Введение к работе
Актуальность темы. Проблема рационального использования топливно-энергетических ресурсов страны и охрани воздушного бассейна от тепловых и токсичных выбросов диктует необходимость дальнейке-го повішення эффективности работы тепломассообменных аппаратов и системах утилизации теплоты и извлечения вредных примесей.
К числу наиболее распространенных способов утилизации теплоты с одновременное очистко;* тепловых выбросов относится обработка газов в контактных аппаратах, совмещающих (функции теплообменником и абсорберов. Однако,, эффективное использование таких аппаратоп затруднено без проведения дополнительных мероприятий для поддержания в контактной камере заданных температурных условий, поскольку известно, что' наиболее экономичные реякмы абсорбции пп"';'спкс г,ум определенном значении этих параметров, е прсвіленнсм которых равновесие сдвигается з сторону образования иеходшж продуктов.
Одн;м из наиболее целесообразных способов реализации поддержания изотермических условие а контактное камере насадочных тспло-массообменнчх аппаратов является размещение в слое насадки охлаждающих элементов с цель» ступенчатого отвода теплоты. Разработка таких аппаратов зстэечает значительные трудности ввиду отсутствия достаточных разработок схечтих и конструктивных реиений, а такко обоснованных методов по расчету процессоь теплообмена и гидродинамики, что обусловило необходимость проведения исследований.
Результаты исследований могут найти применение в химической промышленности при расчете реакторной аппаратуры обгаго типа с протеканием химических реакций в слое г«згализатора, а такта при реяении задач подземной гидравлики, связанных с "разогревом грунта. Диссертационная работа гияоянена в соответствии с программой ШГГ я. Госетроя СССР по научному направленна "Разработка систем теплсгазоелабшенил с целью экономии ТЭР.и защиты окружающей среди
ОТ ТСПЛОЕЫХ И БреДНЫХ ВЬібрОСОВ ЭНерГеТИЧеСКИХ установок"„
Цель работы - проведение теоретического и- экслеридант'злшого изучения процессов теплообмена мелду газохндкостной смесью в объеме посадочной контактной камеры.и поверхность;) погруженных в. слой неподвижной насадки охлаядасц^их элементов, а такг.о -гидродинамических закслсмерностеЯ, епкешзз'ючих процесс фильтрации газожидкостной смеси через слоя неподвижной насадки с дополнительными погруженными поверхностями.
Для. достижения намоченной цели решались следущио задачи:
разработать новые эффективные конструкции контактно-поверхностных аппаратов, позволяющих поддерживать изотермические режимные параметры в рабочем объема аппаратов;
провести теоретическое и экспериментальное изучение особенностей процессов теплоотдачи в разработанных контактно-поьерх-ностных теплообменниках с погруженными в слои неподвижное насадки охлаждающими тегслообменными элементами и предложить критериальное уравнение, описывающие закономерности теплоотдачи от газожидкостной смеси к поверхности погруженного охлаждающего элемента с позиции.аналогии с теорией барботажа;
провести.теоретическое исследование особенностей процессов гидродинамики при фильтрации гаэожидкостной смеси (ГКС) через слой неподвижной насадки с учетом существования локальных значений порозности слоя при погружении в него теплообмепных элементов и экспериментально проверить полученные теоретические результаты на опытном стенде;
разработать инженерную методику расчета контактно-поверхностного аппарата.
Научная новизна работы заключается в следующем:
по результатам проведенного качественного анализа процесса теплоотдачи от ГЇЇС к стенке охлаждающего теплообменного элемента по аналогии с закономерностями развитого пенного режима барботажа получено аналитическое решение критериального уравнения теплоотдачи, уточненное при проведении экспериментальных исследований;
предложено выражение для определения локальных значений порозности слоя дисперсной насадки при погружении в него тепло-обменных поверхностей; уртановлен характер влияния взаимного расположения погруженных поверхностей на величину средней пороз-т ности слоя;
получены аналитические выражения для определения локальных скоростей и общего гидравлического сопротивления слоя при фильтрации газа в орошаемоы слое насадки с погруженными поверхностями;
по результатам обработки экспериментальных данных выведены формулы для определения коэффициентов орошения и гидравлического сопротивления в зависимости от интенсивности орошения и скорости фильтрации газа;
теоретически разработанная и экспериментально подтвержденная и уточненная цодель процесса описывается математическими ура-
внекиямя, используемым* в предложенной методико инженерного распета контактно-поверхностных теплообмешгаков с погруженными в объем контактной камеры теплообменники поверхностями. На защиту выносится:
-
Критериальное уравнение теплоотдачи от газогсідкостной смеси к поверхности теплообменных элементов, погруженных d слои неподшгаюЛ дисперсно!! насадки.
