Научные основы современных технологий распыливания воды в системах вентиляции и кондиционирования воздуха

Рис. 16 ПВР на основе абразивных изделий ЧЦ для загрязненных жидкостей: а - с верхним отводом загрязнителя; б - с нижним отводом загрязнителя

Эффективность очистки от твердых частиц в образце ПВР из абразивного материала М10 с вкладышем-центрифугой по рис 16, а была экспериментально подтверждена на опытной установке при различных расходах воды и скорости вращения распылителя.

В заключение главы приводятся перспективные конструкции распылительных аппаратов на основе ПВР для тепловлажностной обработки воздуха (рис. 1719). Входы в отдельные устройства выполнены в виде раструбов с гладкой внутренней поверхностью, спрофилированной по расчетным очертаниям отрывных зон.

Если в схеме аппарата по рис. 18 в качестве вентилятора использовать его модернизированный вариант с пористо-волоконным дисковым распылителем, показанный на рис. 19,а, то можно получить конструкцию с двумя ступенями обработки воздуха - непосредственно в цилиндрическом корпусе аппарата и в его вентиляторном агрегате. В первой ступени (без рециркуляции воды) можно осуществлять политропные процессы с охлаждением и осушением воздуха (а также процесс пылеулавливания), во второй - увлажнение до требуемых конечных параметров.

Рис. 17 Схема аппарата с многоярусным ПВР

Рис. 18 Схема аппарата с инерционным каплеотделителем

Конструкция по рис. 19, а может использоваться в качестве самостоятельного увлажняющего аппарата, как в виде отдельного блока, так и в сети воздуховодов. При работе ПВР в виде широкого диска большого диаметра (более 350 мм) легко достигаются необходимые для «каплеобразования на зерне» окружные скорости вращения (3040 м/с) при доступных оборотах крыльчатки вентилятора в 25003000 об/мин. Это позволяет осуществлять тонкое распыление воды с образованием монодисперсных капель размером менее 1520 мкм, быстро испаряющихся на небольшом по протяженности участке траектории после вентилятора.

Рис. 19 Схемы аппаратов для увлажнения воздуха на основе ПВР: а - модернизированный круглый канальный вентилятор с функцией увлажнения (1 - двигатель с внешним ротором; 2 - войлочный диск, закрепленный на стенке крыльчатки; 3 - трубопровод для подвода воды); б - приточная установка с секцией увлажнения воздуха

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Установлено, что применение современных монодисперсных технологий распыливания воды с помощью ПВР в распылительных аппаратах систем вентиляции и кондиционирования может существенно повысить интенсивность и эффективность проведения процессов тепловлажностной обработки воздуха.

Анализ современного состояния теории и практики использования ПВР показал, что сегодня отсутствуют обоснованные физические представления и построенные на них математические модели каплеобразования на зернах наружной поверхности ПВР. Это сказывается на точности методик расчета дисперсных характеристик пористых распылителей и сдерживает широкое применение ПВР в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Экспериментально и численным расчетом исследованы закономерности каплеобразования на моделях зерен ПВР в виде цилиндров, конусов и сфер в поле силы тяжести, получены зависимости отрывных объемов капель от геометрии каплеобразующих элементов, расхода и свойств жидкости. Определены границы перехода от каплеобразования к струйному истечению.

Построена математическая модель динамики каплеобразования на зернах ПВР в поле центробежной силы, учитывающая структурные характеристики пористого материала, а также интенсивность течения жидкости через распыливающую поверхность ПВР. Разработан алгоритм численной реализации модели.

Составлена программа для расчета изменения формы капель во времени с визуализацией этого процесса на экране ЭВМ. Рассчитаны отрывные объемы капель при различных структурных, геометрических и режимных параметрах работы ПВР.

Установлено, что динамика каплеобразования определяется соотношением двух основных критериев и , характеризующих, соответственно, влияние центробежной силы и силы поверхностного натяжения жидкости на размеры капель в распыле ПВР.

Экспериментально подтверждена адекватность динамической модели реальному каплеобразованию на зернах ПВР в монодисперсном (капельном) режиме распыления.

