книги из ГПНТБ / Тарабанов, М. Г. Тепло- и массоперенос в камерах орошения кондиционеров с форсунками распыления учебное пособие

3.Гидродинамические условия тепло- и массообмена

вкамерах орошения. Поверхность переноса

Приведенные расчетные зависимости можно попользовать для определения суммарной поверхности переноса и анализа гидродинамических условий тепло- и массообмена >в форсу­ ночных камерах. Однако решение данных зависимостей воз­ можно лишь три известных начальных условиях истечения жидкости из форсунки, скорости воздуха и диаметра капель. Принято использовать так называемый средний диаметр ка­ пель [90, 97].

Следует отметить, что существует множество методов ус­ реднения размеров частиц иди капель [7], однако рекомен­ дации по выбору того или иного из них практически отсутст­ вуют. Наиболее обоснованным является метод усреднения «об определяющему свойству». В то же время ряд авторов [8] не считают возможным усреднять размеры частиц, так как это приводит к значительным ошибкам при расчетах те­ пловых и гидродинамических процессов. Такое положение обусловлено тем, что при расчетах теплообменных аппаратов необходимо учитывать сразу несколько «определяющих свойств», например, суммарную поверхность капель и сред­ нюю скорость их нагрева. При этом средний диаметр, рас­ считанный по одному определенному свойству, будет в каж­ дом случае различным. Поэтому целесообразно вести расчет отдельно для нескольких групп капель. Чаще всего разбива­ ют на следующие пять групп диаметров: 1,0; 0,5; 0,2; 0,1 и 0,05 мм. В некоторых (Случаях 4йогут использоваться и другие значения диаметров капель.

В камерах орошения давление жидкости перед форсунка­ ми и скорость воздуха изменяются в' широких пределах. Сле­ довательно, число возможных вариантов при практическом решении задачи о кинематике движения капель очень велико,- Здесь же рассмотрим на конкретных примерах методику ре­ шения задачи при начальных условиях, наиболее характер­ ных для форсуночных камер, проанализируем полученные результаты.

(В качестве известных величин для расчета берем следую­ щие:

а) скорость воздуха в камере — Vb= 2,5 м/сек; б) угол факела распыла — аф/2 = 350;

в) давление воды перед форсункой — Hw=l,5 кг/см2;

.96

г) -направление факела распыла 1противоточное и прямо­ точное.

Расчетные схемы для решения задачи приведены • 'на рис. 24.

Зная давление воды перед форсункой, можно из уравне­ ния Бернулли определить скорость истечения жидкости, кото­ рая с учетам коэффициента скорости pv= 0,88 будет ра-в-йа V0 =15,2 м/сек. Теперь нетрудно вычислить и недостающие начальные условия: Vx0=12,5 м/сек; Vyo=8,72 м/сек. Тогда относительная скорость капель и ее 1напра1вление будут соот­ ветственно для встречного и попутного направлений факела равны: и Хо=Т5,0 м/сек, (3=450°; Uxo=40 м/сек, (5 = 41°.

Практическое использование уравнений (3.43) и (3.44) усложняется тем, что скорость капли или критерий Рейнольд­ са выражены в них в ,неявной форме. Поэтому для некоторых

Определим траектории капель при встречном направлении факела распыла и потока воздуха. В ^том случае, ,в соответ­ ствии с расчетной схемой, можно определить начальные зна­ чения критерия Рейнольдса (при т=0) для каждой группы капель при их движении относительно осей X и У:

Rexo(l,0) =4000; Reyo(l,0) =58.1; Rex0(0,5) =■ 500; ReyQ-(0,5) =291; Rexo (0,2) = 200; Rey0(0,2) = 116; . Rexo(0,l)= 100; Reyo(0,4)= 58; Rexo(0,05) = 50; Reyo(0,05) =29.

При вычислении критерия Рейнольдса значение кинемати­ ческой вязкости воздуха принято для-.темпера-туры 20° С.

Теперь воспользуемся табл. 8 и вычислим отрезки -време­ ни, соответствующие заданному относительному изменению числа Рейнольдса или скорости капли. Так как путь являет­ ся размерной -величиной, перейдем от -критерия гомо-хронно- сти к размерному времени в сек. Полученные резуП^та-ты представлены в табл. 9.

12,0 м1сек, а координата ее л а оси X определится из выраже­ ния

= — 0,3075 м.

Точно так же выполняется расчет при других промежут­ ках времени и для капель различного диаметра.

Определив координаты капли яа оси X, 'можно рассчитать по уравнению (3.37) траектории вдоль оси У (методика рас­ чета ничем не отличается от приведенной выше).

'Сделаем важные для практических расчетов замечания. Если в уравнении (3.38) принять скорость воздуха равной ну­ лю, то координата капли по оси У (поскольку угол р= Const) очевидно может быть определена из простого соотношения

y = X-tg р.

Однако целесообразно вести расчет по формуле (3.37), а указанный переход использовать для контроля правильности вычислений. В ходе расчета может не оказаться в табл. 8 протабулированных величин для заданного начального значения критерия Рейнольдса. Например, Re0=681, а значения кри­ терия гомохронности есть при Reo = 500 и Re0=667. В этом случае прямое интерполирование неправомерно’, так как за­ висимость Ho=f(Re0) не линейная, и следует воспользовать­ ся графическим интерполированием «Ли выполнить аналити­ ческий,расчет.

Результаты вычислений траекторий капель при указанных выше начальных условиях и встречном направлении факела распыла представлены в табл. 10.

Совершенно аналогично решаем задачу при попутном на­ правлении факела распыла. Начальные значения критерия Рейнольдса в этом случае будут равны: .

Дальнейший расчет выполняем в соответствии с приведен­ ной выше схемой, причем значения критерия гомохронноюти

103

Т а б л и ц а 10

находим из табл. 8 ту,тем 'графического ■интерполирования. Окончательные данные по расчету траекторий капель при по­ путном направлении факела приведены ,в табл.. 11.

Используя данные табл. 9, 10 и 11, нетрудно определить времи пребывания капель в дождевом объеме форсуночной камеры. Наиболее удобно это сделать графическим путем, для чего .вычерчиваем траектории движения капель (рис. 25) и- схему камеры орошения с указанием мест установки стояков

иГранин сепараторов. Затем графики совмещаем так, чтобы ■начало координат совпало с местом установки форсунки в камере. Время, за которое капля достигнет каплеотделителей,

иследует считать за время пребывания ее в дождевом объе­ ме камеры. Отметим, что для капель диаметром 0,2 мм и

меньше после достижения относительной скорости Ux = 0,01

•расчет траектории по оси X можно вести без учета скорости самой капли. Так, при встречном .направлении ■факела для

104