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

Используя формулу (3.47), определим среднее значение критерия Рейнольдса за время вынужденного движения кап­ ли в дождевом пространстве камеры как средиеинтегралвное:

Следовательно, при п-й)

табл. 14 значение т, определено при условии Re=0,01. В об­ щем случае величтКна т, зависит от длины форсуночной каме­ ры, места расположения форсунки и от направления факела

115

раопыла. При этом значение ti мажет оказаться больше или меньше времени пребывания капли в объеме камеры тк. Тог­ да в первом случае в уравнение (3.49) подставляют значение тк, вместо ti, а во втором случае для интервала времени тк—Ti расчет теплообмена кашли следует выполнять как для условий свободной конвекции.

'Определив среднее значение критерия Re за время пребы­ вания капли в дождевом объеме камеры орошения, можноузнать величину коэффициента теплоотдачи. Обычно для рас­ четов .тепло- и маосообмена капель жидкости с потоком газа е условиям вынужд-вннюй . конвекции используют различные критериальные зависимости, которые подробно рассматрива­ ются в работах [36, 70, 140]. Отметим некоторые из этих за­ висимостей, справедливые для интересующего ...нас интервала значений критерия Re.

В отечественной литературе довольно часто применяется формула А. В. Нестеренко [115], справедливая в интервале

Re = l-H200:

В последние -годы ,в иностранной литературе 'опубликова­ но несколько новых работ, в которых получены в общем-то аналогичные зависимости. Так, в работе [187] для интервала- Re°'5-Pr°'33=0-y22 получена формула, которая практически не отличается от формулы Фреаслинга

-На основе тщательно поставленных опытов Т. Юге [197] получил зависимость •

116

Апализ приведенных выше зависимостей показывает, что\ для интересующей нас области критерия Рейнольдса близкие результаты дают насколько формул. Окончательно для даль­ нейших расчетов с учетом Рг = 0,71 принимаем

Значительно меньше данных имеется .по теплообмену тел шаровой формы в условиях свободной конвекции. Здесь мож-

Известна также зависимость, предложенная М. А. Михеевым. [111]:

зано Л. С. Клячко [80]. В то же время расчеты показывают,, что если принять среднюю разность температур воздуха»и во­ ды в форсуночной камере даже равной 20° ('большая разность встречается крайне редко), то значения критерия Gr лишь для капель диаметром А мм будут больше единицы, а для капель диаметром 0,05 мм — Gr^0,0004. В этом случае, при использовании формулы (3.59), .значения критерия Нусеельта.' оказываются меньше двух, что противоречит выводам Нуссельта (Numm=2,0). Поэтому более предпочтительной яв­ ляется формула Т. Юге, хотя, строго говоря-, она может бытьприманена лишь для крупных капель. Однако для практиче­ ского использования формулы (3.58) необходимо з-нать тем­ пературу воздуха и цапель после теплообмена в условиях вы­ нужденной конвекции, а это очень сложная .задача. Нетруд­ но заметить, что при значениях критерия Gr, соизмеримых е

117

единицей, значения Nu шо формуле (3.58) близки к тем, 'ко­ торые получаются при R e~ l по формуле (3.57). По мнению Л; С. Клячко [80], теплоотдача шариков в обстановке сво­ бодной конвекции при Gr^>l численно раина теплоотдаче при очень малой относительной скорости капель. Поэтому с достаточной для практических расчетов точностью м!ожшо при­ нять, что после того как относительная скорость капель дюдостигнет величины, соответствующей значению Re = 0,01-у0,02, критерии Нусюельта характеризуются постоянной величиной, определяемой изусловия вынужденной конвекции при мини­ мальном критерии Re. Справедливость такого допущения тем более очевидна, если учесть, что даже при попутном направ­ лении факела значению Re—0,01 соответствует относительная скорость 0,13 м/сек, следовательно,-тепло- и массообмен про­

Используя полученные расчетные данные и зависимости, можно произвести анализ условий тепло- и маюсообмена в камерах орошения. Наиболее целесообразно это сделать на примере типовых камер серии Кт, которые выпускаются в на-' стоящее время Харьковским машиностроительным заводом «Кондиционер». Схема такой камеры с указанием основных конструктивных размеров приведена на рис. 29. Для оценки целесообразности конструкции камеры на схеме условно по­ казан ряд стояков II, который был в выпускавшихся ранее трехрядных камерах серии Кд. Последующий анализ выпол­ ним для принятых ранее начальных условий: Hw= l,5 кг/см2-,

Vw = 2,5 м/сек4, <хф/2 = 35°.

Первоначально определяем время тк пребывания капель различного диаметра в дождевом объеме камеры орошенияпосле вылета их из форсунок, расположенных на стояках I, II, III. Для мелких капель отдельно выделяется время вы­ нужденного движения ть Для стояков I и II дополнительно рассматриваем движение капель, еще трех диаметров. Ре­ зультаты вычислений представлены в табл. 15.

