каждой зоне (объеме) условия протекания процессов тепло- и массообмена можно было считать постоянными.

Это положение позволяет для каждой зоны записать уравнения сохранения для газового потока, жидкости, тепла и влажности, включая необходимые характеристики тепло- и массообмена. Эти уравнения должны отражать конвективный теплообмен между зонами, а также обмен за счет турбулентной диффузии. Для каждой зоны обычно, по соответствующей программе на ЭВМ, вычисляются все параметры потоков газов и жидкости. Естественно, что с уменьшением высоты (длины) зоны, то есть с увеличением числа зон, точность расчета увеличивается.

В качестве примера локально-кинетический метод расчета может быть проиллюстрирован на модели процесса испарительного охлаждения газа в полом форсуночном скруббере [17]. Приведенные в работе расчетные данные по двум теоретическим моделям удовлетворительно согласуются с экспериментальными и подтверждают вывод о слабом влиянии взаимодействия капель даже при достаточно близком их расположении.

Расчеты систем азото-водяного охлаждения приводится в ряде работ [5, 18]. Скрубберы относятся к вспомогательному оборудованию, и их расчет строится по аналогии с расчетом ректификационной колонны и поэтому подробно в преобладающем большинстве тематической литературе не рассматривается.

1.2 Отвод тепла конденсации в энергетических установках с помощью градирен

Применение охлаждающей воды в качестве основного способа отвода тепла конденсации связано в одних случаях с осуществлением самого технологического процесса, например, с конденсацией пара после расширения в паровом двигателе или со сжижением продукта химического производства, в других - с предохранением от разрушения под действием высокой температуры отдельных элементов конструкций, цилиндров двигателей внутреннего сгорания или кладки производственных печей.

В холодильной технике на установках средней и большой производительности и в системах централизованного кондиционирования с помощью оборотной воды снимается тепловая нагрузка конденсатора. Стоимость охлаждающей воды - одна из основных затрат при эксплуатации холодильных установок [19]. Следующий пример может показать относительную долю стоимости воды в стоимости 1000 ккал выработанного холода[93]:

При стандартных условиях работы аммиачной холодильной установки 5° С, 1к=30°С) удельная холодопроизводителыюсть затраченного кВт-ч электроэнергии составит 4186 ккал/(кВт-ч). Это значит, что на 1000 ккал холода необходимо израсходовать N1=0,24 кВт-ч. Нагрузка на конденсатор при этом составит С>к = С>0 + 860№ = 1000 + 860x0,24 = 1210 ккал. При нагреве воды в конденсаторе на 5° С расход ее на 1000 ккал холода составит

о

1210/5 =242 кг или 0,242 м .При отпускной цене на электроэнергию для промышленных предприятий 2 коп. за 1 кВт-ч стоимость ее для получения 1000 ккал. холода равна 0,48 коп. При стоимости воды 2 коп. за 1 м па 1000 ккал придется затратить тоже 0,48 коп. Этот пример свидетельствует, что бережное экономное отношение к расходованию воды должно стать законом для работников холодильных установок.

Влияние температуры охлаждающей воды на энергопотребление холодильной установки приведено на графике (Рисунок 1.1) ниже, построенному для холодильной машины ХМ-ФУ 175/2Д по данным из [20].

н 126 !

ш

м 124 Z 122

ё 120

0 аз

1 П8

i о

3116

i а

' S 114

CJ

V

я 112

§ 110

О

108

19

21

23

25

27 29

31

33

35

Температура охлаждаемой воды, °С

Рисунок 1.1. Зависимость электрической мощность от температуры охлаждаемой воды для машины ХМ-ФУ 175/2Д.

Для большинства технологических процессов предъявляются требования, чтобы температура воды не превосходила определенного значения, обычно не более 28°С. Это диктуется условиями производства, а также требованиям надежности и экономичности работы установок. Так, на паротурбинных электростанциях, повышение температуры охлаждающей воды влечет за собой увеличение расхода топлива на выработку электроэнергии, а при известных условиях и понижение располагаемой мощности; на нефтеперерабатывающих заводах и в ряде химических производств оно связано с уменьшением выхода продукции, а иногда с потерей наиболее ценных ее составляющих, например, легкокипящих фракций нефти; на холодильных установках оно приводит к понижению их холодопроизводительности.

