Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические основы процессов испарительного охлаждения воды. обзор методов анализа 14
1.1. Описание процессов тепломассопереноса при непосредственном контакте газа и жидкости 14
1.1.1. Основные понятия и определения. Аддитивность фазовых сопротивлений 14
1.1.2. Средаедвижущие силы процессов переноса и интегральные выражения термических сопротивлений 26
1.2. Обзор существующих методов анализа 30
1.2.1. Методы анализа противоточного контактирования потоков 30
1.2.2. Методы анализа поперечноточного контактирования потоков 38
2. Развитие методов анализа 56
2.1. Развитие метода анализа процессов испарительного охлаждения воды при противотоке фаз 56
2.1.1. Введение понятия "вспомогательной" рабочей линии. Уравнения метода и порядок расчета.. 56
2.1.2. Учет изменения массы жидкости в процессе испарения 60
2.1.3. Постановка расчета на ЭВМ. Блок-схема программы расчета 65
2.1.4. Методологические вопросы. Влияние числа разбиений на результаты расчета 70
2.2. Развитие метода анализа процессов испарительного охлаждения воды при поперечном токе фаз 71
2.2.1. Расчет процессов обмена на основе суммарного числа единиц переноса 73
2.2.2. Учет термического сопротивления жидкостной пленки 78
2.2.3. Постановка расчета на ЭВМ. Блок-схема программы 79
3. Экспериментальная часть
3.1. Разработка новых типов поверхностей обмена 83
3.1.1. Основные требования, предъявляемые к насадкам вентиляторных градирен. Выбор материала 83
3.1.2. Разработка насадочных элементов с искусственной шероховатостью. Выбор высоты и шага ребер шероховатости 83
3.1.3. Типы исследованных насадок 95
3.2. Экспериментальное оборудование 100
3.3. Результаты предварительного исследования и программа основных экспериментальных исследований 113
4. Исследование рабочих характеристик регулярных насадок 119
4.1. Результаты исследований, выполненных при противотоке фаз 119
4.1.1. Особенности течения двухфазной системы в плотных насадочных структурах. Устойчивость. Предельные рабочие значения скорости газового потока 119
4.1.2. Влияние режимных факторов на величину межфазной поверхности. Оптимальные значения плотности орошения 123
4.1.3. Соотношение фазовых термических сопротивлений 134
4.1.4. Гидродинамические и кинетические характе-ристики (эмпирические зависимости, рекомендуемые для расчетной практики) 140
4.2. Результаты исследований, выполненных при поперечноточном контактировании потоков 151
4.2.1. Распределение жидкостного потока в насадоч-ном слое в зависимости от типа насадки и плотности слоя. Гидродинамические зависимости 151
4.2.2. Кинетические характеристики и их анализ с учетом энергозатрат 156
4.3. Сопоставление рабочих характеристик разработанных регулярных насадок с данными других исследований 160
4.4. Практические результаты 166
Основные выводы , 170
Литература 172
Приложения
- Методы анализа поперечноточного контактирования потоков
- Развитие метода анализа процессов испарительного охлаждения воды при поперечном токе фаз
- Разработка насадочных элементов с искусственной шероховатостью. Выбор высоты и шага ребер шероховатости
- Распределение жидкостного потока в насадоч-ном слое в зависимости от типа насадки и плотности слоя. Гидродинамические зависимости
Введение к работе
Разработка и создание малогабаритной тепломассообменной аппаратуры испарительного охлаждения воды для народного хозяйства является актуальной задачей, стоящей перед наукой и промышленностью. Необходимость ее последовательного разрешения, т.е. дальнейшее развитие вопросов теории процессов, уточнение методик расчета, поиск новых перспективных типов рабочих поверхностей и совершенствование конструктивных решений отдельных узлов и аппаратов в целом диктуется, прежде всего, нарастающим дефицитом пресной воды и, в связи с этим, обязательным для всех отраслей народного хозяйства переходом на полное оборотное водоснабжение .
Ежегодное мировое потребление воды составляет приблизительно 3750 млрд.м3. В ближайшей перспективе, по прогнозам институ-. та водных проблем АН СССР, эта цифра удвоится /48/. В то же время, запасы пресной воды на Земле невелики., В общем водном балансе они составляют всего лишь 0,29% ( 97,57% - вода мирового океана, 2,14% - горные ледники и полярные льды, 0,005% воды находится в атмосфере ).
