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

2. Методика обработки результатов наблюдений

Замеренные в опытах .показания 'приборов подвергаются' следующей обработкой. Так как скорости воздуха во входном и выходном .измерительном участках обычно лежат в .преде­ лах от 8,5 до 20 м/сек, то поправки на показания мокрых тер­ мометров не вводятся. Парциальное давление водяного .пара в воздухе вычисляется .по показаниям сухого и мокрого тер-: мометра и барометра по формуле Реки areля

рп=рм—A(tc—tM) -рз, мм. рт. ст, (4.3)..

Величина множителя А, зависящая от скорости воздуха, определяется по уравнению

где V —скорость 'воздушного потока на измерительном участ­ ке.

Парциальное давление водяного пара в состоянии насыще­ ния при температуре мокрого термометра (принимается по таб­ лицам Р. М. Ладыженского [97], которые дают результаты, совпадающие с точностью до третьего знака с данными М. П. Вукаловича [27], и приняты в качестве расчетных в норматив­ ной литературе [126].

Теплосодержание влажного воздуха вычисляется .по фор­

При вычислении массовой скорости воздуха учитывается изменение поперечного сечения испытываемой камеры за счет

колебания уровня воды в поддоне ,в зависимости от статиче­ ского давления в камере.

3. Методика получения расчетных зависимостей

•В общем случае интенсивность процессов тепло-.и масеопереноса в камерах орошения определяется такими фактора­ ми как скорость воздуха, расход воды, тонкость распыления, давление воды перед форсунками, число рядов форсунок и их расположение, длина камеры, а также конструкция самих форсунок. Кроме того, эффективность камеры зависит от ре­ жима обработки воздуха. Многообразие указанных факторов значительно затрудняет их учет при обработке опытных дан­ ных, и обычно из этих факторов выделяют несколько основ­ ных параметров, в качестве которых в настоящее время при­ няты массовая скорость воздуха Vy, коэффициент орошения

Ви температурный параметр какого-либо вида. Интересно, что обработка опытов в виде функциональной зависимости от

Ви Vy была предложена А. А. Гоголиным [42] еще в 1939 г.

изатем использована в работах [64, 67, 85, 166].

Вработах [64] и [85] была предпринята попытка предста­ вить результаты опытов в виде критериальных уравнений, од­ нако дальнейшего распространения эти зависимости не полу­

чили. В этой связи необходимо отметить, что вопрос об ис­ пользовании для оценки теплотехнической эффективности ка­ мер орошения критериальных зависимостей был подробно рассмотрен Р. М. Ладыженским [97] применительно к задаче моделирования форсуночных камер. При этом Р. М. Лады­ женский пришел к выводу, что моделировать камеры нельзя, а следовательно, и невозможно вести обработку эксперимен­ тальных данных в критериальной форме. С этим выводом пол­ ностью согласен В. Д. Коркин [88], который обрабатывал свои опыты в виде функциональной зависимости

Т1 _ ^2 tMI

* о ----- }ч ~ :tWH ■

В. Д. Коркин на основе специального анализа пришел к убеждению, что коэффициент орошения и массовая скорость воздуха полностью определяют влияние гидродинамических факторов на эффективность тепло- и массопереноса в форсу­

136

ночных «амерах. Такого же мнения придерживается и П. В. Участкин [153], хотя им была предпринята попытка предста­ вить коэффициент орошения в раскрытом виде с учетом диа­ метра сопла и давления перед форсункой.

Необходимо отметить, что правильный выбор функцио­ нальной зависимости при обработке экспериментальных дан­ ных особенно важен в случае проведения работ, направлен­ ных ,на повышение эффективности камер орошения, поскольку решение этой задачи возможно лишь при условии правильно­ го представления физики происходящих в рабочем объеме ка­ меры процессов. Поэтому остановимся подробнее на вопросе моделирования форсуночных камер и на раскрытии физиче­ ского смысла коэффициента орошения и массовой скорости воздуха.

Как уже отмечалось, вопрос о моделирований форсуноч­ ных камер рассматривался Р. М. Ладыженским, который на оонове анализа уравнения тепла в стационарном процессе по­ лучил следующее выражение для условия подобия во входных сечениях модели и рабочего аппарата:

1 — один из линейных размеров поперечного сече-’ ния камеры;

W — скорость воздуха;

индексы «м» и «р» относятся соответственно к модели к к ра­ бочему аппарату.