Прямоточное водоснабжение в рамках существующих законов запрещено по экономическим и экологическим соображениям, поэтому часто осуществляют воздушное охлаждение или охлаждение с помощью оборотной воды, циркулирующей в замкнутой системе и выполняющей роль

промежуточного теплоносителя между охлаждаемым устройством или продуктом и наружным воздухом.

Непосредственное использование в качестве внешней тепловоспринимающей среды воздуха получило очень ограниченное распространение. Обусловливается это в основном очень низким коэффициентом теплоотдачи от охлаждаемой поверхности к воздуху и малой теплоемкостью воздуха, вследствие чего требуемая поверхность охлаждения возрастает в несколько десятков раз сравнительно с водяным охлаждением. Указанные недостатки воздушного охлаждения сохраняются и при оборотной системе водоснабжения, когда воздух используется для охлаждения циркуляционной воды в поверхностных теплообменниках (калориферах или радиаторах). Значительное повышение интенсивности теплообмена между циркуляционной водой и воздухом, а также уменьшение потребного количества воздуха достигаются в случае применения контактных охладителей, использующих принцип испарительного охлаждения воды. При этом охладитель может быть выполнен из более дешевых и менее дефицитных материалов, а затраты мощности на вентиляторы или вовсе отпадает, или становится во много раз меньшей, чем при поверхностных охладителях. Благодаря этим преимуществам испарительное охлаждение циркуляционной воды получило преобладающее применение в системах оборотного водоснабжения на большинстве предприятий всех отраслей промышленности.

Как пишет автор [21] «Расчет градирен в значительно большей степени основан на использовании эмпирических зависимостей...», т.е. подбором по графикам охлаждения, чем расчет других видов теплообменников. В действительности, при расчете градирен необходимо учесть настолько много параметров, что «...некоторые инженеры считают расчет градирен чем-то вроде черной магии. Большая часть затруднений возникает из-за повышенной чувствительности градирен к изменениям в атмосфере.» [21].

За последнее время все более широкое применение находят методы теплового расчета градирен по формулам теории испарительного охлаждения. Количество тепла, отдаваемое теплоносителем охлаждающему агенту в градирнях, так же как и в обычных теплообменных аппаратах, пропорционально поверхности теплообмена. Под поверхностью теплообмена в градирне следует понимать общую поверхность всех капель и пленок воды, вступающих в соприкосновение с воздухом.

Для получения основных закономерностей испарительного охлаждения в [22] рассматривается стационарный процесс тепломассообмена в простейшей пленочной градирне, в которой вода и воздух приводятся в непосредственный контакт друг с другом по схеме противотока (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Схема теплового и материального баланса пленочной

градирни.

Для элементарного объема составляют уравнение теплового баланса, устанавливающее равенство между теплом, потерянным сплошной водяной пленкой с поверхности щитов в единицу времени, и теплом, которое приобрел воздух за то же время при непосредственном увеличении его температуры и влагосодержания за счет проникновения в него пара в результате испарения воды.

При составлении уравнения теплового баланса делаются следующие допущения, в соответствии с [5], незначительно, по мнению авторов,

отражаются на .конечном результате испарительного охлаждения воды в условиях градирен:

■у ■у

1. Коэффициенты теплоотдачи а/, Вт/(м"К), и массоотдачи кг/(м"ч), принимаются постоянными для всей поверхности охлаждения, гак как колебания их значений весьма незначительны при изменениях температуры воды и воздуха, а не рассчитываются.

2. Парциальное давление водяного пара Р„о в пределах градирни весьма мало в сравнении с очень незначительно меняющимся полным давлением влажного воздуха Рб, и величина парциального давления сухой части воздуха Ре. с0 может быть принята постоянной.

3. Количество испаряющейся воды незначительно и может быть принято, что вЖ1 ~ вж.