Основным потребителем воды является промышленность. Заводы сбрасывают в водоемы более 75 млрд.м3/год отходов различного происхождения /48/, что приводит к интенсивному загрязнению ( в том числе и тепловому, при использовании прямоточных систем охлаждения ) и качественному истощению водных ресурсов. За последние 10 - 20 лет дефицит пресной воды стал серьезной проблемой для ряда промышленно развитых стран. Почти полностью приведены в негодность водоемы Рейнско-Вестфальской области (ФРГ), западного Йоркшира ( Англия ). Голландия собирается завозить пресную воду из Норвегии. К 2000 году примерно I млрд. населе-
ния в 30 странах земного шара не будет иметь достаточного количества воды питьевого качества /121/. В связи с глобальностью этой проблемы Организация Объединенных Наций объявила период I98I-I990 г.г. десятилетием чистой воды.
Народное хозяйство СССР ежегодно расходует свыше 260 млрд. м3 воды, что первосходит потребление всех видов продукции вместе взятых: угля, нефти, чугуна, стали, цемента, тканей, пищевых продуктов и др. При этом ежегодный прирост потребления воды достигает 10 млрд.м3 /74/.
Основная масса воды, используемая промышленными предприятиями, идет для целей охлаждения. Данные по промышленности СССР приведены в табл. П.8.1. /10/. Величина расхода воды, идущей на охлаждение, значительна и для других стран : США - 80%, ГДР -- 70% от общего водопотребления /135/. В ГДР установлено около 13000 МВт электрических мощностей. Немецкие специалисты подсчитали, что для снятия эквивалентной тепловой нагрузки необходимо 150000 - 200000 м3/ч воды /135/. Если принять суточную норму человека в воде 150л, то только для нужд электростанций понадобится вдвое больше воды, чем составляет потребность населения. При этом ГДР располагает на I человека на 880 м3/год воды больше, чем индустриальная Европа ( 2000 - 3000 м3/год ). В СССР этот показатель выше - 15000 м3/чел.год, однако нужно учесть, что 80% естественного речного стока приходится на экономически малоосвоенные северные и восточные районы страны, где проживает около 15% населения /67/.
Плановое социалистическое хозяйство предполагает неуклонный рост выпуска промышленной продукции при рациональном использовании водных ресурсов, уменьшении водообеспеченности промышленности из городских систем водоснабжения и из подземных
- 10 - .
источников. Достижение этой цели возможно только при полном переходе на систему оборотного водоснабжения. В XI пятилетке предусмотрено дальнейшее развитие таких водоемких отраслей промышленности, как химическая и нефтехимическая ( объем производства увеличится на 30 - 33% ), черная и цветная металлургия ( выпуск основных видов продукции возрастет в 1,5 - 2,5 раза ), машиностроительная и металлообрабатывающая и др. /III/. При этом в решениях ХХУІ съезда КПСС указывается на необходимость " ... увеличить мощности систем оборотного и повторного использования вод, разрабатывать и внедрять на предприятиях бессточные системы' водоиспользования" /III/. К 1985 году, например, будет осуществлен полный переход на оборотное водоснабжение в цветной металлургии /12/.
Нормальное функционирование оборотных систем подразумевает использование, как неотъемлемой составной части, современной аппаратуры испарительного охлаждения. Помимо обоснованной необходимости применения такой аппаратуры, испарительное охлаждение дает возможность в районах с сухим климатом дополнительно сократить требуемый расход воды для снятия тепловых нагрузок по сравнению с прямоточной1 системой, т.к. в результате проведения процесса в градирнях достигается более низкая температура воды, чем температура речной воды в теплонапряженное время года ( табл. П.7.2 ). Приведенная в табл. П.7.2 температура t является теоретическим пределом охлаждения. Практически температура воды на выходе из градирни выше на 2 - 3С в зависимости от к.п.д. аппарата и условий проведения процесса.
