книги из ГПНТБ / Тарабанов, М. Г. Тепло- и массоперенос в камерах орошения кондиционеров с форсунками распыления учебное пособие
.pdfРис. 38. Зависимость NTUa от Кэя для форсунки 5пл с диаметром сопла 3,1 м м ;
----------при двухстороннем распылении;
— при одностороннем распылении
A — ReB= l,17 -105; О — Re„ = l,75-105; □ — ReB = 2,55 • 10®;
Рис. 39. Зависимость NTUHот Кэя для форсунки 7пл2 с диаметром сопла 3,1 м м ; ReB= 1,80-105
ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕНЕНИЯ ОСНОВНЫХ РАСЧЕТНЫХ ПЕРВОЙ
Тип |
|
|
|
Ф1 |
Кэ„ |
форсунки |
|
К |
t , |
||
О |
|
|
|
||
|
*о |
< |
|
|
|
1пл1 |
3.1 |
0,462 |
32,7-р33,7 |
25,94-21,1 |
131,6-4-777,8 |
1пл2 |
зд |
0,462 |
32,6-4-34,0 |
31,6-^23,2 |
97,7-4-806,5 |
1тл2 |
5,4 |
0,952 |
32,9-4-33,8 |
31,1-4-26,5 |
52,3-4-335,4 |
Зпл1 |
3,1 |
1,471 |
32,8-4-34,0 |
29,5-4-24,9 |
153,9-1820,9 |
Зпл2 |
3,1 |
1,471 |
33,3—34,0 |
25,2—21,4 |
1181,0—il81,5 |
Зпл1 |
5,4 |
3,026 |
33,0—33,7 |
35,8—30,9 |
Ю бД—544,4 |
Зпл2 |
5,4 |
3,026 |
32,8—34,1 |
28,5—23,2 |
103,2—578,9 |
5пл1 |
3,1 |
1,131 |
33,3—34,0 |
27,5—24,2 |
130,5—691,5 |
5пл2 |
3,1 |
1,131 |
32,9^-34,3 |
32,9—26,7 |
136,4—950,4 |
Кд1002-25 3,0 |
0,518 |
33,1—34,0 |
30,7 — 26,0 |
134,2—887,0 |
|
Кд1002-25 |
5,1 |
1,033 |
33,1—34,2 |
32,1—25,5 |
62,1—422,1 |
ляющего параметра коэффициента орошения В для такой оценки требуется выполнять специальный расчет.
Нетрудно заметить, что характер зависимости числа еди ниц переноса от энергетического коэффициента имеет подоб ный ,вид для всех испытанных форсунок и при различных ско ростях воздуха (хотя численные значения NTUB зависят от указанных факторов), что позволяет получить общую форму фун'кцидаалыной зависим'ости. Учитывая сравнительно узкие пределы изменения параметров, определяющих условия про текания процессов тепло- и массообмена вфорсуночных каме рах, функцию NTUH= f(K3H) целесообразно представить в ви де одночлена с дробным показателем степени. Справедливость такого допущения подтверждается графиком на рис. 40, где указанная зависимость приведена в логарифмических коорди натах. Как видно, замена экспериментальной кривой прямой линией дает .погрешность, не .превышающую разброс опытных точек.
Окончательно, на основании обработки многочисленных опытов, зависимость числа единиц переноса от энергетическо го коэффициента может быть представлена в следующем ви де:
NTUH= f (Кэя)~0’5. |
(4.14) |
Т а б л и ц а 19'
ПАРАМЕТРОВ В ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ ГРУППЫ
RGb |
В |
Hw |
Vy |
|
1206004-259300 |
0,124-0,47 |
0,5 --2 ,0 |
1,86 |
--4,00 |
122900-4-258900 |
0,134-0,59 |
0 ,5 --2,0 |
1,89 |
--3,99 |
1206004-256500 |
0,254-1,13 |
0,54-2,0 |
1,86--3,97 |
|
120200—255500’ |
0,07—0,28 |
0,5 —2,0 |
1,86 |
--4,01 |
126900-4-200700 |
0,07-4-0,29 |
0,54-2,0 |
1,96--4,02 |
|
116400—254000 |
0,10—0,47 |
0,5— 2,0 |
1,80 |
--3,92 |
255400-Е121000 |
0,11^-0,48 |
0,5-12,0 |
1,87--3,94 |
|
115400-1176200 |
0,10Д-0,30 - |
0,5-12,0 |
1,81 |
--2,72 |
120600-1254100 |
0,07-10,31 |
0,5-12,0 |
1,86--3,93 |
|
122300-1255400 |
0,08-10,37 |
0,51-2,0 |
1,89--3,96 |
|
120400 -1 254300 |
0Д 7-10,77 |
0,5-12,0 |
1,86--3,93 |
Используя полученные экспериментальные данные, можно ■ установить зависимость числа единиц переноса от критерия ReBили, что то же самое, от скорости воздуха. Следует отме тить, что вшрое о влиянии скорости воздуха .-на интенсивность процессов тепло- и массообмена в форсуночных камерах трактуется по-разному. Так, по мнению А. А. Гоголина [3] и Е. Е. Карпяса [64], увеличение скорости воздуха способст вует улучшению процесса переноса. Это подтверждается при нятой расчетной зависимостью в работе [64]
Е = f, (Vy)mi-Bn i, |
(4.15) |
где показатель степени «пр» является положительным числом.. С другой стороны, О. А. Кремнев указывает, что с увели чением скорости воздуха коэффициент эффективности умень шается, однако это уменьшение непропорционально увеличе нию скорости. Расчетная зависимость, полученная О. А. Крем
невым [26, 137], имеет вид:
Е = f2(V)m2-Bn2 , |
- |
(4.16) |
причем показатель степени Щг=—0,5 для политропических процессов обработки воздуха и ш2= — 0,3 при изоантальпийном увлажнении.
146 |
147 |
|
Рис. 40. Зависимость NTUHот Кэя для форсунки 7пл2 с диаметром сопла 3,1 м м в логарифмических координатах
Аналогично в расчетных зависимостях В. Д. Коркина [88]
т \ ] я = f(Y)m3-Bn3, |
(4.17) |
показатель степени т 3 имеет отрицательное значение, |
равное |
-0,5 .
Отсутствие единого мнения в оценке влияния скоростивоз духа на эффективность тепло- я маесообмена в камере оро шения объясняется различными исходными условиями при получении расчетных зависимостей. В частности, уравнение (4.15) предполагает постоянство коэффициента орошения при
изменении скорости воздуха постоянного режима работы фор сунки. В нервом случае для обеспечения постоянства В при ходится, изменять расход и давление воды перед форсункой, что накладывает па экспериментальные данные дополнитель ные условия. Во втором случае удается выделить влияние скорости-воздуха в более «чистом» виде.
148
На рис. 41 представлена зависимость NTUa=f(ReB) для нескольких форсунок при одинаковом значении Кэя=200. Как видно, при увеличении скорости воздуха величина NTU3 уменьшается. Важно, что для . всех форсунок зависимость имеет подобный вид, хотя несколько отличается для односто ронних и двухсторонних форсунок, но разница невелика. Это позволяет аппроксимировать экспериментальные данные од ним общим выражением
NTUH= f(ReB)-°.4. |
(4.18) |
■Ряс. 41. Зависимость NTUh от ReB:
----------для форсунок двухстороннего распииения;
— для форсунок одностороннего распыления; V — 1пл — 3,1; О — Зпл—3,1; □ —’ Кд—3,0;
О — 1 пл — 5,4; Д — Кд — 5,1. |
|
Представляет интерес оценка влияния скорости |
воздуха |
на интенсивность процесса переноса с общей точки |
зрения.. |
Для этой цели необходимо определить полное количество теп ла, воспринимаемого водой от воздуха в результате тепло- и массообмена. при различной скорости воздуха. Такая зависи мость показана на рис. 42.