4. Температура на поверхности пленок воды в сечении градирни может быть принята равной средней температуре воды в том же сечении. При малых значениях удельного теплового потока, отнесенного к единице поверхности контакта воды с воздухом, и интенсивном перемешивании жидкости, что характерно для градирен, можно с достаточной для практических расчетов точностью это условие принять при выводе основных расчетных зависимостей.

Линейные дифференциальные уравнения первого порядка могут быть использованы для решения задачи по определению поверхности охлаждения градирни /охл, м2, при заданных температурах воды и параметрах атмосферного воздуха или для оценки эффекта охлаждения градирни при заданной поверхности, хотя решение этих уравнений сопряжено со значительными трудностями.

В книге [5] развернуто описаны способы охлаждения оборотной воды в различных типах контактных водоохладителей. Приведены формулы для расчета градирни с учетом теплоотдачи и массоотдачи. В формулах не проанализирована зависимость барометрического давления, отличного от атмосферного, на эффект охлаждения воды. Рассмотрен способ упрощенного

расчета градирен по графикам. Данные графики строятся для определенного типа оросителя и для конкретных условий протекания процесса (расход потоков воды и воздуха, давление, влагосодержание и температура воздуха). Применение данного способа расчета не допустимо в качестве общего, т.к. приводит к нежелательной погрешности в конечном результате при переносе результатов расчета на действующие аппараты и может служить только для приблизительной оценки эффективности градирни.

В публикации [23] предложена структура физической модели для тепломассобменного процесса в градирнях и описаны расчетные уравнения для определения температуры охлаждения воды для падающих капель воды. При выполнении расчетов по предложенными авторами формулами коэффициенты тепло- и массоотдачи принимались в определенном пределе, а не рассчитывались, что является недостатком предложенной модели расчета градирни.

В книге [6] авторы описывают основные закономерности процесса испарительного охлаждения оборотной воды предприятий в градирнях. Рассматриваются методы теплового расчета по формулам теории испарительного охлаждения. Для получения закономерностей испарительного охлаждения рассмотрен стационарный процесс тепломассообмена в простейшей пленочной градирне, в которой вода и воздух приводятся в непосредственный контакт друг с другом по схеме противотока. При составлении уравнения теплового баланса делаются следующие допущения, которые, как указал профессор Берман Л.Д. в [5], не находят значительного влияния на конечный результат решения задачи испарительного охлаждения воды в условиях градирен.

Расчет сводится к линейным дифференциальным уравнениям первого порядка. Авторы ссылаются на то, что аналитическое решение системы уравнений сопряжено со значительными трудностями, поэтому для удобства оперирования они могут быть представлены в упрощенном виде. Глава V посвящена основным закономерностям процессов испарительного

охлаждения воды в градирнях. Рассмотрены следующие методы расчета градирен: метод, разработанный Меркелем, метод Б.В. Проскурякова, метод Л.Д. Бермана и еще два метода, авторство которых не указано, но они заключаются па сведении системы дифференциальных уравнений к одному дифференциальному, но различными методами. Сравнение описанных методов в книге не приведено и не дано рекомендаций по выбору оптимального способа расчета градирни.

Также приводится раздел, посвященный определению коэффициентов тепло и массоотдачи. Из-за отсутствия теоретических методов определения коэффициентов массоотдачи его определяют по формулам, полученным на основании экспериментальных исследований градирен, что указывает на уязвимость приведенного подхода, так как коэффициенты массоотдачи, полученные таким методом, имеют серьезные ограничение на применение в инженерных расчетах. Это связанно с жесткой привязкой расчета к типу оросительного устройства и требует строгого соблюдения параметров потоков воды и воздуха, которые использовались для получения величин в модели. В реальных условиях параметры взаимодействия воды и воздуха в градирнях меняются в достаточно широком диапазоне.

Похожие диссертационные работы по специальности «Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения», 05.04.03 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Спритнюк, Сергей Владимирович, 2015 год

Список используемой литературы

1. Лаптев А.Г., Ведьгаева И.А. Устройство и расчет промышленных градирен: Монография. Казань: КГЭУ, 2004. 180 с.

