Введение к работе
Актуальность темы. Одним из наиболее перспективных путей экономии энергетических ресурсов является утилизация тепла уходящих газов котельных агрегатов контактными теплообменниками. Существующие контактные теплообменники не нашли достаточно широкого применения из-за относительно высокого аэродинамического сопротивления, существенно зависящего от режима работы контактного аппарата, выноса из контактной камеры аппарата мелкодисперсной влаги, а,также, из-за отсутствия надежных теоретических и экспериментальных данных, необходимых для их расчета и проектирования. По этой причине тематика диссертационной работы, направленная на исследование и создание высокоэффективных контактных теплообменников для утилизации теплоты уходящих газов, является актуальной.
Кроме того, актуальность исследования подтверждается и тем, что ее тематика соответствует современной межвузовской научно-технической программе "Энерго- и ресурсо- сберегающие технологии добывающих отраслей промышленности", утвержденной приказом Министерства общего и профессионального образования России от 16 марта 1998 года № 717.
Цель работы. Проведение теоретического и экспериментального исследования процессов тепломассообмена при обтекании свободной жидкостной пленки поперечным потоком газа в контактном теплообменнике с рециркуляцией нагреваемой жидкости. Разработка новых высокоэффективных контактных теплообменников с пониженным аэродинамическим сопротивлением, предназначенных для утилизации теплоты уходящих газов. ! Научная новизна.
-
Разработана и экспериментально подтверждена новая аналитическая модель для расчета процессов тепломассообмена между свободной пленкой жидкости и поперечным потоком газа.
-
Впервые, применительно к контактным камерам со сплошной свободной пленкой, проведен анализ краевой задачи и определены вид и перечень безразмерных параметров, описывающих процессы тепломассообмена.
-
Получены новые критериальные зависимости, обобщающие результаты лабораторных и промышленных испытаний контактных теплообменников в широком диапазоне изменения физических и геометрических параметров.
-
Впервые экспериментальным путем исследовано влияние сил поверхностного натяжения на характер изменения коэффициентов тепло- и массоотда-чи при обтекании сплошной свободной пленки жидкости поперечным потоком
4 газа и определены критерии, отражающие изменение интенсивности процессов тепло- и массообмена под действием этих сил.
5. Впервые исследовано влияние рециркуляции нагреваемой жидкости на теплотехнические показатели контактных теплообменников.
Практическая ценность работы:
накоплен и обобщен обширный экспериментальный материал по тепло-и массообмену между свободной пленкой жидкости и потоком газа;
получены критериальные зависимости, описывающие процессы тепло-и массообмена между свободной пленкой жидкости и поперечным потоком газа, которые могут быть использованы для расчета и проектирования тепломас-сообменных аппаратов;
получено приближенное аналитическое решение задачи о прогреве сплошной жидкостной пленки, которое может служить основой для разработок новых численных методик расчета контактных камер при оптимизации их конструкций;
предложен способ увеличения тепловой эффективности контактных теплообменников путем рециркуляции нагреваемой жидкости, который может быть рекомендован для применения в существующих и вновь проектируемых контактных утилизаторах тепла с целью существенного улучшения теплотехнических характеристик;
разработаны и внедрены новые конструкции контактных теплообмен-ных аппаратов с пленочными форсунками, обладающие пониженным аэродинамическим сопротивлением.
Результаты проведенных исследований внедрены в СКТБ "Сектор" г. Калуга и используются при выполнении проектных работ по модернизации промышленных котельных.
Автор защищает:
-
предложенную аналитическую модель для расчета процессов тепло- и массообмена между сплошной свободной пленкой жидкости и потоком газа;
-
новые критериальные соотношения для расчета коэффициентов тепло-и массоотдачи для сплошных жидкостных пленок, обтекаемых поперечным потоком газа;
-
полученные экспериментальные данные по влиянию сил поверхностного натяжения на эффективность тепло- и массообмена в контактном аппарате со свободной жидкостной пленкой;
-
результаты аналитического и экспериментального исследования по влиянию рециркуляции нагреваемой жидкости на теплотехнические показатели
5 контактных теплообменников;
5) полученные критериальные зависимости, обобщающие результаты лабораторных исследований и промышленных испытаний контактных теплообменников с пленочными форсунками.
Достоверность полученных данных подтверждается хорошим согласием расчетных и экспериментальных данных во всем диапазоне исследуемых параметров и хорошей воспроизводимостью результатов эксперимента. Достоверность полученных экспериментальных данных подтверждается и тем, что разброс опытных данных не превышал максимально возможной оценки погрешности эксперимента.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на Отраслевом совещании главных энергетиков (Киев, 1988), VII Омской научно-практической конференции "Новые информационные технологии в учебном процессе и управлении" (Омск, 1990), VII Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" (Ленинград, 1990), 3-й Всесоюзной конференции по проблемам энергетики теплотехнологии "Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии" (Москва, 1991), Межвузовской научно-практической конференции "Проблемы физико-математического образования в педагогических вузах России на современном этапе" (г. Магнитогорск -1996 и г. Уфа - 1997), XLIX научно-технической конференции Челябинского государственного технического университета (г. Челябинск - апрель 1997), а также ежегодных научно-практических конференциях Магнитогорского государственного педагогического института (г. Магнитогорск).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Объем работы. Диссертация изложена на 155 страницах, включая 6 таблиц, 40 рисунков, список использованной литературы из 136 наименований, и состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложений.