Введение к работе
Актуальность темы. Задача утилизации вторичных энергоресурсов в виде сбросного тепла низкого потенциала является одной из определяющих современную стратегию энергопотребления, значение которой в перспективе будет всё более возрастать. Эта задача может быть решена только при наличии специальных технических средств, к числу которых относятся и абсорбционные бромисто-ли-тиевые холодильные машины (АБХМ).
В силу ряда объективных причин (минимизация необратимых термодинамических потерь, гидравлического сопротивления и т.п.) в АБХМ применяют оросительные или, точнее, тонкоплёночные аппараты, в которых осуществляются процессы испарения, конденсации, абсорбции и десорбции водяного пара из водного раствора бромистого лития. Процессы переноса массы для всех этих случаев осуществляются в тесной взаимосвязи с тепловыми процессами. Известные в литературе методы расчёта процессов тепломассопереноса не учитывают их взаимосвязи и взаимообусловленности и основаны в основном на использовании уравнении материального и теплового баланса.
Необходимость учёта в методиках расчёта процессов абсорбции или десорбции кинетики взаимосвязанных процессов тепло-и массопе-реноса диктуется практическими потребностями конструирования АБШ в плане обеспечения оптимальной компановки трубных пучков и расчётных режимов работы.Кроме того, исследование процессов тепломассопереноса в тонких плёнках позволяет выявить новые Физические факторы, существенные для этой области знаний. Это касается влияния волн на поверхности плёнки на механизм тепломассопереноса, особенностей тепло-и массообмена на начальном участке, термо-и массокапиллярной неустойчивости тонких плёнок жидкости.
Выявление общих физических законов совместного тепло-и массоперекоса в тонких плёнках яидкости, методологически основанное на экспериментальном изучении этих процессов с привлечением для последующего анализа теоретических результатов позволяет наиболее эффективно решить задачу создания инженерных методов расчёта элементов АБХЫ.
Цель тззботы. На основе экспериментального изучения и теоретического анализа совместного тепло-и массоперекоса в стекающих тонких плёнуах яидкости получить обобщённые зависимости для расчёта
совместного тепло-и массопереноса в процессах абсорбции и десорбции водяного пара в элементах АБХМ; исследовать влияние термокапиллярной неустойчивости на гидродинамику и тепломассообмен в тонких плёнках жидкости; разработать методику расчёта изменения концентрации раствора в абсорбере АБЖ; экспериментально исследовать возможность интенсификации процессов совместного тепломасеопере-носа, в том числе, при использовании пенного режима.взаимодействия газа и нидкости.
' Научная новизна. Впервые в широком диапазоне определяющих параметров получены экспериментальные данные по локальным и интегральным характеристикам совместного теплоыассопереноса в процессе абсорбции водяного пара водным раствором бромистого лития при его стеганки тонкой плёнкой по наружной поверхности вертикальной и Горизонтальных труб. Полученными данными подтверждено наличие в случае вертикальной поверхности двух характерных участков - начального и стабилизированного. Последний характеризуется постоянством по длине участка коэффициентов тепло-и массоотдачи. Для процессов совместного тепломассспереноса этот.факт установлен впервые.
Для объяснения автомодельного характера закона тепло-и массооб-мена на стабилизированном участує предложена гипотеза о существовании внутреннего линейного параметра при лашнарно-волновых режимах течения тонких плёнок кидкоети, который отондестзляется с длиной волны. При обобщении экспериментальных данных по тепло-и шссопереносу на стабилизированном участке показана необходимость учёта долевого вклада начального термического участка и участка с установившемся профилем температуру. При сделанных предположениях результаты обобщения экспериментальных данных подтверждаат возможность учесть в теории массопереноса влияние неизотермичности процесса при помощи корректирующего параметра М, впервые полученного в теоретических работах В.Е.Накорякова и К.П.Григорьевой.
Исследованы основные закономерности термокапиллярного разрыва тонких плёнок нидкости при их нагреве. Для критического теплового потока, при котором происходит дестабилизация (разрушение) плёночного режима, получены предельные по параметру недогрева зависимости.