2. Пособие по проектированию градирен (к СНиП 2.04.02-84). ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР. М., 1989. 166 с.

3. Дмитриев A.B., Дмитриев О.С., Николаев А.Н. Перспетивы использования вихревых камер для охлаждения оборотной воды промышленных установок // Промышленная энергетика. 2012. № 10. С. 31-34.

4. Дурикова Н.П. Влияние высоты блока регулярной насадки на процесс испарительного охлаждения в вентиляторных градирнях: Автореф. дис. ...канд. техн. наук. Москва. 2013. 16 с.

5. Бермап Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1949. 440 с.

6. Вентиляторные градирни. / В.А. Гладков, [ и др.] М.: Стройиздат, 1976. 216 с.

7. Макушева О.С., Дмитриев A.B., Николаев А.Н. Контактные устройства для охлаждения оборотной воды промышленных предприятий // Вестник Казанского технологического университета. 2011. №3. С. 153-154.

8. Дмитриева О.С., Дмитриев A.B. Разработка новых градирен для увеличения энергоэффективности промышленных установок // Вестинк Казанского технологического университета. 2014. Т 17, № 6. С. 134-136.

9. Горбенко В.И., Сизоненко В.З., Зименко И.Г. О применении брызгальных башенных градирен на электростанциях // Электрические станции. 1983. № 10. С. 27-31.

10. Гончаров В.В. Брызгальные водоохладители ТЭС и АЭС. Л.: Энергоатомиздат, 1989. 140 с.

11. Галустов B.C. Оптимизация систем оборотного потребления

охлаждающей воды // Сантехника. Отопление. Кондиционирование. 2005. №7. С. 42-45.

12. Горохов B.C. Аппараты установок для разделения воздуха: Конструирование и расчет. М.: Машиностроение, 1965. 137 с.

13. Егоров H.H. Охлаждение газов в скрубберах. М.: Госхимиздат, 1954. 143 с.

14. Демеуова А.Б. Особенности процессов в контактных тепломассообменных аппаратах // Сб. трудов IV междунар. науч.-практ. конфер. молодых ученых. Актуальные проблемы науки и техники. Уфа. 2012. С. 72-73.

15. Динцин В.А. Исследование тепломассообмена и оптимизация конструкции камер орошения кондиционеров воздуха: Автореф. дис. ...канд. техн. наук. JI. 1974. 23с.

16. Андреев Е.И. Расчет тепло- и массообмена в контактных аппаратах. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ие, 1985. 192с.

17. Савицкая Н.М. Испарительное охлаждение газов в системах газоочистки: Автореф. дис. ...канд. техн. наук. М.: НИИОгаз, 1983. 20с.

18. Скрубберное водоиспарительное охлаждение / Л. С. Аксельрод [и др.] // Кислород. 1958. № 6. С. 15-22.

19. Кондрашева Н.Г. Лашутина Н.Г. Холодильно-компрессорные машины и установки: Учебник для машиностроительных, техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк, 1984. 335 с.

20. Холодильные машины и тепловые насосы. Повышение эффективности / A.B. Быков [и др.] М.: Агропромиздат, 1988. 287 с.

21. Фраас А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников. Перевод с английского Ю.А. Зайгарника и др. М.: Атомиздат, 1971 г. 358 с.

22. Маркова Т.А. Основы тепломассообмена. Конспект лекций. Тула: ТГУ, 2009. 147 с.

23. Испарительное охлаждение капель жидкости в воздушном потоке.

/ H.A. Меренцов [и др.] // Изв. ВолгГТУ. Серия «Реология, процессы и аппараты химической технологии». Вып. 5: межвуз. сб. науч. ст. Волгоград: ВолгГТУ. 2012. № 1. С. 62-65.

24. Ломова О.С. Контактные тепломасообменные аппараты химической технологии: Учебное пособие. Омск: ОмГТУ, 2008. 147 с.

25. Фарфоровский Б.С., Пятов Я.Н. Проектирование охладителей для систем производственного водоснабжения. Л.-М. Ленингр. отд-ние: Госстройиздат, 1960. 171 с.