Оборотное водоснабжение можно осуществить в виде единой системы для всего промышленного предприятия либо в виде отдельных циклов для одного или группы цехов. Характерное для заводов
- II -
рассредоточение водопотребителей по площади предприятия, стесненность производственных территорий, затрудняют создание централизованных систем, требующих больших свободных площадей. Так,
например, для строительства типовой трехеекционнои градирни об-
щей площадью 24 м , требуемая нормативами свободная площадь для
ее размещения составляет не менее 900 м , т.е. почти в 40 раз превышает площадь аппарата /II/. Кроме того, водопотребление отдельных групп технологического оборудования невелико, и, как правило, не превышает 700-1000 м3/сутки /92/.
Создание локальных систем водооборота предполагает максимально возможное приближение сооружений оборотного цикла к потребителям воды, т.е. автономность и большую надежность системы, а также сокращение диаметров и протяженности трубопроводов и ряд других эксплуатационных преимуществ. Анализ опыта эксплуатации систем производственного водоснабжения, проведенный Московскими экономическими научно-исследовательскими лабораториями Минводхоза СССР в машиностроительной отрасли, доказывает целесообразность применения таких систем. При строительстве локальных систем охлаждения на предприятиях средней мощности объемы капитальных вложений уменьшаются на 30-45% по сравнению с единой системой, а себестоимость I м3 охлаждаемой воды на ЗЬ% /92/.
При наличии, типовых проектов градирен большой производительности ( 500-700 кВт ), предназначенных для единых систем водооборота, практически отсутствуют разработки градирен малой производительности. Выпуск в последние годы небольших партий противоточных градирен ГПВ ( разработка ВНИКТИХолодпрома ) производительностью до 370 кВт не смог удовлетворить потребности современного промышленного производства ни по объему выпуска,
- 12 -ни по стабильности рабочих характеристик. Поперечноточные вентиляторные градирни малой производительности, имеющие ряд конструктивных, эксплуатационных и др. преимуществ перед противо-точными, не разрабатывались.
Создание современных градирен должно идти по пути снижения их массогабаритных характеристик за счет интенсификации процесса испарительного охлаждения воды при небольших затратах энергии.
Для выполнения этой задачи необходимы :
разработка элементов насадок, позволяющих существенно развить поверхность в единице объема насадочного слоя, а также способных обеспечить интенсификацию процесса;
развитие методов анализа сложных процессов тепломассопереноса при непосредственном контакте воды и воздуха;
детальное изучение гидродинамики двухфазных течений и кинетики процессов тепломассопереноса при проведении испарительного охлаждения воды в условиях противотока и поперечного тока
в широком диапазоне нагрузок по газу и жидкости;
- получение эмпирических расчетных зависимостей.
Перечисленные вопросы явились целью настоящей работы.
На защиту выносятся следующие научные положения.
Гидродинамические особенности течения двухфазных потоков в каналах регулярных насадок с развитой поверхностью приводят к распределению термического сопротивления системы вода-воздух между фазами, при этом термическое сопротивление жидкостной фазы - величина одного порядка с термическим сопротивлением газовой фазы.
Искусственная шероховатость гофрированных элементов регулярных насадок в виде рифления, выполненного по образующей
- ІЗ -гофров, нормально расположенного к направлению течения жидкостной пленки, позволяет интенсифицировать процесс испарительного охлаждения воды.
Работа выполнялась в Проблемной научно-исследовательской лаборатории по холодильной технике Одесского технологического института холодильной промышленности в соответствии с коорди^-национным планом научно-исследовательских работ высших учебных заведений, включенных в целевую комплексную научно-техническую программу и программы по решению научно-технических проблем Госстроя СССР (проблема 055.04) на период 1976-1980 г.г.(постановление № 204 от 17.12.1975 г.) и на период І98І-І985 г.г. (совместное постановление Госстроя СССР, ГКНТ и Госплана СССР $ 234/592/271 от 31.12.1980г.), а также в соответствии с координационным планом работ МАП (Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и про-дуктов органического синтеза) - головного подразделения Минхим-прома по процессам ректификации, абсорбции и экстракции, на период І98І-І985г.г. (приказ министра № 579 от 2.09.1971г.).
