Методика расчета эффективности оросителей промышленных градирен

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика расчета эффективности оросителей промышленных градирен

Введение

Градирня представляет собой испарительный тепломассообменный аппарат открытого типа и широко применяется в водооборотных системах с целью охлаждения оборотной воды промышленных предприятий [1]. Эффективность охлаждения воды в градирнях, в основном определяется их оросительными устройствами, которые необходимы для обеспечения надлежащего контакта водного и воздушного потоков [2].

В настоящее время в России и многих зарубежных странах многочисленными фирмами предлагаются к использованию полимерные оросители градирен различных видов и конструкций.

Известные методики расчета основных технологических характеристик контактных устройств градирен содержат достаточно сложный математический аппарат, основываются на ряде существенных допущений и зачастую с большой долей погрешности позволяют решать инженерные задачи как при проектировании аппаратов воздушного охлаждения, так и при их реконструкции.

Таким образом, создание математической модели для определения технологических характеристик оросителей, наиболее полно описывающей процесс охлаждения оборотной воды в тепломассообменных аппаратах открытого типа, позволяющей с достаточной степенью точности решать инженерно-технические задачи, является весьма актуальной.

Результаты и их обсуждение

С целью разработки более совершенной методики расчета эффективности оросительных устройств в первом приближении градирню представим в виде теплообменного аппарата, в котором теплоноситель - вода передает тепло охлаждающему агенту - воздуху путем непосредственного контакта.

Баланс тепла, отдаваемого в градирне водой и воспринимаемого воздухом, представляется в следующем виде:

,(1)

Материальный баланс определяется соотношением:

(2)

При тепловом расчете градирни первоначально задаются расходом и атмосферными параметрами воздуха, а конечные параметры t₂, i₂, х₂ остаются не известны. Уравнений (1) и (2) для определения этих параметров не достаточно, поэтому необходимо получить уравнение процесса тепломассообмена между водой и воздухом в объеме оросителя градирни.

Для элементарного объема оросителя dV с единичной площадью и высотой dh имеем:

(3)

Первое слагаемое определяет количество теплоты, передаваемое от воды к воздуху теплообменом, а второе в процессе испарения воды. Количество испарившейся жидкости определяется выражением:

(4)

Решая совместно уравнение (3) и (4) получим:

(5)

Будем полагать, что совместные процессы тепло и массообмена протекают в градирне при условиях, удовлетворяющих аналогии между ними, т.е. когда выполняется соотношение Льюиса:

,(6)

С учетом выражения (6), получим:

(7)

Уравнение (7) с учетом зависимостей, характеризующих свойства влажного воздуха:

(8)

(9)

(10)

(11)

можно привести к виду:

(12)

или

(13)

Левую часть уравнения (1) можно записать в виде

(14)

где , (15)

тогда

(16)

Как следует из анализа экспериментальных данных для широкого класса оснастки влагосодержание воздуха и его температуры в объеме оросителя изменяется по степенным законам.

(17)

,(18)

где ; ; (19)

Константы a и b определяются экспериментально для каждого типа оросителей. Соотношение (17) и (18) позволяют вычислить интеграл (13).

(20)

Вычисляя интеграл (20) получим:

(21)

Приравнивая правые части уравнений (13) и (14), получим

, (22)

где ; (23)

.(24)

С учетом соотношений (19) и (24) выражение (23) примет вид:

(25)

Из уравнений (22) и (25) можно определить объем градирни

(26)

Объемный коэффициент массоотдачи в_xv определяется по зависимости:

(27)

которое аппроксимируется соотношением

,(28)

Зависимость (28) можно представить в виде

,(29)

Учитывая, что

,

(30)

и решая совместно (26) и (28) получим выражение для критерия Меркеля

,(31)

в котором k вычисляется по формуле (15), а ?i по формуле (25).

Выражение

или

(33)

позволяет по экспериментальным данным определить значения констант А и m для любого типа оросителей.

Отсюда

(34)

Выводы

Предложена методика по которой можно производить сопоставительные расчеты охлаждающей способности оросителей различной конструкции и при различных режимах работы градирен.

Условные обозначения

С_ж - удельная теплоемкость воды;

G_ж - гидравлическая нагрузка на градирню;

t₁ - температура воды на входе в градирню;

t₂ - температура воды на выходе из градирни;

G_и - количество испарившейся воды;

G_в - расход воздуха;

i_1, i₂ - удельные энтальпии воздуха в ядре потока при входе в градирню и на выходе;

х₁, х₂ - влагосодержание воздуха на входе и выходе из градирни;

i_п^” - энтальпия пара при температуре воды t₁;

б - коэффициент теплоотдачи;

? - температура атмосферного воздуха по сухому термометру;

в _xv - объемный коэффициент массоотдачи отнесенный к разности влагосодержаний;

x^” - влагосодержание насыщенного воздуха при данной температуре;

С_вл - удельная теплоемкость влажного воздуха;

V - объем градирни;

- отношение массового расхода воздуха к расходу воды;

А - эмпирический коэффициент, характеризующий влияние конструктивных особенностей оросителя на его охлаждающую способность;

M - показатель степени, определяющий зависимость объемного коэффициента массоотдачи от изменения отношения массового расхода воздуха к расходу воды.

Благодарности

Исследования проводятся в рамках реализации федеральной целевой программы «Науч-ные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (Договор № П 358 от 30 июля 2009).

Литература

градирня промышленный водоснабжение

1. Кучеренко Д.И., Гладков В.А. Оборотное водоснабжение. М.: Стройиздат. 1980. 168с.

2. Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат. 1998. 376с.

Размещено на Allbest.ru