26. Голованчиков А.Б., Меренцов H.A., Балашов В. А. Расчет вентиляторной градирни с капельным орошением // Вестник ВолгГАСУ. Серия: Строительство и архитектура. 2012. № 28 (47). С. 171-178.

27. Аверкин А.Г., Еремкин А.И. Совершенствование тепловлажностной обработки рабочих сред в градирнях // Региональная архитектура и строительство. 2010. №1. С. 124-131.

28. Гильфанов К.Х., Давлетшин Ф.М., Гилязов Д.Р. Тепло- и массообмен при охлаждении воды в оросителях градирни с принудительной тягой // Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики. 2009. №11-12. С. 33-40.

29. Справочник по теплообменникам в двух томах, Т.2. Перевод с англ. О.Г. Мартыненко [и др.] М.: Эиергоатомиздат, 1987. 352 с.

30. Браун В.М. О степени совершенства процессов испарительного охлаждения воды: дис. ...канд. техн. наук. 1982.

31. Лаптев А.Г., Данилов В.А., Вишнякова И.В. Моделирование процесса охлаждения оборотной воды в вентиляторной градирне // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-14): Тез. докл. 14-й Междунар. Науч. Копф. Смоленск. 2001. Т.1. С. 140-141.

32. Петручик А.И., Солодухин А.Д., Фисенко С.П. Математическое моделирование охлаждения капельных и пленочных течений воды в башенных испарительных градирнях // ИФЖ. 2001. Т.74, №1. С. 45-49.

33. Назмеев Ю.Г., Кумиров Б.А., и др. Математическая модель башенной градирни // Мат. докл. итоговой нуч. конф. проф.-препод, состава КФ МЭИ. Казань. 1995. С. 65-67.

34. Бутаков И.Н. Охлаждение циркуляционных вод. М.: Энергоиздат, 1932. 56 с.

35. Благов И.Т. Градирни. Расчет и конструкции. Учеб. Пособие для втузов. M.-JL: Госэнергоиздат, 1933. 188 с.

36. Голованчиков А.Б., Меренцов H.A. и др. Моделирование гидромеханических и тепло- и массообменных процессов в вентиляторной градирне с капельным орошением и проволочной насадкой//Известия ВолгГТУ. 2011. Выпуск 14, №1. С. 102-104.

37. Федяев B.JL, Власов Е.М. Расчет эксплуатационных характеристик оросительных градирен // Тепловые процессы в технике. 2012. Т.4. С. 42-48.

38. Калатузов В.А. Применение результатов лабораторных исследований в теплотехнических расчетах градирен // Труды ИГЭУ. 2003. Выпуск 6. С. 52-71.

39. Арефьев Ю.И., Беззатеева Л.П. Некоторые особенности технологических расчетов градирен // Теплоэнергетика. 2003. №9. С. 75-77.

40. Гельфанд P.E., Свердлин Б.Л. Николаева О.С. О формах представления тепловых характеристик испарительных градирен // Электрические станции. 2007. № 10. С. 7-14.

41. СО 34.22.302. Методика построения нормативных характеристик градирен испарительного типа. М., 2005. 13 с.

42. Пономаренко B.C., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1998. 376 с.

43. Лаптев А.Г., Ведьгаева И.А., Данилов В.А. Математическое моделирование и повышение эффективности процессов теплообмена в градирнях // Сб. трудов Юбилейной научно-прак. конф. посвященной

40-летию ОАО «Казаньоргсинтез». Казань. 2003. С. 272-304.

44. Пушнов A.C., Масагутов Д.Ф., Кашапов Ы.Ф. Испытания новой регулярной насадки в форме каплевидного профиля из сетчатых элементов // Химическая техника. 2012. №12. С. 35-40.

45. Иванов В.Б. Новые технологии охлаждения жидкостей в безпасадочных градирнях // Энергобезопасность и энергосбережение. 2009. №2. С. 25-28.

46. Субхангулов М.М., Чичирова Н.Д. Повышение охлаждающей способности башенных градирен на примере БГ-1520 ст. №4 КТЭЦ-2 // Труды Академэнерго. 2010. №1. С. 45-53.