Методы анализа поперечноточного контактирования потоков
Вопросам анализа процесса испарительного охлаждения воды при поперечном токе посвящено ограниченное число работ. Наиболее интересные и последовательные решения были получены только в последние 20 лет ( в основном в университетах г.г. Токио и Каназава ( Япония ) /135-139,143,175/), что объясняется наметившейся в этот период тенденцией отхода от традиционного противотока при строительстве градирен /172/. В отличие от I.2.I., в настоящем разделе рассмотрены практически все известные методы анализа, причем только одна работа /138/ посвящена определению частных коэффициентов обмена. Обзор методов построен преимущественно в хронологическом порядке, что дает возможность проследить за ходом их развития, и в соответствии с разбиением на две группы : неинтервальные и интервальные методы. Для элементарной площадки d F ( рИС. i.iOa ) уравнения (I.4I) и (1.42) можно записать в виде Уравнения (1.57, 1.58) представляют собой систему однородных дифференциальных уравнений первого порядка.
Эта система решалась различными аналитическими /154,155,122,165,115,151/ и численными /115/ методами при условии Jl=con f . Для определения средней движущей силы процесса используются преимущественно решения : I. В.Нуссельта /155/ - Д.Смита /165/. Решение системы уравнений ( 1.57,1.58 ) при заданных начальных условиях выполнено в виде двойного бесконечного ряда Параметры потоков на выходе Ьг г и Ьг,2 можно получить после интегрирования ур. (1.59,1.60 ) как средние арифметические при ч- = Y и ос = Х" , соответственно. Среднедвижущая сила процесса, приведенная к разности потенциалов на входе, 2.-Д. Мэйсона /151/. Система уравнений (1.57, 1.58 ) преобразована в однородное дифференциальное уравнение второго порядка. Дифференцируя ур. (1.57, 1.58) по л. и V , соответственно, и складывая правые и левые части уравнений, получим Это уравнение может быть решено методами операционного исчисления, в частности, двойным преобразованием по Лапласу Используя безразмерные комплексы (1.54) и (I.6I), при тех же начальных условиях получаем Хотя оба приведенных решения употребляются в научной литературе в равной мере ( например, ряд (1.62) использован в ра-тах Д24,136,66/, ряд (1.65) - в /26;28,6бД решение Мэйсона обладает значительно лучшей сходимостью /13,66/. Недавно Б.С.Бакличем /ІЗ/ предложено новое, удобное для вычислений выражение, полученное им путем перегруппировки членов ряда (1.65) 1 где Jn. - модифицированные функции Бес селя а .-го порядка, которые могут быть рассчитаны на ЭВМ примерно за то же время, что и экспоненциальные функции. Поскольку вычисление рядов без применения ЭВМ трудоемко, для инженерной практики были разработаны различные диаграммы, позволяющие в явном или неявном виде рассчитать среднедвижущую силу процесса. Наиболее распространены диаграммы : легко убедиться в эквивалентности расчетных диаграмм. Однако, назначение указанных диаграмм различно. По диаграмме Боумана, Мюллера, Нэйджела определяется по-, правка X к среднелогарифмической движущей силе для условий противотока ft. . Такой подход основывается на следующих соображениях.
С термодинамической точки зрения противоточная схема контактирования является наиболее выгодной из возможных схем, и при заданных параметрах потоков коэффициент JC может служить мерой приближения интенсивности процесса при поперечном токе к интенсивности, достигаемой в случае противотока при тех же рабочих условиях ( для противотока X = I ). Диаграмма Кэйса, Лондона дает связку Е -//г. Параметр Е , является характеристикой эффективности процесса, т.е. отношением действительного перепада температур жидкости к предельному при противотоке При условии прямолинейности кривой равновесия на участке (t , "Ь\і) уравнение (1.68 ) соответствует ур. (1.68 ). Обращение к той либо иной расчетной диаграмме обуславливается решаемой конкретно задачей. /150/. При конструктивном расчете, состоящем в определении j(F) по известным параметрам потоков на входе и выходе аппарата, прямой расчет обеспечивает диаграммы (I) и (2). Использование связки Е - ( диаграмма (3)) более удобно при определении двзш неизвестных параметров потоков по известным параметрам и величине М7 . Хотя обращение к диаграммам несколько снижает точность вычислений, интерес к ним сохраняется и в настоящее время. Указанные диаграммы рекомендованы в качестве простого расчетного инструмента в фундаментальных трудах как по теплопередаче /56, 78,83,85,120/, так и по массопередаче / 95,118 /. Для упрощения расчетов, связанных с вычислением рядов, помимо диаграмм, были предложены некоторые аналитические выражения. Так, например, М.Е. Позин /96,97/, введя дополнительные допущения, получил
Развитие метода анализа процессов испарительного охлаждения воды при поперечном токе фаз
Расчетная процедура состоит из двух частей. В первой части определяется величина суммарного термического сопротивления си стемы Я2 ( Л/т) и рассчитываются поля температур и энтальпий потоков в плоскости насадки (рис.2.9). Вторая часть посвящена определению термических-сопротивлений каждой из фаз. Такой порядок расчета, характерный для разработанного метода анализа противоточного контактирования (раздел 2.1), обусловлен, прежде всего тем, что расчет фазовых сопротивлений возможен только при определенных условиях ( см. раздел 2.1.3 ). Оценка возможности расчета фазовых сопротивлений, проводимая по результатам I части, позволяет избавиться от многочисленных и бесполезных итераций, которые могут иметь место во II части расчета, если необходимые условия не соблюдены. В то же время, определение в I части значений параметров ±ж , hr , относящихся к ядрам потоков служит основой для дальнейшего расчета.
