Введение к работе
Актуальность проблемы. Расход воды промышленными и энергетическими предприятиями Российской Федерации исчисляется сотнями кубических километров в год. Преобладающая доля этого расхода воды используется для целей охлаждения, то есть отведения тепла из производственных аппаратов. Охлаждающая вода используется на предприятиях как для непосредственного осуществления технологического процесса, например, для сжижения продуктов химического производства, использования в оборотных системах водоснабжения или для конденсации отработавшего пара после расширения в паровых турбинах предприятий, ТЭС и АЭС, так и для предотвращения быстрого износа элементов оборудования под действием высоких температур, например, кладки производственных печей или цилиндров компрессоров.
В настоящее время наиболее экономичным способом отвода низкопотенциального тепла от технологического оборудования в интервале температур от 40 до 50С является охлаждение с использованием оборотной воды, которая охлаждается в градирнях. Наибольшее распространение получили противоточные насадочные градирни. В период с 1960 по 1990 г. в нашей стране градирни строились преимущественно по типовым проектам. В качестве материала для изготовления насадок использовалась древесина, а позже - асбестоцемент. Однако при привязке к местным условиям строительства и эксплуатации градирен не всегда обеспечивалось высокое качество типовых проектов. После перехода организаций на рыночную экономику градирни стали строить только по специальным проектам применительно к каждому конкретному объекту. Для повышения экономической эффективности и увеличения срока службы насадок их стали изготавливать из полимерных материалов. Возникла потребность в реконструкции и модернизации старых градирен, построенных по типовым проектам. Разработка и внедрение новых высокоэффективных насадок из полимерных материалов позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты всей системы в целом за счёт облегчения несущих конструкций, сокращения потребного объёма насадки, снижения затрат на электроэнергию и водоподготовку вследствие увеличения зоны охлаждения и снижения расхода оборотной воды.
Таким образом, совершенствование конструкций насадок для градирен является актуальной задачей.
Наибольший вклад в изучение гидродинамических и тепломассообменных характеристик насадок внесли следующие учёные и специалисты: Берман Л.Д., Рамм В.М., Льюис В.К., Меркель Ф., Поппе М., Жаворонков Н.М., Аэров М.Э., Левич В.Г., Олевский В.М., Пономаренко B.C. и другие.
Объектом исследования является насадка, как основной технологический элемент насадочного тепломассообменного аппарата -градирни.
Предметом исследования являются основные закономерности гидромеханических и тепломассообменных процессов, протекающих в объёме насадки.
Цель работы. На основе анализа существующих конструкций разработать высокоэффективную насадку для интенсификации процессов тепло- и массообмена при испарительном охлаждении оборотной воды в градирнях.
Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи.
-
Разработка новой конструкции регулярной сетчатой насадки с улучшенными характеристиками по отношению к известным насадкам.
-
Экспериментальное исследование гидродинамических и тепломассообменных характеристик новой насадки.
-
Получение обобщённых зависимостей для расчёта гидродинамических и тепломассообменных характеристик насадки по результатам экспериментальных исследований.
-
Разработка компьютерных программ для автоматизации обработки экспериментальных данных, проведения расчётов площади орошения градирни и определения наиболее рациональной скорости воздуха, проходящего через градирню.
-
Сравнительный анализ новой и существующих современных конструкций насадок по различным параметрам.
Научная новизна
1. Экспериментальные результаты исследования гидродинамических и тепломассообменных характеристик новой сетчатой насадки.
-
Установленный экспериментальным путем эффект распределения новой сетчатой насадкой жидкости по высоте слоя под углом 120 не зависимо от плотности орошения.
-
Обобщение экспериментальных результатов исследования гидродинамических и тепломассообенных характеристик в виде эмпирических зависимостей.
Практическая значимость
-
Разработана новая конструкция регулярной сетчатой насадки, защищенная патентом РФ на изобретение (получено положительное решение о выдаче патента по заявке №2010111894).
-
Разработана методика расчёта градирни с регулярной сетчатой насадкой.
-
Передана техническая документация в научно-производственные фирмы "ТЕХЭКОПРОМ", "ЭИТЭК" и "GEA Polacel" для внедрения в производство новой регулярной сетчатой насадки.
-
Результаты работы использованы при выполнении госконтракта №16.525.11.5003.
На защиту выносится
-
Конструкция новой регулярной сетчатой насадки.
-
Результаты экспериментальных исследований структуры течения жидкости по насадке.
-
Результаты экспериментальных исследований и эмпирические зависимости для определения гидродинамических и тештомассообменных характеристик насадки.
Апробация работы и научные публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции студентов и молодых ученых МГУИЭ - 2010 и 2011; Konferencijus «Silumos energetika ir technologijos» Литва, Каунас - 2010; на XLVIII международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»; на X Международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития».
По теме диссертации опубликовано 5 статей в журналах из списка рекомендованных ВАК РФ, 2 доклада и 2 тезиса докладов. Достоверность полученных результатов подтверждается тем, что они не противоречат основным физическим законам, использованием сертифицированного лабораторного оборудования и поверенных средств
контроля, корректностью обработки результатов и проверкой
промышленной практикой.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа
содержит 153 страницы основного текста, включая 52 рисунка и 7 таблиц,
и 14 страниц приложений. Список литературы содержит 150
наименований.
