Введение к работе
Актуальность работы. Широкое применение градирен обусловлено необходимостью охлаждения огромного количества оборотной воды, применяемой в основных технологических процессах строительной, химической, нефтегазовой, машиностроительной, энергетической, металлургической, атомной и других отраслях промышленности. Оборотная вода применяется в качестве хладагента для охлаждения технологического оборудования (при активном выделении тепловой энергии). Нагретая при прохождении рабочего цикла вода охлаждается в градирнях. Градирни - аппараты охлаждения воды атмосферным воздухом. Они предназначены для съема низкопотенциального тепла в системах оборотного водоснабжения.
Эффективность работы градирен всецело зависит от качества насадочного устройства (оросителя), создающего развитую поверхность контакта фаз и благоприятные условия проведения процесса, при минимальных аэро- и гидродинамическом сопротивлении и достаточной удерживающей способности по жидкости.
Всесторонний анализ работы градирен возможен только при наличии адекватной физико-математической модели аэро- и гидродинамики и процессов тепломассообмена протекающих в оросителе.
Диссертационная работа посвящена разработке физико-математической модели расчета и проектирования градирен на основе экспериментальных данных, в области гидродинамики и тепло-массообмена для используемых и вновь разрабатываемых перспективных насадочных устройств.
Целью работы является совершенствование работы промышленных градирен для локальных и магистральных систем оборотного водоснабжения строительной индустрии. Для достижения вышеуказанной цели были поставлены следующие задачи:
получение экспериментальных данных по гидродинамическим особенностям и интенсивности тепло- и массопередачи в насадочных устройствах (оросителях);
создание физико-математической модели для расчета и проектирования промышленных градирен;
разработка и создание новых высокоэффективных и технологичных насадочных устройств;
разработка новых технических решений для повышения эффективности работы градирен и систем оборотного водоснабжения в целом;
улучшение экологических показателей локальных систем оборотного водоснабжения.
Основная идея работы — совершенствование работы промышленных градирен, на основе новых сетчатых насадок и разработка методики их расчета и проектирования.
Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, экспериментальные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики, математическое моделирование.
Достоверность результатов исследований подтверждается применением классических методов исследования, применением известных методов обработки экспериментальных данных с помощью ЭВМ. Разработанная математическая модель процесса испарительного охлаждения для градирни с капельным орошением подтверждена на практике лабораторными исследованиями.
Научная новизна работы:
создана физико-математическая модель для расчета градирен с сетчатыми насадками с регулируемыми удельной поверхностью и порозностью и проектирования их на заданную производственную мощность;
разработана методика расчета коэффициентов тепло- и массопередачи на основе экспериментальных данных с учетом гидромеханических особенностей структуры потоков в сетчатых насадках с регулируемыми параметрами;
получены критериальные зависимости гидродинамических характеристик, для оптимальных параметров порозности и удельной поверхности регулируемой сетчатой насадки.
Практическое значение работы:
Разработана экспериментальная установка для исследования свойств насадочных устройств промышленной реализации испарительного охлаждения, в области гидродинамики и интенсивности тепло- и массообмена, необходимых для проектирования и расчета градирен на производственную мощность. Разработаны перспективные сетчатые насадочные устройства с регулируемыми параметрами для создания развитых условий и поверхности контакта фаз.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методики технологического расчета использованы при создании проектов по реконструкции градирни, для локальной системы оборотного водоснабжения охлаждения компрессорных установок Приволжского филиала ОАО «ФПК», г. Волгоград (Подразделение ОАО «РЖД»).
Материалы диссертационной работы использованы кафедрой ПАХП ГОУ ВПО Волгоградского государственного технического университета в учебном процессе при подготовке магистров по специальности 241000.68 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».
На защиту выносятся результаты теоретических и экспериментальных исследований:
результаты экспериментальных исследований в области гидродинамики и тепло- и массообмена в насадочных устройствах градирен;
структура физико-математической модели для описания процессов тепло- массопередачи и гидромеханических особенностей структуры потока, для сетчатой насадки с регулируемыми параметрами;
методика расчета промышленных градирен;
технические решения по повышению эффективности градирен и систем оборотного водоснабжения в целом.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: III Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (г. Казань, 2012 г.); X международной заочной научно-практической конференции «Инновации в науке». (г. Новосибирск, 2012 г.); XI международной заочной научно-практической конференции «Инновации в науке». (г. Новосибирск, 2012 г.); I инновационной выставке достижений молодежи Волгоградской области, направление «Энергетика» (г. Волгоград, 2011 г.); XVI Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области, направление «Химия, химические процессы и технологии» (г.Волгоград, 2011 г.); выставке I Волгоградского молодежного инновационного конвента (г. Волгоград, 2010 г.); студенческой международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия» (г. Новосибирск, 2011 г.).
Публикации.
Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 17 работах, в том числе в 4 статьях, в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, 4 патентах и материалах 3 международных конференций.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 135 страниц, в том числе: 104 страницы - основной текст, содержащий 15 таблиц на 17 страницах, 23 рисунка на 22 страницах; список литературы из 152 наименований на 16 страницах, 4 приложений на 15 страницах.