На основе предложенной модели каплеобразования разработана методика инженерного расчета ПВР, позволяющая определять основные конструктивные и технологические параметры распылителя в зависимости от требуемого качества распыливания жидкости.

Предложен способ и ряд конструктивных вариантов ПВР, позволяющих нейтрализовать образование капель-спутников при работе в режиме монодисперсного распыления. В их основе лежит применение каплеобразователей в виде гибких упругих нитей, удерживающих на своей поверхности микрокапли при отрыве «основных» капель. Разработаны конструкции ПВР с вкладышем-центрифугой для работы с загрязненными жидкостями. Устройства защищены патентами и авторскими свидетельствами.

Результаты исследований характеристик ПВР из абразивного материала и их отдельные конструкции внедрены на действующих предприятиях МУП ПО «Казэнерго» г. Казань, ООО «Елабужское предприятие тепловых сетей» г. Елабуга, ОАО «Зеленодольское ПТС» г. Зеленодольск Республики Татарстан, ЗАОр (НП) «Поволжский фанерно-мебельный комбинат». Промышленная реализация ПВР в аппарате для очистки аспирационного воздуха и устройствах для доувлажнения воздуха в помещениях общественных и производственных зданий обеспечила высокую эффективность проведения тепловлажностных процессов и показала точность разработанной методики расчета распылителей.

Сформулирована и решена задача по определению очертаний вихревых зон на входе во всасывающие отверстия распылительных аппаратов в виде раструба. Определены характерные параметры этих зон при различных длинах и углах раскрытия раструбов. Профилирование входов по очертаниям свободных линий тока позволит существенно снизить энергоемкость распылительных аппаратов систем вентиляции и кондиционирования воздуха, а также уменьшит шум, создаваемый ими.

Разработан ряд энергоэффективных конструкций тепловлагообменных аппаратов на основе ПВР для систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Входы в аппараты имеют гладкую внутреннюю поверхность, спрофилированную по расчетным данным выполненных исследований.

Исследования и научные разработки, выполненные в рамках диссертационной работы, используются в учебном процессе при подготовке специалистов-строителей, при курсовом и дипломном проектировании систем вентиляции и кондиционирования общественных и промышленных зданий.

Условные обозначения

, - угол, коэффициент; z, r - цилиндрические координаты; k₁, k₂ - главные кривизны поверхности в произвольной точке; k - средняя кривизна; , - плотность и динамическая вязкость жидкости; , p - коэффициент поверхностного натяжения и давление жидкости; Q, v - объемный расход и скорость течения; g - ускорение силы тяжести; - поверхность; - область течения; - угловая скорость вращения; , por - коэффициент проницаемости и пористость материала ПВР; , - операторы Гамильтона и Лапласа; t - время, температура; с - капиллярная постоянная.

Индексы

о - начальный; отр - отрывной; к - капля; з - зерно; ф - фильтрация; кр - критический; ср - средний.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

А.С. № 1745358 (СССР). Распылитель для загрязненных жидкостей. Р.Г.Сафиуллин, А.А.Колесник, А.Б.Сергеев, Н.А.Николаев. Опубл. в Б.И. №25, 1992.

Сафиуллин Р.Г. К расчету профиля капли, отделяющейся от вертикального цилиндрического стержня // В Межвуз. сб.: Гидромеханика отопительно-вентиляционных устройств, КазИСИ, Казань, 1993.- С.24-30.

Сафиуллин Р.Г. Способ определения поверхностного натяжения жидкостей // В Межвуз. сб.: Гидромеханика отопительно-вентиляционных устройств, КазИСИ, Казань, 1993.- С.67-72.

Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н. Определение объемов капель, отрывающихся от смачиваемой сферы // В Межвуз. сб.: Исследование сетей, аппаратов и сооружений водоснабжения и канализации, КазИСИ, Казань, 1995. - С.24-30.

Патент № 2034266 (Россия). Способ определения поверхностного натяжения жидкостей. Р.Г. Сафиуллин, А.А. Колесник, В.Н. Посохин, Н.А. Николаев. Опубл. в Б.И. №12, 1995.