Можно сделать вывод, что в действительности увеличение скорости воздуха приводит к интенсификации .процесса тепло- и массообмена и степень увеличения количества отнимаемого тепла зависит от давления воды перед форсункой. С другой стороны, .при большей скорости .возрастает количество прохо дящего через камеру воздуха и в результате уменьшается: значение NTUH или Е. Этот факт необходимо учитывать' в; каждом конкретном случае применения форсуночных камер. Так, например, при использовании камер в качестве градирен
7—319 |
Г49; |
Рис. 42. Изменение общего количества тепла, отнимаемого в камере в зависимости от массовой скорости воздуха:
----------при давлении воды перед форсункой 2,0 |
к г \с м г\ |
— при давлении воды перед форсункой 0,5 |
кг/сл2; |
1 — Кд—3,0f 2 — Кд— 5,1; 3 — Зпл1—3,1; 4 -З п л 2 -3 ,1 ; 5 —Зплй—5,4; 6 — Зпл2—5,4
для испарительного охлаждения воды - следует увеличивать скорость воздуха.
Данные,- полученные в первой группе опытов, позволили установить зависимость числа единиц переноса явного тепла от режима работы форсунок и скорости потока воздуха. Не трудно заметить,,.что число единиц переноса явного тепла из меняется в широких пределах для форсунок с различными геометрическими параметрами и диаметром сопла.
Чтобы установить это влияние, была проведена вторая группа опытов в камере орошения, оборудованной 11 одно сторонними и 8 двухсторонними форсунками с диаметром сопла от 3 до 5,4 мм. Опыты проводили при постоянном зна чении величины Hw-Gw для всех форсунок. Полученные ре зультаты обрабатывали в виде зависимости числа единиц пе реноса явного тепла от расчетной геометрической характери стики ('рис. 43), причем величина NTUH определена при оди
150
наковых для всех форсунок значениях скорости воздуха и энергетического коэффициента (Кэя= 200).
Рис. 43. Зависимость NTUh о т Арц
,------- ири двухстороннем распылении;
— при одностороннем распылении;
О — do= 3,0 -f 3,1 м м \ Д — dc = 4,9-^-5,4 ц м .
Из рис. 43 видно, что экспериментальные данные хорошо обобщаются с помощью Api и можно выделить четыре .кривые, объединяющие опыты для односторонних и двухсторонних форсунок с диаметром сопла 3-р3,1 мм и 4,9—5,4 мм. С уве личением расчетной геометрической характеристики значе ние NTUHуменьшается и характер кривых примерно иденти чен, что позволяет аппроксимировать их все выражением
NTUH=f(Apl)-M. (4.19)
В результате математической обработки почти 300 опытов получены следующие обобщенные расчетные зависимости для форсунок одностороннего и двухстороннего распыления [142];
NTUfll = 2 -103 Кэя-°'5 • ReB-°’4 • Ар г 0’3 • dc-°’3; |
(4.20) |
ЫТияа= 2-,7.103Кэя~0-3 • ReB~a4• Арг 0-3• dc-°>3 . |
(4.21) |
Формулы (4.20) и (4.21) описывают экспериментальные данные с точностью ±40% (рис. 44), и лишь для некоторых точек разница .между расчетными и экспериментальными зна
v |
151 |
чениями NTUHдостигает 204-25%, что следует признать впол не допустимым, если учесть большое число определяющих па раметров. Указанные формулы могут быть использованы для расчета эффективности fen.ro- и массопереноса в однорядных камерах орошения при изменении определяющих параметров в следующих пределах: Кэя= 50-ь 1200; ReB= 1150004-261000; Api= 0,464-3,9; dc = 34-5,4.
Рис. 44.. Зависимость NTUa от T = K3H-0’5-ReB~0’4-A pr0’3-dc_!t'3:
--------ио формуле .4.21;
— по формуле 4.20.