Кроме того, основным условием для дальнейших выводов служит равенство критерия Re в модели и в рабочем аппара-' те:

W„-1M. Wp-lp

(4.11)

V V

Нетрудно заметить, что из трех сомножителей, правой ча­ сти выражения (4.10) отношение /P/WP уже обусловлено ра­ венством критериев Рейнольдса н, следовательно, не может быть задано -произвольно'. Величины рвр и tBp должны рас­ сматриваться в качестве заданных, поэтому выполнение ус­ ловия (4.10) возможно лишь при изменении отношения B/dm

137

а это приводит к нарушению подобия истечения жидкости из форсунки. Таким образом, Р. М. Ладыженский пришел к вы­ воду о невозможности моделирования форсуночных'камер.

Однако вывод Р. М. Ладыженского основан на выборе в качестве определяющего размера ширины или высоты форсу­ ночной камеры. При этом не учитывается, что данный размер не характеризует условия тепло -и массообмена в камере, по­ скольку процесс переноса происходит в основном в пределах факела форсунки. Это подтверждается многочисленными экс­ периментальными данными [48], которые показывают, -что расчетные зависимости, полученные на камерах малого сече­ ния (0,3 м2) с точностью до 5—7%, справедливы и для про­ мышленных камер сечением до 20 м2. Следовательно, вывод Р. М. Ладыженского нельзя признать достаточно обоснован­ ным. По мнению О. А. Кремнева [160], в модели форсуноч­ ной камеры моделируетря весь процесс обработки воздуха, так как в опытах имеют место реальные температуры, влаж­ ности и скорости воздуха, температуры воды, степени и плот­ ности орошения и используются те же форсунки, что и в ра­ бочих аппаратах.

Чтобы избежать противоречия между экспериментальны­ ми данными и выводом, основэнным на анализе формул (4.10) и (4.11), в этих выражениях следует в качестве опре­ деляющего размера принять длину рабочего объема форсу­ ночной камеры, поскольку она влияет на протяженность по­ верхности тепло- л .массообмена в направлении .потока .возду­ ха. Такой же характерный размер был принят А. В. Нестерен­ ко [114] при анализе процессов тепло- « маосопереноса со свободной поверхности жидкости.

.При рассмотрении вопроса о правомерности принятия мас­ совой .скорости воздуха и коэффициента орошения в качестве параметров, определяющих 'гидродинамику тепло- « маесообмена, следует отметить наличие многих противоречивых вы­ водов, основанных на одинаковых экспериментальных данных. Так, согласно О. Я- Кокорину и А. А. Гоголниу увеличение массовой скорости воздуха ,способствует интенсификации теп­ лообмена в камере, тогда как, по мнению О. А. Кремнева, с увеличением массовой скорости воздуха коэффициент эффек­ тивности уменьшается. Аналогично Л. М. Зусманович и Е. Е. Карпис считают целесообразным принимать .небольшую плотность установки форсунок, й А. А. Гоголин и В. Д. Кор­ кин рекомендуют ее увеличивать. Такие примеры можно про­ должить, однако уже и так видно, что использование величин

138

В и Vy в качестве определяющих параметров допускает дво­ якое толкование одних и тех же результатов опытов. Это объ­ ясняется тем, что выделить экспериментально влияние, напри­ мер, одной 'массой скорости на теплотехническую эффектив­ ность камеры просто нельзя. В самом деле, если изменение массовой скорости происходит при постоянном расходе воды, то одновременно изменяется и .коэффициент орошения. Сохра­ нить в этом случае В=const можно лишь за счет уменьшения или увеличения расхода воды, что неизбежно приводит к из­ менению поверхности контакта и гидродинамических условий в дождевом объеме камеры орошения. Эти то факторы и не учитываются при обработке экспериментальных данных с ис­ пользованием В 'И Vy. В результате удается получить расчет­ ные зависимости, .справедливые лишь для одного определен­ ного типа форсунок и к тому же с определенным диаметром сопла. Такое положение вполне допустимо при выполнении инженерных расчетов тиковых 'камер орошения, оборудован­ ных одно- и двухсторонними форсунками.

Для оценки эффективности применения в камере орошения различных форсунок одно- и двухстороннего распыления с целью выбора наиболее целесообразной конструкции в эксп­ луатационном и теплотехническом отношении использовать общепринятую методику нельзя. В этих условиях оце­ нитькачество обработки воздуха удается только с помощью числа — единиц переноса явного тепла ЫТия [136].

.Повысить эффективность обработки воздуха в форсуноч­ ной камере .можно как путем увеличения расхода воды, так и за счет использования более высокого давления перед фор­ сунками. В общем случае и тот и другой параметр определя­ ют затраты энергии на распыливание воды в дождевом объе­ ме камеры орошения, причем одновременный учет обоих фак­ торов позволяет охарактеризовать как поверхность переноса, так и гидродинамическую обстановку в камере. Поэтому нуж­ но использовать в качестве одного из определяющих парамет­ ров так называемый энергетический коэффициент следующего

Yw

где ti и t2 — температура воздуха до и после камеры ороше-; ния;

GB и Gw — соответственно расход воздуха и воды, кг!ч\

.139

Hw — давление воды перед форсунками, кг/м2; yv — плотность воды, кг/м3;

В— коэффициент орошения, кг воды/кг воздуха;

А= 1/427— тепловой эквивалент работы, ккал/кг-м.