47. Курицын В.А., Арапов Д.В., Горильченко P.JT. Оптимизация процесса охлаждения циркуляционной воды в градирнях с искусственной тягой // Химия и технология топлив и масел. 2012. №2 С. 12-17.

48. Ваганов A.A., Тимонин A.C. Исследование тепломассообменных характеристик сетчатой насадки // Безопасность в техносфере. 2011. №2. С. 37-42.

49. Пушнов A.C., Харитонов A.A. Регулярные насадки для тепло- и массообменных процессов // Химическая техника. 2010. №З.С. 24-28.

50. Колесник В.В., Орлик В.Н., Зеленцов В.В. Анализ работы градирен с распылительными форсунками // Химическая промышленность. 2001. №10. С. 12-16.

51. Пономаренко B.C., Арефьев Ю.И., Казилин E.H. Опыт модернизации вентиляторной градирни // Водоснабжение и санитарная техника. 1996. №З.С. 12-14.

52. Пономаренко B.C. О реконструкции вентиляторных градирен // Химическая промышленность. 1996. №7.С. 40-45.

53. Дмитриева Г.Б., Беренгартен М.Г., Пушнов A.C. и др. Новая комбинированная насадка для тепломассообменных аппаратов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. №7. С. 8-10.

54. Даутов Р.Г., Вилохин С.А. Повышение эффективности процесса

охлаждения в градирнях // Вестник Казанского технического университета. 2013. №5.С. 190-192.

55. Тюрин М.П., Кочетов Л.М., Сажин В.Б. и др. Испарительное охлаждение оборотной воды // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. 16, №9.С. 105-110.

56. Кучеренко Д.И. Оборотное водоснабжение. М.: Стройиздат, 1980. 170 с.

57. Чебан Д.Н. Применение керамических многоканальных пористых структур для организации испарительного охлаждения //Сб. тез. докл. междунар. конф. с элемент. науч. школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур». М.: МГУИЭ. 2010. С. 176-178.

58. Лавренченко Г.К., Дорошенко A.B. Разработка косвенно-испарительных воздухоохладителей для систем кондиционирования // Холодильная техника. 1988. №10. С. 33-38.

59. Дорошенко A.B., Филипцов С., Горин А.Н. Испарительные охладители непрямого и комбинированного типов // Холодильная техника и технология. 2004. №6. С. 15-22.

60. Петручик А.И., Фисенко С.П. Математическое моделирование испарительного охлаждения капель воды в вакуумной градирне // XIV Минский международный форум по тепло- и массообмену 10-13 сентября 2012 г.: тез. док. и сообщ. 2012. Т.2 ч.1, Минск: Институт тепло- и массообмена HAH Беларуси. С 387-390.

61. Крысанов К.С. Разработка и исследование вакуумно-испарительных холодильных машин с использованием воды как холодильного агента: Автореф. дис. ...канд. техн. наук. Москва. 2007. 18 с.

62. Ермолаев А.Е. Получение водного льда методом послойного намораживания в условиях вакуумирования: Автореф. дис. ...канд. техн. наук. Москва. 2009. 16 с.

63. Лейбович Л.И., Пацурковский П.А. Математическое моделирование течения жидкости внутри капли, движущейся в газовом потоке //

Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». 2013. Т 26 (65), № 4. С. 288-297.

64. Вальдберг А.Ю., Макеева К.П., Николайкина Н.Е. Изучение дисперсного состава факела распыла жидкости центробежно-струйпой форсунки // Известия МГТУ МАМИ. 2012. Т4, № 2(14). С. 7-11.

65. Иванов С.П. Курбатов Б.Е. Расчет средств пенного пожаротушения. М.: Стройиздат, 1985. 220 с.

66. Распыливающие устройства в химической промышленности / Д.Г. Пажи [и др.] М.: Химия, 1975. 200 с.

67. Головачевский Ю.А. Оросители и форсунки скрубберов химической промышленности. М.: Машиностроение, 1974. 271 с.

68. Базаров В.Г. Динамика жидкостных форсунок. М.: Машиностроение, 1979. 135 с.