Допущения метода: - ячейка поперечноточного модуля условно рассматривается противоточной; - распределение потоков в объеме модуля равномерное, для каждой L -ой ячейки отношение расходов сЦг /drii = i em и равно первоначальному отношению 4 c/dr в целом для модуля. Изменение расхода d»c в процессе испарения не учитывается; - интенсивность процессов переноса для конкретных рабочих условий в плоскости насадки не изменяется, А/? СЯ5х Kh) = cd-ns . Кроме того, сохраняются допущения, присущие методу энтальпийно-го потенциала ( см. раздел I.I.I). Анализ способов усреднения движущей силы суммарного тепло-массопереноса ( см. раздел 1.2.2.2 ) показал, что при достаточ -но большом числе разбиений поперечноточного модуля m х а на элементарные ячейки, в ячейке допустимо упрощение схемы контактирования потоков. В соответствии с расчетной конечно-разностной схемой (рис.1.106), уравнениями (1.27), (1.52), (1.53) и с учетом среднеарифметического выражения движущей силы процесса в условно противоточной ячейке суммарное число единиц переноса Параметры насыщенного воздуха определяются по ур.(2.2), (2.3). Расчет начинается.с ячейки 1,1 ( рис.1.106), для которой известны параметры входящих потоков газа и жидкости ( ,1 , hr,i ). Задаемся в этой ячейке значением іул/2. в диапазоне температур ( iy ,i. , /w/4. ) и определяем коэффициент d. .
Значение коэффициента d сохраняется для каждой ячейки, поскольку величины с , /VT/1: постоянны для данных условий, в соответствии с принятыми допущениями. С помощью ур.(2.14) и балансового уравнения (1.40) рассчитываются текущие параметры / Первая часть расчета завершена при условии равенства средней расчетной величины температуры жидкости- на выходе из модуля экспериментальному значению. В противном случае необходимы итерации. При обращении к диаграмме "fc-h состояния влажного воздуха (рис.2.10) следует заметить, что угол наклона связывающей ли нии в , используемой в /175,138/, непостоянен. Число ST=i%} существенно изменяется от ячейки к ячейке. Настоящий вариант I части расчета можно модифицировать, используя ряд Мэйсона (1.65). Проведенное сопоставление расчетных методов (см. табл.1.2) показало практически те же результаты расчета / по предложенной конечно-разностной схеме ( Л/т ) и по ур. (1.65) с учетом поправки cfh ( -c.z ) Однако, при равенстве /V = A/T/Z расчетные поля параметров и Ьг не совпадают. Искажение полей параметров , Ьг при расчете по ур. (1.65, 1.77) происходит вследствие линеаризации участка кривой равновесия, соответствующего ширине зоны охлаждения. Ввод поправки (1.77), т.е. смещение линеаризованного участка, приводит к равенству- значений чисел единиц переноса. Поэтому в I части расчета значение A/z может быть определено без итерационной процедуры по ур. (1.65, 1.77), а поля температур ±ж и энтальпий hr должны рассчитываться по уравнениям конечно-разностного метода.
