ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Центробежный теплоебменный аппарат из "Расчет тепло- и массообмена в контактных аппаратах " Основным элементом, определяющим площадь и структуру межфазовой поверхности в данных аппаратах, является слой орошаемой насадки. В качестве насадки применяют различные реечные, листовые, пористые и насыпные материалы. Сравнительные данные некоторых орошаемых насадок приведены в табл. 1-1 [26], схема аппарата — на рис. 1-2. [c.9] Наибольшую относительную скорость газа обеспечивают сотоблочные регулярные насадки и пакеты из листового материала. [c.10] Худшими из указанных свойств обладает нерегулярная насадка, в том числе из насыпных колец Рашига, которая характеризуется небольшой удельной поверхностью и скоростью воздуха, повышенными гидродинамическим сопротивлением и толщиной слоя. Достоинством колец Рашига, благодаря чему они нашли широкое применение, является их коррозионная стойкость, простота изготовления и эксплуатации. [c.10] Нерегулярные насадки обладают ограниченными возможностями в обеспечении различных режимов работы имеют многочисленные застойные зоны, связанные с неравномерностью сечений каналов, потоков сред, несмоченные и переувлажненные участки поверхности. Применение регулярных насадок позволяет подобрать оптимальный режим работы орошаемого слоя за счет изменения диаметра, глубины и профиля каналов и характеризуется относительно высокими значениями скорости газа, удельной поверхности и пористости слоя. [c.10] На рис. 1-3 показана схема форсуночной камеры. Составляющие факел форсунки капли только на начальном участке пути в потоке воздуха имеют вынужденное движение под действием сил инерции. В дальнейшем частицы воды под действием аэродинамических сил потока воздуха движутся вдоль камеры и одновременно — под действием сил тяжести — вниз, в поддон. Практически относительная скорость капель вне зоны действия сил инерции близка к скорости витания, т. е. ограничена естественным полем тяготения — полем сил тяжести. Дополнительная интенсификация процессов тепло- и массообмена у выходных сечений форсунок за счет увеличения относительной скорости капель жидкости имеет локальный характер и коренным образом интенсивность тепло- и массообмена не меняет. [c.11] Капли факела форсунок весьма полидисперсны. Меньшую долю, примерно 20%, составляют мелкие капли диаметром менее 0,3 мм, которые полностью уносятся потоком воздуха. Мелкие капли интенсивно испаряются из-за их быстрого нагрева, повышенного давления над выпуклой поверхностью и снижения парциального давления паров воды в обрабатываемом воздухе за счет его осушки на основной массе крупных капель. Крупные капли диаметром до 2—3 мм недогреваются, что ведет к недоиспользованию температурного потенциала воды. Как видим, имеют место разнонаправленные процессы увлажнение воздуха на мелких каплях и осушка — на крупных. Вследствие полидисперсности форсуночного факела процесс тепло- и массообмена представляет собой целый спектр процессов, характерных для капель разного диаметра [44]. [c.11] Верхний предел скорости воздуха в поперечном сечении камеры составляет 2,5—3 м/с. Во взаимном движении сред в форсуночных камерах наблюдается преимущественно прямоток. Благодаря простой конструкции, малому гидродинамическому сопротивлению (100—200 Па) и удобной компоновке, форсуночные камеры широко используются в системах кондиционирования воздуха. [c.11] Рассмотренные контактные аппараты — пенные, с орошаемой насадкой, камеры орошения — объединяет одно общее свойство. Относительная скорость газа и жидкости в реактивном пространстве определяется, в основном, естественным полем сил тяжести. Исключение составляют отдельные локальные зоны, в том числе зоны выхода струи из форсунки, отверстий газонаправляющей решетки, входных патрубков н др. В этих зонах скорость газа (жидкости) превышает среднюю относительную скорость, что создает условия для локальной интенсификации процессов тепло- и массообмена. Полному использованию объема реактивного пространства при повышенной относительной скорости препятствует малая напряженность поля сил тяжести. Таким образом, в рассмотренных контактных аппаратах интенсификация процессов тепло- и массообмена в реактивном пространстве имеет определенный предел, увеличить который можно, применяя искусственные поля тяготения, например поля центробежных сил, которые дают возможность резко увеличить относительную скорость газа и жидкости равномерно во всем объеме реактивного пространства аппарата или слоя взаимодействующих сред. [c.12] По своему конструктивному исполнению центробежные контактные аппараты непременно содержат один или несколько круговых теплообменных элементов, в реактивном пространстве которых происходит непосредственный контакт газа с лсидкостью. Теплообменные элементы могут иметь вращающийся ротор, но это усложняет конструкцию аппарата. Аппараты с неподвижным контактным элементом чаще бывает выполненными в виде циклона или спиральной камеры [15, 16]. Они являются перекрестно-прямоточными, причем перекрестное движение сред ограничено начальным, весьма непродолжительным участком пути, что делает эти аппараты по существу прямоточными, в которых частицы жидкости транспортируются газом. [c.12] По способу образования и структуре поверхности контакта ЦТА относится к барботажных аппаратам. В нем активным агентом является газ, который пересекает слой жидкости, диспергируя ее и образуя поверхность