Водовоздушное охлаждение в аппаратах с вертикальными контактными решетками

• Автор: Крючков, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ

АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОДОВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

2 АППАРАТ ВОДОВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ КОНТАКТНЫМИ РЕШЕТКАМИ АВВО

2.1 Конструкция аппарата водовоздушного охлаждения с вертикальными контактными решетками
2.2 Физические закономерности гидродинамики в аппарате с вертикальными контактными решетками

2.2.1 Предельные режимы работы аппаратов АВР

2.2.2 Универсальные гидродинамические параметры

2.2.3 Задержка жидкости

2.2.4 Удельная поверхность фазового контакта ПФК

3 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕПЛО И МАССОПЕРЕНОСА В АППАРАТЕ ВОДОВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ АВВО
3.1 Математическая модель процесса водовоздушного охлаждения
3.2 Определение коэффициента теплопередачи между продуктом и водой
3.2.1 Теплоотдача при орошении наклонной поверхности капельным потоком жидкости
3.2.2 Коэффициент теплоотдачи от продукта к стенке
3.3 Совместные процессы тепло и массообмена при испарительном охлаждении воздуха. Связь между коэффициентами тепло и массоотдачи
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
4.1 Схема лабораторной установки
4.2 Экспериментальное определение коэффициентов тепло и массоотдачи при непосредственном контакте воды и воздуха в межступенчатых каналах АВВО
4.2.1 Определение коэффициентов тепло и массоотдачи между водой и воздухом в аппарате водовоздушного охлаждения
4.2.2 Обработка экспериментальных данных и обсуждение результатов
4.3 Экспериментальная проверка модели расчета аппарата водовоздушного охлаждения
5 РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРОМЫШЛЕННОГО АППАРАТА АВВО
5.1 Особенности инженерного расчета промышленного аппарата АВВО
5.2 Методика расчета промышленного аппарата АВВО
5.3 Пример расчета промышленного аппарата АВВО
5.4 Разработка промышленного образца аппарата водовоздушного охлаждения
5.4.1 Исследование гидродинамических характеристик различных конструкций межпластинчатых каналов
5.4.2 Гидродинамические испытания промышленного аппарата водовоздушного охлаждения
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Однако, в связи с тем, что коэффициент теплоотдачи от охлаждаемой поверхности к воздуху весьма низок и теплоемкость воздуха очень мала, требуемая поверхность охлаждения увеличивается в десятки раз по сравнению с водяным охлаждением, а также повышаются затраты электроэнергии на подачу больших объемов воздуха. Значительное повышение интенсивности теплообмена (снижение конечной температуры охлаждения, а также уменьшение необходимого количества воздуха) достигается применением аппаратов, использующих принцип водовоздушного испарительного охлаждения. В последние годы были разработаны различные конструкции аппаратов водовоздушного охлаждения, в которых взаимодействие воды и воздуха происходит на теплопередающих поверхностях в условиях барботажного или пленочного режима. Однако существенная интенсификация коэффициента теплоотдачи может быть достигнута при орошении теплопередающей поверхности капельным потоком жидкости []. Такие аппараты получили название аппаратов с вертикальными контактными решетками (АВР). Использование АВР для создания аппаратов водовоздушного охлаждения с вертикальными контактными решетками (АВВО) позволило получить сочетание в единой конструкции высоких характеристик как массообмена, так и теплообмена при большой удельной поверхности теплообменных элементов. Целью настоящей диссертационной работы является разработка тепломассообменного аппарата АВВО, исследование его тепловых и гидравлических характеристик и создание инженерной методики расчета, позволяющей выбрать оптимальные режимы работы и геометрические размеры аппарата АВВО. Анализ конструктивных решений аппаратов водовоздушного охлаждения показал, что самой распространенной группой являются конструкции газожидкостных контактных устройств с введением в них теплообменных элементов. К таким конструкциям, прежде всего, относятся барботажные, как наиболее распространенные для процесса тепло- и массообмена. В общем случае эта колонный аппарат, на тарелках которого размещается поверхность теплообмена, например, в виде змеевика. Недостатком этих конструкций, рисунок 1. Рисунок 1. В ряде случаев горизонтальный змеевик может быть собран с определенными зазорами между витками и работать как провальная тарелка рисунок 1. Колонны для тепломассообменных процессов с трубчаторешетчатыми тарелками обладают пониженным гидравлическим сопротивлением за счет увеличения доли живого сечения для прохода жидкости. Однако коэффициент теплопередачи у них остается в тех же пределах, а поверхность теплопередачи в единице объема ограничена. Так же используются конструкции с традиционными барботажными элементами, которые выполняются полыми (рисунки 1. Рисунок 1. Рисунок 1. Рисунок 1. Общим недостатком представленных выше аппаратов является невозможность создания значительной удельной поверхности теплообмена в рамках барботажного слоя, так как барботажный слой составляет небольшую долю рабочего объема аппарата. К тому же малые скорости газа являются причиной низких коэффициентов тепло- и массообмена и низкой удельной производительности аппарата. Другой группой аппаратов, в которых используют испарительное охлаждение, являются аппараты кожухотрубного типа, в межтрубное пространство которых подается водовоздушная смесь. Такими аппаратами являются тепломассообменные конструкции, представленные на рисунке 1. Рисунок 1. Рисунок 1. Однако значительная часть поверхности теплообмена в таких аппаратах находится не в зоне барботажного слоя и практически исключается из процесса, а также они обладают известными недостатками барботажных аппаратов. Многочисленную группу составляют аппараты, в которых вода и воздух контактируют в пленочном режиме (рисунки 1. В этих аппаратах достигаются большие удельные поверхности теплообмена, а также наблюдается рост коэффициентов теплопередач. Рисунок 1. Рисунок 1. Например, тепломассообменный аппарат пленочного типа, представленный на рисуне 1. Данное конструктивное решение предусматривает интенсификацию процесса на тарелках с помощью установки контактных элементов (рисунок 1. Ветури. Однако такие аппараты не находят широкое применение из-за сложности изготовления. Рисунок 1.