Покажем порядок использования этих расчетных зависи мостей на конкретном примере.
Пример. Воздух в количестве 21600 кг/ч с начальными па раметрами ti=30°‘C, tMi = 18° С в результате изоэнталыйийного увлажнения в однорядной камере орошения Кд20 требует ся охладить до конечной температуры t2 = 21°C.
Необходимо определить расход воды и давление перед форсунками. Расчет выполнить для форсунок КДЮ02-25 с ди аметром сопла 3,5 и 5,0'лл.
152
Решение. |
|
расчетное значение числа |
единиц переноса |
|||||
1. |
Определим |
|||||||
явного тепла: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NTLL |
|
|
t. |
t, |
|
1 n j i t w H - ^ |
|
|
(tt |
Wh) |
(^2 |
Wk) |
‘2 |
%K |
||
|
|
|||||||
|
|
|
In |
-tj |
t\yH |
|
|
|
|
|
|
|
to |
|
|
|
|
|
|
|
= |
. 3 0 - 1 8 |
, Qor |
|
|
|
|
|
|
In —----- = 1,386. |
|
|
|||
|
|
|
|
21 |
18 |
|
|
|
2. Маюсовая скорость воздуха в камере орошения равна |
||||||||
|
Уу |
GB |
|
2160Э |
= 3,0 кгIм?- сек . |
|||
|
|
FK-3600 |
|
2-3600 |
3. По формуле (4.if3) вычислим значение критерия Рей нольдса для потока воздуха при длине оросительного прост
ранства /к—1,'15 м: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Vy-1K_ |
3,0-1,15-10° |
|
1,87 • 10s . |
||||
|
|
p-g |
“ |
1.879-9,81 |
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
4. |
Определим значения расчетной геометрической характе |
||||||||
ристики типовой форсунки К|д1002-25 при диаметре сопла 3,5 |
|||||||||
и 5,0 мм по формуле |
(2,19):. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
АР1 |
Rk-ГсЛ0’5 |
|
|
|
|||
|
|
|
гвх |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
8,5-1.75X0,5 |
1,75 |
\ 0.8 |
|
||||
|
A p t (3,5) |
= |
3,5» |
|
|
3,5 |
| |
0,6329 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Api (5,0) |
8 ,5 -2 ,5 0 X 0,5 - |
/-2 ,5 0 X 0 ,8 |
1,006 . |
|||||
|
3,5» |
J |
' |
I 3 .5 |
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
5. |
Вычислим" значения известных величин в правой части |
||||||||
уравнения (4.20): |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ReB°’4 = |
128,45 ,- Api0’3 |
= |
0,8718 ; |
Ар1°‘3 = |
1,002 ; |
|||
|
X'0-3 |
1,4562; |
dc’(5?o, = |
1,6207 . |
|
||||
|
Q C(3.6) = |
|
|||||||
6. |
По формуле |
(4.20) определим значения энергетического |
|||||||
коэффициента Кэя для форсунок |
с диаметром |
сопла 3,5 и |
|||||||
5,0 мм; |
|
|
|
|
|
|
|
|
153
Кэ 05 _ _______ 2-Ю3________
я ’ _ Нев0,4-Ар10'3 dcU’3- ЫТия ;
Кч о, |
2-Ю3 |
= |
7,94 ; |
Кэя = |
63,04 ; |
||
Я,ЗД |
128,45.0,8718-1,4562.1,3863 |
|
|
|
|
|
|
К ч о,б |
2- 1C3 |
= |
6 92 |
• |
К э „ = |
47 |
89 |
___________ ..I.:--------------------- |
|||||||
Кэя(5,0) = |
V29,45 1,002-1,0207-1,3863 |
|
’ |
’ |
я |
’ |
‘ |
'7. .Пользуясь формулой (4.12), вычислим требуемые зна чения величины Gw-Hw:
(ti ~ t2)-Cp-GB’Yw
Gw • Hv |
Кэя-А |
|
|
(30 — 21)-0,24-21600-1000-427 |
|
Gw-. 'Hn w (3 ,5 ) — |
63,04 |
|
|
= 3,16• 10s кг-кг;ч■м2 ; |
|
(30 - |
21)-0,24-21600-1000-427 |
Gw ‘ HW(s,o) |
47,89 |
|
|
= 4 ,1 6 -Ю8 кг-кг1ч-м? . |