69. Распыливание жидкостей / В.А. Бородин [и др.] М.: Машиностроение, 1967. 264 с.

70. Шибитова Н.В., Шибитов Н.С., Коленчук C.B. Реконструкция вентиляторной насадочной градирни // Известия ВолгГТУ. 2012. № 1 (88). С. 22-24.

71. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыления жидкостей. М.: Химия, 1984. 254 с.

72. Справочник химика. Том 5. Сырье и продукты промышленности неорганических веществ. Процессы и аппараты. Коррозия. Гальванотехника. Химические источники тока / Б.П. Никольский [и др.] М.: Химия, 1968. 972 с.

73. Гершуни Г.З. Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 392 с.

74. Соловьев A.A. Интенсификация теплообмена в градирнях // C.O.K. 2013. №12. С. 40-43.

75. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. Учеб. Пособие для физ. спец. вузов.

М.: Изд-во Моск. ун-та, 1958. 328 с.

76. Шумский К.П. Вакуумные аппараты и приборы химического машиностроения. М.: Машгиз, 1963. 556 с.

77. Насосы вакуумные водокольцевые ВВн. Руководство по эксплуатации. Казань, ОАО «Вакууммаш», 2009. 26 с.

78. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкостей. М.: Химия, 1979. 214 с.

79. Справочник. Промышленное газовое оборудование. Издание 6-е, переработанное и дополненное / Е.А. Карякин [и др.] Саратов: Газовик, 2013. 1280 с.

80. Счетчики газовые ротационные РГ и РГ-К-Ех. Руководство по эксплуатации 2.784.000 РЭ. 2005. 24 с.

81. Насосы SAER KF-0-3-4-5-6-1-2 Руководство по эксплуатации. 2007. 18 с.

82. Счетчики холодной и горячей воды ВСХ, ВСХд, ВСГ, ВСГд, ВСТ. Руководство по эксплуатации РЭ 4213-200-18151455. Мытищи. 2007. 35 с.

83. ОВЕН УКТ38 Устройство для измерения и контроля температуры. Руководство по эксплуатации. Москва. 2008. 76 с.

84. Гигрометр психрометрический типа ВИТ. Руководство по эксплуатации Мб 2.844.000РЭ. Москва. 2004. 8 с.

85. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология М.: Госстрой России, 2003. 98 с.

86. Baker D., Shryock Н. F comprehensive approach to the analysis of cooling tower performance, "J. of Heat Transfer", TRANS ASME, Ser С, 1961, No. 3, V. 83.

87. Merkel F., Verdunstngskuhlung, Forschungsarbeiten auf dem Gebiete des Ingenieur-Wesens, Heft 2, 75, Berlin, 1925.

88. Петручик А.И. Стационарный тепло- и массообмен при испарительном охлаждении капель и ламинарных пленок воды в градирнях: Автореф.

дис. ...канд. физ.-мат. наук. Минск: 2004. 21 с.

89. Арсирий В.А., Тамер Н.А. Баннура. Охлаждение воды в градирне до точки росы атмосферного воздуха // Труды Одессого политех, ун-та. 2009. № 2(32). С. 73-77.

90. Дорошенко А.В., Горин А.Н. Двухконтурная мокро-сухая вентиляторная градирня: пат. 74524 F28C 1/02 Украина 2005. Бюлл. №12. 3 с.

91. Maisotsenko V., Gilan L. The Maisotsenko Cycle for Air Dessiccant Uses Heat Culling. Intern. Congress of Refrigiration. - Washington, 2003 P. 57-59.

92. David R. Lide. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, 2004.

93. Строительный информационный портал. Системы водоснабжения. URL.http ://www. stroitelstvo-new.ru/holodilnye-ustanovki/ vodosnabzhenie.shtml (дата обращения 4.03.2014)

94. НПО «Политехника». Градирни эжекционные, деаэраторы, декарбонизаторы, установки обезжелезивания воды, подогреватели пароводяные, скрубберы, теплоутилизаторы. Металлообработка. URL.http://www.gradirni.biz/forsunki.html (дата обращения 20.04.2014)

95

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.