контакта. При малой скорости в барботажных аппаратах газ образует поверхность контакта в виде всплывающих пузырей. При больших скоростях газа поверхность контакта приобретает капельную структуру, что характерно и для ЦТА, в котором скорости газа значительно больше скорости всплытия пузырей. Однако это относится только к гидродинамике самого слоя газожидкостной смеси, если рассматривать поперечное течение газа со скоростью Wr. В остальном имеются существенные отличия. На входе газа в слой между решеткой и кольцевым вращающимся слоем образуется газовая прослойка, обеспечивающая равномерное распределение газа и равномерную радиальную скорость по всему слою. Плавный, безударный вход газа в слой уменьшает гидродинамическое сопротивление. В то же время перемещение слоя газожидкостной смеси со значительными окружными скоростями и интенсивное перемешивание частиц жидкости с потоком газа вследствие вихревого движения приводит к дополнительной турбулизации потоков во всем объеме слоя, что способствует интенсификации процессов тепло- и массообмена. Наличие тангенциальной составляющей скорости газа увеличивает продолжительность контакта газа с жидкостью, так как движение частиц жидкости происходит по спиральной траектории и за несколько витков частицы многократно обтекаются потоком газа. Увеличение веса жидкости в поле центробежных сил препятствует образованию пены, так как поверхностного натяжения становится недостаточно для ее формирования. Отсутствие пены в ЦТА, сковывающей подвижность отдельных мелких частиц жидкости и ограничивающей скорость газа (по условиям выноса пены из аппарата), также позволяет повысить интенсивность тепло- и массообмена. [c.15] Живое сечение решетки /=/с.г//р также оказывает влияние на скорость ы кр, которая понижается при / 6 % вследствие неравномерности подвода газа к слою по окружности решетки и возникновения локальных зон с повышенными относительными скоростями (рис. 1-6, а). Выявлено влияние относительного диаметра круговой решетки Dj,/D на критическую скорость. Наибольшая Wkp наблюдается при D nlD= 1,05 4-1,15 (рис. 1-6,6). Были исследованы ЦТА, имеющие различные геометрические размеры и конфигурацию внутренней поверхности газоотводящих патрубков. Как оказалось, конфигурация поверхности патрубков не оказывает существенного влияния на значение аУкр. [c.17] В зависимости от скорости газа в ЦТА гидродинамическое сопротивление АР может изменяться в широких пределах. В рабочем диапазоне скоростей сопротивление ЦТА не только одного порядка с сопротивлением известных контактных аппаратов, но и может достигать весьма малых значений — 100 Па. Зависимость АР от расхода воздуха для конкретного ЦТА показана на рио. 1-8. [c.18] На интенсивность тепло- и массообмена оказывает существенное влияние радиальная скорость газа Wt, с которой он пересекает слой жидкости в поперечном направлении. Например, при изменении скорости от 1 до 7 м/с конечная температура обработанного в ЦТА газа по смоченному (мокрому) термометру /гм увеличивается на 10—20 °С. При дальнейшем повышении скорости температура газа изменяется незначительно (рис. 1-10). Коэффициент орошения и относительная высота лопаток оказывают на температуру 2м влияние, аналогичное влиянию скорости Wt. [c.19] К увеличению Qj. Отношение температур газа по смоченному и сухому термометрам /гм/ г, как показывают опытные данные, слабо зависит от режимных параметров работы аппарата и является в основном функцией начальной температуры жидкости/ж.н (рис. 1-12). Обобщенные зависимости по тепло- и массообмену в ЦТА приведены ниже. [c.20] Показателями интенсивности тепло- и массообмена могут служить теплонапряженность сечения реактивного пространства Q/= = Q//np. теплонапряженность объема реактивного пространства Q y = Q/Fp. [c.21] Было выполнено сопоставление различных аппаратов по указанным показателям эффективности при номинальных режимах работы аппарата каждого типа и одинаковых начальных параметрах воды и воздуха. Начальные параметры воздуха температура = 25°С, относительная влажность pi = 60%. Начальная температура воды ж. н = 5, 35 и 85 °С, что соответствует условиям, характерным для кондиционирования воздуха, охлаждения конденсаторов холодильных машин и охлаждения дизелей. [c.22] Расчет форсуночной камеры был произведен по методам Е. Е. Карписа и Л. М. Зусмановича [22, 24] при следующих параметрах плотность расположения форсунок = 18 шт/м число рядов форсунок 2 = 3 диаметр форсунок 4,Б мм скорость воздуха Wy =2Jb м/с коэффициент орошения S = 1,5. [c.22] Для аппарата с орошаемой насадкой в качестве расчетной была принята регулярная насадка из блоков листового материала, которая, по данным О. Я. Кокорина, обладает лучшими показателями из исследованных насадок [26]. Условия расчета скорость воздуха а г = 3 м/с толщина слоя бел = 0,2 м удельная поверхность 580 м /м пористость 0,83 плотность орошения 40 кг/(м-ч). Расчет выполнен по методике П. Д. Лебедева [30] с использованием формулы Т. Хоблера для коэффициента полного теплообмена [50]. Показатели ударно-пенного аппарата рассчитаны по методу И. М. Фокина при S = 1 и Wr = 4,5 м/с, показатели пенно-испарительного водоохладителя (ПИВ-9) — по номограммам М. А. Барского для номинальных условий работы аппарата (расход воздуха 9000 м /ч). Центробежный теплообменный аппарат был рассчитан на номинальный режим работы при следующих геометрических параметрах 0 = 0,1 м / = 0,24 L/D = 0,8. [c.22] Вернуться к основной статье