Моделирование процесса охлаждения оборотной воды и реконструкция промышленных градирен

• Автор: Вишнякова, Ирина Вячеславовна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор работ но моделированию процессов охлаждении оборотной воды и повышения

эффективности градирен

1.1. Основные задачи и проблемы охлаждения оборотной воды.

1.2. Моделирование тепломассообменных процессов в градирнях

1.3. Метод расчета градирен

1.4. Повышение эффективности водоохладительных устройств.

1.4.1. Методы интенсификации теплообменных процессов.

1.4.2. Модернизация градирен.

1.4. Выводы .

Глава 2. Экспериментальные исследовании процесса испарительного
охлаждения оборотной воды
2.1. Описание лабораторной установки охлаждения оборотной
2.1.1. Параметры промышленной и лабораторной градирни
2.2. Методика обработки результатов эксперимента.
2.2.1. Параметры влажного воздуха .
2.2.2. Материальный и тепловой баланс макета градирни
2.2.3. Экспериментальное определение коэффициентов
теплоотдачи и массоотдачи
2.3. Результаты экспериментальных исследований.
2.4. Основные результаты и выводы
Глава 3. Математические модели процессов охлаждении
оборотной воды
3.1. Расчет гидравлических характеристик градирни
3.2. Расчет высоты блоков насадки с различными типами
контактных элементов.
3.3. Уравнения сохранения тепла в градирне.
3.3.1. Двухпараметрическая модель.
3.3.2. Однопараметрическая модель.
3.4. Выводы.
Глава 4. Расчет промышленных градирен с целью
анализа работы и повышении эффективности
4.1. Характеристика и описание работы промышленных градирен
ОАО Казаньоргсинтез .
4.2. Определение эффективности промышленной градирни
4.2.1. Тепловой КПД градирни на основе промышленных данных
4.2.2. Оценка теплового КПД в верхней капельной зоне градирни.
4.2.3. Определение теплового КПД градирни
по модели идеального вытеснения.
4.3. Диагностика работы градирен .
4.4. Варианты модернизации градирен .
4.5. Выводы
Заключение .
Приложения
Приложение 1 .
Приложение 2 .
Приложение 3 .
Список литературы


Ограничения этого подхода заключаются в узком интервале применения эмпирических формул и невозможности выбора оптимальной конструкции и технологического режима. Второй метод - названный авторами Дьяконовым С. Г., Елизаровым В. И., Лаптевым А. Г. [] методом сопряженного физического и математического моделирования, заключается в представлении физического процесса в виде совокупности элементарных явлений различного масштаба. Математическое описание элементарных явлений инвариантно к взаимодействию и масштабу аппарата, и учитывается параметрически на основе удовлетворения фундаментальному описанию процесса. В результате возможен выбор оптимальной конструкции контактного устройства и технологического режима что обеспечит повышение эффективности охлаждения оборотной воды на предприятиях. Эффективность процесса охлаждения оборотной воды в градирне значительно зависит от структуры потока жидкой и газовой фаз. При математическом моделировании структуры потоков широко используют модели идеального вытеснения, идеального смешения, диффузионную и ячеечную модели [-]. Эти модели получают в результате упрощения полного математического описания процессов переноса импульса, массы и энергии (тепла) используются математические следствия законов сохранения в дифференциальном виде. Исследованию и моделированию структуры потока в насадке посвящены многочисленные работы различных авторов [,-]. Согласно этого метода изучение гидродинамики потока проводят в аппаратах натурального диаметра, но меньшей высоты. Исследование эффективности и отработку конструкции устройства проводят в два этапа, исключая все промежуточные: на лабораторном аппарате и гидродинамическом стенде. Сделан вывод [, , ], что оптимальный способ проектирования промышленных аппаратов, сокращающий затраты, сроки разработки и внедрения, возможен только на пути отказа от промежуточных этапов исследования. Отработку конструкции, исходя из требования технического задания целесообразно проводить на лабораторных макетах, а для масштабного перехода к промышленному аппарату использовать методы математического моделирования с использованием фундаментальных законов сохранения. Согласно системного анализа, позволившего сформулировать принцип иерархического существования явлений в промышленном аппарате, явления различных масштабов могут быть рассмотрены независимо, а затем учтено их взаимодействие []. Этот подход привел к значительным упрощениям при построении математических моделей сложных химико-технологических объектов. Применение метода сопряженного физического и математического моделирования рассматривалось при описании процессов в барботажных тарельчатых колоннах [-] в насадочных колоннах [, ], в жидкостных колонных экстракторах [], в аппаратах с перемешивающими устройствами [], в теплообменных аппаратах [-]. В работах [-] исследуется вопрос о справедливости аналогии между тепло- и массообменом и соотношения Льюиса для градирен. В работе [] показано, что причиной отклонений от соотношения может быть частичная конденсация пара, образовавшегося при испарении жидкости и проникшего в насыщенный влажный воздух с температурой, меньше температуры на поверхности раздела фаз. Анализ большого числа экспериментальных и теоретических данных [-] подтверждает, что соотношение Льюиса справедливо. Значительный вклад в разработку методов расчета градирен внесен Ф. Меркелем, Б. В. Проскуряковым, Л. Д. Берманом, И. Лихтенштейном и другими авторами. Наиболее широкое распространение и общее признание в мире получил метод Меркеля. В данном разделе приведен в сжатом виде современный вариант вывода уравнений, описывающих процесс тепломассообмена в противоточных градирнях, применительно к практическим расчетам этих сооружений с учетом допущений, принятых Меркелем. Срж[ьж(ин - ик) + С„ик] = ЬГ(1К - I,,), (1. Срж - удельная теплоемкость воды, Дж/кг К; Ьж - расход воды кг/с; в,, -количество испарившейся воды, кг/с; он, ок - температуры воды на входе и на выходе из градирни, °С; Ьг - расход воздуха, кг/с; I - удельная энтальпия воздуха, Дж/кг.