Как видно из выражения (4.12), энергетический коэффици­ ент характеризует отношение количества тепла, переданного от воздуха к воде в дождевом объеме камеры орошения, к мощ­ ности, затраченной ,на распиливание воды, т. е. на создание поверхности контакта и определенных гидродинамических ус­ ловий. Нетрудно заметить, что значение NTUHпри равной ве­ личине Кэя позволяет непосредственно сравнивать эффектив­ ность обработки воздуха в камере орошения, оборудованной различными форсунками.

Для характеристики конструктивных особенностей форсу­ нок используется два параметра: расчетная геометрическая характеристика форсунки и относительный диаметр сопла. Обработка экспериментальных данных для форсунки двухсто­ роннего распыления обычно проводится по геометрической характеристике Арь что делает возможным сопоставление ее с односторонней форсункой.

■Влияние скорости воздуха на эффективность тепло- и массопереноса в камере оценивается критерием Рейнольдса, в котором в качестве определяющего размера принимается дли­ на дождевого объема камеры между входным и выходным се­

4.Основные расчетные зависимости

Вработе [142] приведены обобщенные расчетные выраже­ ния для форсунок одно- и двухстороннего распыления. Они были получены путем обработки результатов экспериментов.. Всего было поставлено две группы опытов, каждая из кото­ рых включала несколько серий испытаний с целью выявить, влияние на процесс -тепло- и массообмена определенного

фактора, учитывающего условия обработки воздуха.

В первой группе опытов изучалось влияние на эффектив­ ность работы камеры энергетического коэффициента, режи­ мов движения воздуха и частично конструктивных особенно­ стей форсунок. Опыты проводили для четырех типов односто­ ронних и двухсторонних форсунок с разными диаметрами

140

сопла. В поперечном сечении в центре камеры устанавлива­ лась одна форсунка, что соответствовало плотности; п=9-М 0 штук/м2, причем факел распыла односторонних фор­ сунок был направлен навстречу потоку воздуха. Каждая се­ рия опытов проводилась при трех значениях давления воды; перед форсунками и трех скоростях воздуха. Начальная тем­ пература и влажность воздуха изменялись незначительно, что позволяло при обработке полученных данных исключить вли­ яние начальных параметров взаимодействующих сред. Тип форсунок, которые .использовались в первой группе исследо­ ваний, и условия проведения опытов приведены в табл. 19. Температура воды во время опытов была близка к темпера­ туре мокрого термометра воздуха.

Первоначально результаты первой группы опытов обраба­ тывали в виде зависимости числа единиц переноса NTUH от энергетического коэффициента Кэя при различном значении ReB (рис. 35-Т-39). Из графиков видно, что большие значения NTUHдостигаются при уменьшении энергетического коэффи­ циента. Такой характер зависимости ЫТия= 1(Кэя) имеет строгий физический смысл. В самом, деле, по мере увеличения МТия, т. е. при приближении процесса к предельно возмож­ ному, каждый последующий шаг требует увеличения расхода и давления распиливаемой воды, а следовательно, возраста­

ет энергоемкость дополнительно отнимаемого тепла, что и. приводит к уменьшению Кэя-

Анализ показывает, что с помощью Кэя можно объективно сравнивать эффективность применения в камере орошения,

различных форсунок. Так, для изоэкталыташных процессов, равенство NTUH при одинаковых начальных параметрах об­ рабатываемого воздуха свидетельствует о равенстве величин: ti—12. Следовательно, при постоянном расходе воздуха раз­ личие между Кэя в случае применения отличных друг от дру­ га форсунок может быть объяснено лишь разницей величин Hw ■Gw. Очевидно, чем меньше значение Hw-Gw, тем больше Кэн и тем выше теплотехническая эффективность камеры с данными форсунками. Этот вывод полностью справедлив и для сравнения политропических процессов, но здесь необхо­ димо учитывать, что равенство NTUH еще не характеризует равества ti—12. Таким образом, применяя энергетический коэффицинт, можно не только качественно, но и количественно оценивать эффективность камеры орошения с различными форсунками, тогда как при использовании в качестве опреде-

141

—при одностороннем распылении;

Re»= 1 ,2 1 - 1 ,2 2 - 106; О — Re* = 1;77-^1,80• 10s; □ •_ ReB==2,56 -j- 2,59 • 10s

*

Д— ReB= l ,21-^1,23-105; О — ReB= l,7 7 — 1,78-Ю 5;

□— ReB= 2,54-: 2,56-105 ~ '