Разработка насадочных элементов с искусственной шероховатостью. Выбор высоты и шага ребер шероховатости
Основные требования, предъявляемые к материалу насадочных
элементов пленочных градирен: хорошая смачиваемость, минималь яая толщина листов при достаточной жесткости и прочности, малая масса, устойчивость к коррозии, долговечность при температуре воды до 60С, невозгораемость, гидрофильность и пр. К сожалению, ни один из материалов, применяемых в настоящее время для изготовления насадок, не обладает всеми перечисленными качествами. Традиционные материалы - дерево, абсоцементные листы, широко используемые при строительстве башенных градирен, не пригодны для создания компактной тепломассообменной аппаратуры, прежде всего, в связи с неудовлетворительными массогабаритными характеристиками.
Перспективным материалом является пластмасса. Пластмасса имеет малую плотность, химически инертна, не поддерживает накипь, не участвует в электролитических реакциях, не воспламеняется, легко принимает любую форму. Однако, пластмассовые листы плохо смачиваются водой (табл.П.8.3) и подвержены биологической коррозии. Плохая смачиваемость пластмасс приводит к тому, что вода, орошающая пластмассовые листы, не растекается сплошной пленкой, а стекает отдельными струями, в результате чего конструктивная (геометрическая) поверхность насадки используется неэффективно. В связи с этим для увеличения поверхности обмена специалистами США рекомендовано придание насадочным листам сложного профиля, способствующего перераспределению потоков /146/, в Чехословакии используют листы с искусственной повышенной шероховатостью /93/.
Биологическая коррозия пластмасс может достигать огромных масштабов. Так, в США /38/ существовала специальная комиссия, которая занималась проблемой разрушения микроорганизмами изделий из пластических масс и резины. На несколько месяцев были закрыты промышленные предприятия в Чехословакии в связи с по ражением плесенью пластифицированного поливинилхлорида, пластика, прессованных изделий из фенопластов, находящихся в среде с относительной влажностью 95% при температуре 30С /38/. Для предупреждения биологической коррозии необходим ввод в состав пластмасс специальных присадок (производные винила, производные трихлормеркаптанов и четвертичных нафтеловых солей аммония /75/.
В периодической зарубежной научной литературе постоянно появляются публикации о применении пластмасс при строительстве градирен /140,146,167,178/. Однако, в связи с высокой стоимостью пластмасс и необходимостью создания специальных материалов, пленочные пластмассовые насадки (в отличие от насадок капельного типа) еще не вышли из стадии экспериментальных работ /87/.
В течение последних 20 лет в СССР различными организациями изучалась возможность использования пластмассового листа в качестве насад очного элемента градирни. Научно-исследовательский институт пластических масс (НИИПМ) занимался отработкой технологии изготовления гофрированных насадочных-листов Из ударопрочного полистирола и полиэтилена высокой плотности /34/. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВНИИВОДГЕО) исследовались свойства стеклопластиков /31/. В Харьковском отделении Теплоэлектропроекта разработан и исследован хвойнофенольный стеклопластический материал ХФСМ-І /88/. Во ВНИИНефтехиме создавался специальный материал - листовой винизол на основе поливинилхлорида с добавлением различных компонентов, в частности, силизола (сланцевая зола), вводимого для создания смачиваемой поверхности /52/. Однако, до сих пор нет приемлемого серийно выпускаемого материала для насадочных эле ментов градирен. Листы винизола и ХФСМ-І имеют существенную толщину 4...5 мм. В результате испытаний ХФСМ-І в течение месяца было обнаружено выделение на поверхности образцов вязкой желтой массы /88/.
В отсутствие заинтересованного ведомства, способного координировать работы по исследованию и разработке современной компактной аппаратуры испарительного охлаждения, некоторые организации - Центральный научно-исследовательский и лроектно-кон-структорский институт промышленных зданий и сооружений (ЦНИИ-промзданий), Всесоюзный научно-исследовательский институт холодильной промышленности (ВНИХИ) - пошли по пути использования в качестве рабочих поверхностей градирен (РН) таких материалов, как: крафт-бумага, выпускаемая для упаковки хрупких изделий; мипласт для разделительных пластин аккумуляторов.
Применение бумажных блоков (крафт-бумага, пропитанная эпоксидной смолой ЭД-6) в качестве насадок градирен не нашло широкого распространения. Ввиду отсутствия должной технологии пропитки, такие насадки недолговечны.