-
Зависимость, позволяющая оценить гидравличоскоо сопротивление при двикенмн газа через неподвижный слоя орошаемой насадки при разных плотностях ороаения si различных значениях отноеєіня характеристического расстояния погруженных поверхностей к пкги-валентному диаметру элемента насадки.
-
Механизм изменения структуры слоя неподвижной орсдаемой насадки при погружении в него теплообменных поверхностей, сбъя-сняшнй появление в слое зон с различными локальними значениями пороэнсстей и скоростей цвйжсшя газа.
-
Результата экспериментального исслэдовагая процессов гнд-росгнамики слоя неподвижной оросаэмоЯ насадки с погруяонтжи теплообменники поверхностям?,, устанавливаете зависимость коэффициента гядряаллчоского сопротивления и коэ.{фшивнта орошения от плотности орошения и эквивалентного критерия Ройнольдса,
-
Разработанные на основании теоретического и экспериментального ангі~.па хонструїадя контактно-поверхностных аппаратов с погруконнини геплообмэншмг повартосгяга, позполяадио поддерк!-вать заданные те(ллературіш<з условия в зоно контактной каморы.
-
Методика яккоіюрнсго расчета контактно-поверхностных аппаратов предложенных конструкцій.
Практическая цеянос-ь работ» состоит в том, что разработаны новые кииструаши нонтыгтно+товэрхноелнугх теплообменников, реалн-зуюгах изотермические услоггя ті oOvowe"Контактной япморн, что по-эголяот полудіть околем» таплоаоЯ энергии я повиснті» Д'^'лктия-иосгь о чист к» обрябатил.юмух газов от нежелательных токсичных прнмоезя или поддерги гать ншілутаю технологические- рег.імнио параметри процесса (япторспю сшдетольства "'? И7443І, 1513006, 1562651, І769П).
На основе теоретических я эксперямаитальння исследовании гіредлеяона методи на шя^нориого расчета коптактнс-поверхностних тгплеа^нлнїяков.
Результати исследования исалп практическое применение при прсохтнроїанпи кентактно-полерхностнего теплообменника, работай-
цого в реетыо изотермического абсорбера для улавливания паров аккиака из воздуха, удаляемого от технологического оборудования в АО "Елецкожа".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и .обсуждались на научно-тохническоЯ конференции молодых ученых и спадаалистов (г.Воронеж, 1987 г.), зональных научно-технических конференциях "Технологические аспекты охраны ок-ружавцеЯ среды", "Новые репония с конструировшии к эксплуатации сметам теплогаэоснабкекия" (г.Пенза, 1989 и 1991 г,г.), "Повыие-ние энергетической эффективности систем вентиляции к теплоснабжения одани!! и соорукешЯ" (г.Челябинск, 1990 г. )„ на 42, 43, 45, 46 и 47 научно-технических конференциях Воронежского инженерно-строительного института (1987-1992 г.г.), региональных научно-технических семинарах "Процессы тепломассообмена в энергомашиностроении" (г.Воронеж, 1991 г.), научной конференции "Повкяение энергетической эффективности систем вентиляции и кондицкоіирова-ния воздуха" (г.Севастополь, 1989 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано II работ [I -II] .
Объем и структура работы» Диссертация состоит из введения, четырех глас, основных выводов, списка используемой литературы из 181 наименования и приложения.
Работа изложена на 200 страницах основного машинописного текста, содержит 38 рисунков, 8 таблиц и I приложение. ,