Интересно сравнить полученные данные с рассчитанными по формуле Р. М.- Ладыженского (3.1), Пусть капля диамет­ ром 0,5 мм вылетает из форсунки, расположенной на стояке II, с начальной скоростью 12,5 ж/сек в горизонтальном на­ правлении. Тогда максимальное расстояние, которое она мо­ жет пролететь до входного сепаратора, будет равно 0,845 м, а время полета капли, определенное из выражения (3.1), со-

118

2430

Рис. 29. Конструктивная схема типовой камеры орошения се­ рии Кт

11$

Аналогичное расхождение наблюдается и в других случаях. К сожалению, в работе [97] не дан вывод формулы (3.1) к не указан источник, откуда она взя-та, поэтому установить причину такой большой погрешности невозможно. Однако бесспорно, что пользоваться данной формулой для практиче­ ских расчетов нельзя.

Определив значения тк и п, подсчитаем поверхность пе- - реноса в форсуночной камере, разделив эту поверхность на две части. Первая часть — Fi создается каплями, имеющими значительную относительную скорость U^0,01. Вторая часть

— F2, для которой относительной скоростью капель можно пренебречь. В общем случае суммарная секундная поверх­ ность 'капель при известном расходе воды определяется вы­ ражением

случае полищиспероного распыления необходимо знать функ­ цию распределения капель по размерам и, используя ее,, оп­ ределить расход воды q5 отдельно для каждой фракции. Тог­

uKi

Внастоящее время нет достаточно надежных данных для определения дисперсного состава факела распыла центро­ бежных форсунок, используемых в камерах орошения. Здесь можно отметить лишь работу В. Д. Коркина [87], однако ав­

тор ограничился рассмотрением лишь форсунок типа Кд 1002—25 с диаметром сопла 4—8 мм и при малом давле­ нии воды (HW^ I кг]см2). Поэтому принимаем, что для каж­ дой фракции капель расход воды одинаков и условно равен 1 мг\сек. Такой подход позволяет оценить влияние диаметра капель на величину поверхности переноса и коэффициент те­ плоотдачи. Результаты расчета по формулам (3.62) и (3.63), с учетом сделанного выше допущения, приведены в табл. 16.

Используя формулы (3.49) и (3.57), можно определить

120

значения критерия Н-уссельта как ср-едниё за время вынуж­ денного движения капель и отдельно для времени тк—ть Пос­ ле этого нетрудно подсчитать значения коэффициента тепло­ отдачи а для обеих поверхностей, задавшись предварительно величиной коэффициента теплопроводности, влажного возду­ ха лвл. В работах [64, 126] значение Явл определяли по фор­ муле А. В. Нестеренко

Явл=ЯсУх+0,0041ф . (3.64)

Однако, как показано В, Л. Захаровым [403], эта форму­ ла дает результаты, несколько отличные от .энапериментальных данных. Поэтому было принято Явл= 0,021, что соответ­ ствует рекомендациям [103] и [91] при tCp = 20° С м ф =100% .

Значения коэффициента теплоотдачи представлены в габл. 17.

Очевидно, наиболее полным фактором, характеризующим эффективность тепло- и маасообмена в форсуночной камере, можно считать произведение значений поверхности переноса

икоэффициента теплоотдачи; Что касается коэффициента маосообмена, то его величина может быть вычислена по чис­ лу Льюиса. Значения a-F, -подсчитанные по данным табл. 16

и17, приведены в'табл. 18для времени тк. Для большей на­

121

Рис. 30. Изменение тепловой характеристики камеры орошения в зависимости от диаметра капель

целесообразно устанавливать форсунки по ходу воздуха, как. можно ближе к входным сепараторам. Для более крупных капель (dK>0,2 мм) следует располагать форсунки навстре­ чу потоку воздуха. При этом далеко небезразлично в каком месте камеры будут установлены форсунки. Как видно из

123.

рии Кт, целесообразно лишь в том случае, если диаметр ка­ пель больше 0,62 мм. При меньшем диаметре более эффектив­ ным является размещение форсунок на стояке И. Разрыв графиков на рис. 30 объясняется тем, что каяли достигают при полете,входных сепараторов и больше не-участвуют в теплообмене. В результате поверхность переноса, взвешенная

ность двухрядной камеры орошения со взаимонстречны|м рас­ пылением больше, чем при противоточном 'направлении обо­ их рядов форсунок.

В общем случае положение стояка с распылением навст­ речу потоку воздуха определяется в зависимости от дисперс­ ного .состава капель, скорости .воздуха и давления*воды. При средних условиях, обычных' в практике кондиционирования воздуха, 'конструктивную схему камер серии Кт следует при­ знать нецелесообразной.

На основе приведенных теоретических зависимостей схема расчета процессов тепло- и маюсопереноса в камерах ороше-, ния состоит в следующем:

1. Всю совокупность капель в факеле распыла единичной форсунки разбивают по размерам на фракции с_определен­ ным интервалом Ad. и в каждой фракции находят средний арифметический диаметр капель dKi.

2. В соответствии с функцией распределения вычисляют массовую долю капель каждой фракции в общей производи­ тельности форсунки qi.

124