|
8. Принимаем плотность |
установки форсунок в камере |
18 шт1м2, а в-ообще число форсунок п= 36 шт. По эксперимен тальным данным для типовых форсунок находим такое давле ние, при котором обеспечиваются требуемые расчетные зна чения:
Gw-Hw(3i5) = q(£-n-;Hw=343-36-25500 = 3,ill5.-,108 |
кг-кг/ч-м2-, |
|
Gw -HW(5|0) = q$ ■п • Hw=530 - 36 -.21800= 4,46 • 4О8 |
кг -кг/ч- м2. |
|
9. |
Окончательно имеем: |
|
а) |
для форсунок с диаметром сопла 3,5 мм |
|
Gw=:12350 кг/ч; Hw=2,55 кг/см2-, В= 0,57;
б) для форсунок с диаметром сопла 5,0 мм
Gw=49080 кг^ч; Hw —2,18 кг/см2 ; В =0,88.
Сравним полученные результаты с -расчетными данными Е. Е. Картиса, .согласно которым /коэффициент орошения дол- "жан быть соответственно равен:
В(з,5) = 0,57; B(5io)=iO,80.
154
Таким образом, совпадение результатов хорошее, хотя пше- ■речное сечение камеры в опытах Е. Е. Карпяса в три раза больше.
Используя выражения (4.20) и (4.21), можно проанализи ровать влияние конструктивных 'особенностей форсунок на эффективность тепло- и маюсообмена в камерах орошения. Как видно, с увеличением расчетной геометрической характе ристики форсунки значение NTUH уменьшается. Поэтому, с теплотехнической точки зрения, оказывается целесообразным применять форсунки с малым значением АРь Но такие фор сунки более подвержены засорению, то есть требования теп лотехнической и эксплуатационной эффективности противо речат друг другу. Выход может быть найден при использова нии форсунок двухстороннего' распыления. У этих форсунок расчетная геометрическая характеристика примерно в два с половиной раза больше,* чем у обычных односторонних, и за соряемость значительно меньше. К тому же, как следует из уравнений (4.20) и (4.21), теплотехническая эффективность камеры орошения с форсунками двухстороннего распыления в среднем .на 35% выше.
Следовательно, теплотехнические испытания полностью подтвердили и дополнили вывод о целесообразности примене ния в камерах орошения кондиционеров форсунок двухсто роннего распыления.
Однако и в этом случае при выборе геометрических пара метров форсунок приходится принимать некоторое компромис сное решение, поскольку удовлетворись одновременно полно стью требования теплотехнической и эксплуатационной эф фективности нельзя. На основе тщательного анализа экспери ментальных результатов и данных натурных испытаний фор сунок на кондиционерах Волжского завода синтетического волокна можно рекомедовать к практическому применению в установках кондиционирования воздуха форсунку типа 7пл2, эскиз которой приведен на рис. 45.
Сравним энергетические показатели .при обработке, возду ха в камере орошения с форсунками 7пл2 и Кд 1002-25. С этой целью воспользуемся' экспериментальными данными для массовой скорости воздуха 2,8 кг/м2-сек. В частности, при NTUH= 1 имеем следующие значения энергетического коэф фициента в зависимости от диаметра сопла:
для форсунки 7пл2 — КэЯ(з,1) = 220; КэЯ(5,2)= 170;
для форсунки Кд — КэЯ(з,о)= 170; Кэя(5,1) = 90.
155