Патент № 2042438 (Россия). Механический распылитель. Р.Г. Сафиуллин, А.А. Колесник, В.Н. Посохин, Н.А. Николаев. Опубл. в Б.И. №24, 1995.

Субханкулов Р.Р., Маков Р.Н., Сафиуллин Р.Г. Влияние геометрии каплеобразующего элемента, свойств и расхода жидкости на размер отрывающихся капель // В Межвуз. сб.: Гидромеханика отопительно-вентиляционных устройств, КазИСИ, Казань, 1997.- С.86-90.

Сафиуллин Р.Г., Колесник А.А., Посохин В.Н., Николаев Н.А. Определение размеров капель, отделяющихся от смачиваемых поверхностей // Изв. вузов. Химия и химическая технол., 1998, Т.41, вып.3. - С.72-77.

Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н., Салимов Н.Б. О формировании капель на гранулах пористых вращающихся распылителей // В Межвуз. сб.: Гидромеханика отопительно-вентиляционных устройств, КазИСИ, Казань, 1999.- С.34-40.

Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н., Салимов Н.Б. Распыливание жидкостей пористыми вращающимися распылителями // Изв. вузов. Строительство, 1999, №11. - С.130-133.

Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Сафиуллин Р.Г. Математическая модель каплеобразования на гранулах ПВР // Труды VII съезда АВОК 30 мая - 2 июня, Москва, 2000. - С.82-86.

Сафиуллин Р.Г., Салимов Н.Б., Посохин В.Н. Динамика свободной границы капли на зерне ПВР (статья) // Сб.тр. Гидромеханика отопительно-вентиляционных и газоочистных устройств. КГАСА, Казань, 2001.- с. 59-64.

Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н. О форме и размерах вихревых зон на входе в щелевые стоки - раструбы // В сб.: Качество внутреннего воздуха и окруж. среды: Материалы I Международной НТК 25-29 сентября 2002. - Волгоград: Изд. ВолгГАСА, 2002.- С.32-35.

Катков М.В., Посохин В.Н., Сафиуллин Р.Г. Подтекание к стокам при наличии ограждающих поверхностей // В сб.: Проблемы энерго - и ресурсосбережения: Материалы НТК ИжГТУ 26-27 июня 2002. - Ижевск: Изд. ИжГТУ, 2003. - С.10-14.

Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Сафиуллин Р.Г. Течение вблизи плоского стока - раструба // В сб.: Проблемы энерго- и ресурсосбережения: Материалы НТК ИжГТУ 26-27 июня 2002. - Ижевск: Изд. ИжГТУ, 2003. - С.15-18.

Сафиуллин Р.Г. О динамике каплеобразования на модели эллиптической гранулы ПВР в поле силы тяжести // В сб.: Качество внутреннего воздуха и окруж. среды: Материалы II Международной НТК 15-19 сентября 2003. - Волгоград: Изд. ВолгГАСУ, 2003. - С.189-192.

Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Сафиуллин Р.Г. О форме отрывных зон на входе в раструб // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2003, №3-4. - С. 39-47.

Сафиуллин Р.Г., Салимов Н.Б., Посохин В.Н., Николаев Н.А. Динамика формирования капель на гранулах пористых вращающихся распылителей // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2003, №3-4. - С. 48-53.

Safiullin R., Posokhin V., Zhivov A. Local exhaust classification and analytical design approach // В сб.: Specially Engineered Local Exhausts and Intelligent Exhaust Systems. - International Seminar. Zurich, March 21, 2003.

Сафиуллин Р.Г., Салимов Н.Б., Посохин В.Н., Николаев Н.А. Динамика формирования капель при фильтрации через пористое тело // Теоретические основы химической технологии (ТОХТ), 2004, том 38, №4. -С. 441-445.

Сафиуллин Р.Г., Николаев Н.А., Посохин В.Н., Колесник А.А. Диспергирование жидкости пористыми вращающимися распылителями. Модели каплеобразования. - Казань: ЗАО «Новое знание», 2004. - 64 с.