Получены экспериментальные данные по теплообмену у цилиндрическому элементу в пенном слое з условиях совместного тепломассопере-носа. В автомодельной области, где коэффициент теплоотдачи не зависит от скорости газовой (базы, установлена его зависимость от плёночного числа К .
Полученные обобщённые закономерности совместного тепломас сопереноса использованы при разработке метода расчёта изменения концентрации в абсорбере АБХМ, учитывающего влияние основных параметров процесса (плотности орошения, начальной температуры раствора, давления водяного пара). Автор защищает.
-
Результаты экспериментальных исследований совместного теп-ло-и маесопереноса при абсорбции водяного пара водным раствором бромистого лития при его стекании плёнкой по горизонтальным и вертикальным трубам, а такке при абсорбции в пенном слое. Результаты экспериментальных исследований критических тепловых потоков в стекающих плёнках жидкости.
-
Подход к обобщений экспериментальных данных по тепло-и массопереносу в тонких пленках жидкости для ламинарно-волновых режимов, основанный на использовании ламинарных пленочных моделей и внутреннего линейного масштаба волнового процесса - длины волны. Закономерности теплообмена к тонкий плёнкам'жидкости при нагреве, , испарении и конденсации и систему безразмерных параметров, в которых построена карта режимов теплообмена.
-
Результаты обобщения- экспериментальных данных по критическим тепловым потокам в стекающих плёнках жидкости.
-
Подход к обобщенна экспериментальных данных по теплообмену от цилиндра к пенному слою в автомодельной области в основе которого лехит учёт капиляарно-ьязкостнкх свойств газожидкостной системы и особенностей формирования плёнки жидкости на поверхности теплообмена в пенном слое.
5,- Метод расчёта изменения концентрации раствора бромистого лития в процессе абсорбции водяного пара и полученные при этом простые аналитические зависимости.
Практическая ценность.
-
Результаты выполненных исследований вошли б научно-технк-ческие отчёты по темаи FTI58-75-4, $1158-78-9 тематического плана СКВ "Знергохиммаш" (1975, 1978 гг.) и переданы для использования в Бердский Филиал НПС Техэнергохимпром".
-
Результаты исследований критических тепловых потоков при стекании тонких плёнок вошли в справочное пособие (Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление:Справочное пособие. - М.:Энергоатоииздат, 3990.- 367 с).
-
Результаты исследований теплообмена в тонких плёнках жид- кости вошли в монографию (Гогокин И.К.,Жеыагин И.А.,Будов В.Ы., Дорохов А.Р. Теплообмен при плёночном кипении и плёночной конденсации,- М.:Энергоатомиз дат, І99Т.).
-
Результаты исследований совместного тепломассопереноса использованы з учебном процессе по курсу "Энерготехнологические процессы и установки" (лекционный материал и методические указания к практическим занятиям для специальности "Теплофизика").
-
Полученные обобщённые зависимости и метод расчёта изменения концентрации раствора при абсорбции рекомендуются к использованию как на этапах конструкторского расчёта АБХЫ, так и в оптимизационных расчётах.
-
Опубликованные по теме диссертации работы переведены в США з журналах: Fluid Meckunici -Soviet Кі*ато&.-W?,V.I,jV7; hsz, v.-h, на; 132 3, v. іг,м z; HecttTranifoz -Soviet е<е«гс4. - ^гг, v.-H.MJ; /Щ
Апробация -работы. Работа докладывалась: на 21 Сибирском тепло-йизическом семинаре "Теплообмен и гидрогазодинамика при кипении и конденсации (17-19 октября 1978 г.), Новосибирск,I97S і на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы использования вторга-ных энергоресурсов химических предприятий для получения холода, тепла и электроэнергии" (16-18 октября J979 г.), Ленинград, 1979; на б-ой Всесоюзной конференции по тепломассообмену "Тепломассообмен - УТ", Минск, ТЭ80 г.; на 7-ом Семинаре к.абедр и групп теплодизи-ческого профиля вузов Сибири и Дальнего Востока (9-12 сентября ТЭ90г.), Новосибирск,1990.
Объём -работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Содержит 281 стр., в том чиле 81 рисунок, 26 таблиц и списка цитированной литературы из ГЗІ наименования.