Введение к работе
Введение. .
Теоретические модели и инженерные метода расчета процессов тепломассообмена при физической абсорбции и конденсации составляют важный раздел технической. теплофизики многокомпонентных двухфазных сред с . физико-химическими превращениями. В диссертационной работе, развивающей это направление, на сформулированных . модельных задачах теории тепломассообмена исследуется влияние различных, физических факторов на эффективность переноса тепла и массы при абсорбции и конденсации. Для большей части рассматриваемых задач строятся, точные или.приближенные аналитические решения.. Ряд результатов получен на базе численных расчетов. Эти-результаты используются для создания'или модификации методик'расчета тешюмассообменных аппаратов-на приемлемом для инженерной практики уровне. Актуальность проблемы. .Процессы- абсорбции и, конденсации имеют самое'широкое распространение в энергетике, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой' и других -отраслях промышленности. Особый интерес для современной ' энергетики представляет разраиотка и внедрение абсорбционных тепловых преобразователей (тепловых насосов и ' холодильных- машин), . имеющих в качестве составных частей и абсорбер, и. конденсатор. Интерес к 'таким устройствам связан с их способностью утилизировать сбрасываемое тепло различных производств, а также низкопотенциальное тепло экологически.чистых естественных источников (солнечный батареи, геотермальные источники) для теплоснабжения или получения холода Современные тенденции к созданию высокоэффективных аппаратов, -а также поиски новых рабочих-.веществ-.делают' актуальными .исследования, направленные' на создание и- совершенствование методов расчета процессов -тепломассопероноса ь таких'аппаратах на основе построения физически обоснованных моделей.
К моменту начала Данной ' работы большинство моделей физической абсорбции носило иолуэмпирический - характер и ограничившись только рассмотрением ііроцисоа . масс-оіюриііоса (изотермическая абсорбция). Влияние тепловыделения и содержания ' не абсорбируемых- примесей не учитывалось, хотя' именно „эти факторы ' являются 'определяющими в условиях работы. большинства .реальных абсорбционных аппаратов, особенно абсорберов,тепловых насосов и
холодильных машин.
Уровень методик расчета тепломассопереноса при конденсации значительно отставал от представлений о процессе, полученных к тому времени ь экспериментальных исследованиях.
Цель работы состояла в том, чтобы включить в расчетные методики учет различных, определянщих процессы неизотермической абсорбции и конденсации, факторов, которые ранее не учитывались. К числу таких факторов относятся тепловыделение при абсорбции, содержание инертных примесей в парогазовой среде при конденсации и абсорбции, условия теплообмена в межтрубном пространстве при конденсации на пучках труб1, режимы.течения жидкости и т. д.
, Естественным методическим подходом здесь стало построение
простых физических моделей и исследование на ях основе влияния
того или иного фактора. Полученные на основе таких моделей
решения в виде критериальных соотношений затем включались в
"качестве составных частей в расчетные методики.
. Обоснованность предложенных моделей . и . достоверность полученных результатов по абсорбции подтверждены многочисленными теоретическими и экспериментальными исследованиями других авторов: А.П.Бурдуков,. А.Р.Дорохов, Н.С.Буфетов, Паниев Г.А.' (1977-1994), G.Grossman (1983-1994), 1edema P.D. (1986), H.Le 'Goff, A.Ramadane, P.Le Golf (1985), B.I.C.Wekken, R.H.Wassenaar (1994), G.R.Iyer, T.Setoguchi, H.Perea-Blanco (1993)." Результаты расчетов но конденсации соответствуют надежным экспериментальным данным И.М.Гогонина и В.М.Соеунова (1977-1990).
Научная новизна. В работе получены и выносятся на защиту .следующие новые научные результаты:
модель тепломассопереноса при абсорбции пара шш газа жидким раствором,учитывающая эффект тепловыделения при абсорбции;
точные решения задач о неизотормической абсорбции на ламинарной пленке, цилиндрической струе, сферической капле и из сферического пузыря,полученные в рамках предложенной модели.
- автомодельные рішення на начальном участке ь задаче о пленочной абсорбции и на малых временах контакта фаз в задачах со сферической межфазной границей;
- постановка и приближенное решение задачи о тешюмаесопе-
реносе в жидкой и газовых фазах при неизотермической пленочной .
абсорбции из смеси, содержащей неабсорбируемый компонент;
аналитические решения задачи о тешюмассопереносе при пленочной абсорбции с учетом изменения толщины пленки для начального участка и участка с линейным профилем температуры;
модифицированная методика расчета теплообмена при конденсации неподвижного пара на вертикальной поверхности, учитывающая существование квазиавтомодельной области теплообмена;
методика расчета теплообмена при конденсации неподвижного пара на пакете горизонтальных труб;
методика расчета тепломассобмена при конденсации движущегося пара, содержащего неконденсируемые примеси, на пакете труб.
Практическая значиыость и реализация. Результаты работы используются при расчете коэффициентов тепло и массоотдачи в процессе абсорбции в аппаратах пленочного и оросительного типа для систем с тепловыделением и в присутствии неабсорбируемых примесей в газовой фазе. Системы определяющих критериев включены в обработку экспериментальных данных. Комплексы, учитывающие тепловыделение при абсорбции, оказались полезными для априорной оценки эффективности процесса абсорбции при выборе новых абсорбентов. Это подтверждается включением основных результатов диссертации в справочники и монографии, перечень которых приведен в конце реферата, а также справками об использовании полученных.в диссертации результатов.
Методика расчета тепломассообмена при конденсации на пакетах труб была разработана по заказу п/о "Кировский завод" и Технологического университета растительных полимеров (Санкт-Петербург).
Апробация работы. Основные результаты докладывались на научно- техническом совещании "Основные направления развития и совершенствования холодильных машин", Москва, 1976; на Второй Всесоюзной научно- технической . конференции по холодильному машиностроению: Мелитополь, 1978; на теплофизических семинарах, Новосибирск, 1972, 1978, 1994; на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы использования вторичішх энергоресурсов химических предприятий для Получения холода, тепла и электроэнергии", Ленинград, 1979; па Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности процессов и оборудования холодильной и криогенной техники",
"Ленинград, 1981; на Всесоюзной конференции "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации", Рига, 1982, 1.984; на Минском международном форуме "Тепломассообмен - ММФ", 1988; на/VI Международной летней школе "Моделирование тепло- и массообменных процессов,'химических и биохимических реакторов", . Болгария, Варна, ' 1989; на .Восьмой Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в. энергетических .машинах и . аппаратах",* Ленинград, 1990;- 'на' Всесоюзном ' совещании "Расчет -и конструирование энергооборудования с конденсацией, -пара"; Ленинград, 1990; на Первой Российской национальной конференции по теплообмену, Москва, .1994.
Структура и объеы работы, диссертация состоит из введения, ' двух частей, содержащих 9 глав, заключения, списка литературы. Материал изложен на 263 страницах и включает 52 рисунка.