Сафиуллин Р.Г. Бытовой увлажнитель воздуха с пористым вращающимся распылителем // В сб.: Качество внутреннего воздуха и окруж. среды: Материалы III Международной НТК 14-17 сентября 2004. - Волгоград: Изд. ВолгГАСУ, 2004. - С.128-131.

Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н. Динамическая модель каплеобразования на зерне пористого вращающегося распылителя // Материалы междунар. НТК 23-25 ноября 2005 «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции»: Сборник.- М.: МГСУ, 2005.- С.182 -188.

Сафиуллин Р.Г. Аппарат для доувлажнения воздуха производственных помещений // В сб.: Качество внутреннего воздуха и окруж. среды: Материалы IV Международной НТК 14-18 мая 2006. - Волгоград: Изд. ВолгГАСУ, 2006. - С.106-110.

Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Сафиуллин Р.Г. Перспективные конструкции увлажнителей воздуха на основе пористых вращающихся распылителей // АВОК. - 2006. - №3. - С.82-88.

Сафиуллин Р.Г. Моделирование процесса каплеобразования на смачиваемых конических наконечниках // Вестник БелГТУ им. В.Г.Шухова, Белгород, 2007, №3, - С.16-18.

Сафиуллин Р.Г. Моделирование процесса каплеобразования на смачиваемой сфере // Вестник ВолгГАСУ, сер.: Естеств. науки. Волгоград, 2007. Вып. 6(23). - С.154-158.

Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н. Моделирование каплеобразования на смачиваемых элементах // Изв. вузов. Строительство, 2008, №3. - С.77-82.

Сафиуллин Р.Г., Протопопов В.Н. О дисперсных характеристиках пористых вращающихся распылителей на основе абразивных материалов // Изв. вузов. Строительство, 2008, №5. - С.115-119.

Сафиуллин Р.Г. О формировании капель на цилиндрах и нитях // Изв. вузов. Строительство, 2008, №11-12. - С.108-113.

Сафиуллин Р.Г. Дисперсные характеристики пористых вращающихся распылителей и перспективные конструкции увлажнителей на их основе // Известия КазГАСУ, 2008, №2(10). - С. 109-114.

Посохин В.Н., Сафиуллин Р.Г. Особенности течений вблизи стоков при наличии ограничивающих поверхностей // Материалы третьей междунар. НТК 11-13 ноября 2009 «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции»: Сборник докладов.- М.: МГСУ, 2009.- С.166 -167.

Сафиуллин Р.Г. Экспериментальное исследование пористых вращающихся распылителей, разработанных для увлажнителей воздуха // Известия КазГАСУ, 2009. №2(12). - С. 229-232.

Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н. Повышение эффективности увлажнителей воздуха увеличением дисперсности распыла пористыми вращающимися распылителями // Водоснабжение и санитарная техника, 2010, № 1. - С. 52-55.

Сафиуллин Р.Г. К расчету пористых вращающихся распылителей (ПВР) для систем доувлажнения воздуха // В сб.: Качество внутреннего воздуха и окруж. среды: Материалы VIII Международной НТК 12-16 мая 2010. - Волгоград-Самарканд: Изд. ВолгГАСУ, 2010.- С.147-149.

Садртдинов И.К., Мусаев А.М., Сафиуллин Р.Г. К расчету аппаратов для термокинетической очистки дымовых и агрессивных газов на основе высокоскоростных воздушных струй // Известия КазГАСУ, 2010, №1 (13). - С. 225-228.

Сафиуллин Р.Г. К расчету увлажнителя воздуха на основе дискового распылителя с зубчатой периферией. Часть 1. Модель каплеобразования // Известия КазГАСУ, 2010. №1(13). - С. 229-235.

Сафиуллин Р.Г. К расчету увлажнителя воздуха на основе дискового распылителя с зубчатой периферией. Часть 2. Экспериментальное определение дисперсности распыла // Известия КазГАСУ, 2010, №1 (13). - С. 236-239.

Размещено на Allbest.ru