Распределение жидкостного потока в насадоч-ном слое в зависимости от типа насадки и плотности слоя. Гидродинамические зависимости
При исследовании характеристик поперечноточных РН необходима информация о распределении контактирующих потоков в насадочном слое. Равномерное орошение верхнего торца РН не гарантирует неизменности расхода d . в каждом канале насадки. Газовый поток, движущийся перпендикулярно жидкости, может существенно перераспределять жидкостной поток, захватывая на своем пути часть жидкости. .
Значительный снос жидкости в направлении движения газового потока характеризует наиболее неблагоприятную гидродинамическую обстановку в слое. Так как при непосредственном контакте с жидкостью газ насыщается ее парами, то, в данной ситуации, к обработке основной массы жидкости газ приступает только в конце ЕВОЄГО пути, располагая при этом существенно меньшим потенциалом. Таким образом, из-за неэффективного использования движущей силы массопереноса резко снижается интенсивность ис- . парительного охлаждения воды, ухудшаются в целом кинетические характеристики РН.
В связи со сложностью организации локальных замеров расхода жидкости в объеме насадочного слоя, о распределении потока в слое можно судить по картине распределения жидкости по длине насадки на выходе из экспериментального модуля. Для этого был использован блок замера расхода (см. раздел 3.2), позволяющий с помощью специальных-карманов осуществлять отборы жидкости в пяти точках по длине модуля. Также фиксировался выброс жидкости за пределы модуля (унос).
Исследование было выполнено во всем диапазоне нагрузок по газу и жидкости. На рис. 4.23 приведены данные по удельному расходу воды J- c,i = (( / дж. )Ю0# ( і - номер водосборного кармана, G i - абсолютное значение расхода воды в і -ом кармане ). Рис. 4.23а дает представление о качестве работы водораспределителя. Равномерность орошения обеспечивалась с отклонениями - 5%.
Экспериментальные данные по распределению Ч»с в исследованных насадках РНСІ...УП) приведены на рис. 4.236,в,г.
Влияние плотности слоя можно проанализировать на основе данных, полученных для насадок PHI ( d3 = 6,9 мм, f .n.=38I и/м3) и PHII ( d-з = 17,0 мм, +к.п.= 174 м2/м3), составленных из одно-типных листов мипласта ( см.рис.4.236 и рис.4.23в, соответственно). Насадка PHII с менее плотным слоем выгодно отличается от PHI, обеспечивая практически равномерное распределение жидкости.
Также равномерно распределяется жидкость по каналам насадок РН(Ш...У1) с элементами другого типа, но имеющих близкие по отношению к PHII, геометрические показатели. Элементы этих насадок представляют собой гофрированные листы алюминиевой фольги,, причем, если элементы РН/Ш...У) - элементы типа "двойной прямой риф", то листы РНУІ имеют простое одинарное рифление. То есть, при достаточно свободном слое РН различный тип их элементов не оказывает заметного влияния на распределение жидкости. Однако, в зависимости от варианта компоновки одних и тех же элементов, при сохранении одинаковых значений d. , Ік.і\. (РНУІ и РНУІІ) распределение жидкости может существенно измениться.
Горизонтальное расположение элементов РНУІІ по основному гофру способствовало резкому сносу жидкости. Так, при скорости газового потока 4s/г У/ 2,5 м/с в последний (пятый) водосборный карман сливается 65....80$ всей жидкости. Значительная часть конструктивной поверхности этой насадки не орошается (рис.4.23г). В результате проведенного анализа можно сделать следующие выводы: 1) насадки PHI и РНУІІ из-за существенного сноса жидкости непригодны для создания эффективной тепломассообменной аппаратуры; 2) в насадках РН(П...У1) обеспечивается практически равномерное распределение жидкости.
Таким образом, дальнейшее исследование было направлено на изучение рабочих характеристик РН(П...У1).
Снятие гидродинамических характеристик проводилось параллельно с исследованием распределения G c . Поэтому данные по ДР получены для всех насадок.
Гидравлическое сопротивление насадки PHI велико и составляет в диапазоне Vr = I...4 м/с 200...1000 Па (рис.4.24), что неприемлемо для аппаратуры широкого назначения (вентиляторные градирни, пленочные абсорберы и др.).
