2150

Требуемую поверхность теплообмена в контактном аппарате, отвечающую отрезку 1–2 (рис. 2.4,а), предлагается определять в соответствии с уравнением (1.48):

Установлено, что требуемая поверхность массообмена для рассматриваемого процесса на основе уравнения (1.51) соответствует:

Таким образом, разработанная методика расчета контактных аппаратов при обработке воздуха водой включает выполнение ряда последовательных операций, представленных на рис. 2.7.

Для полной оценки тепло- и массопереноса в аппаратах СКВ Стефанов Е.В. ввел понятие о совершенстве данного процесса [173]:

Процесс тепло- и массообмена в аппарате считается совершенным, если * 1.

Отмечается [134], что на практике встречаются случаи, когда * 1.

Такие случаи возникают при различии площадей поверхности тепло- и массообмена.

Разработанная в диссертационной работе, методика расчета поверхности тепломассопереноса дополнительно позволяет проводить анализ различных ситуаций.

71

2.3. Методика косвенной оценки определяющего линейного размера капель распыляемой воды (эффективного диаметра) механическими форсунками в потоке воздуха

При форсуночном распылении воды в контактном аппарате площадь тепломассопереноса определяется суммарной поверхностью ее капель. Факел распыла водяных капель характеризуется большой дисперсностью и зависит от ряда факторов (типа механической форсунки, рабочего давления воды перед форсункой, коэффициента орошения и др.).

Прямое определение площади тепломассопереноса исходя из дисперсности факела распыла является трудной задачей, точное решение которой невозможно из-за сложной аэродинамической обстановки в контактном аппарате.

Вто же время применение предложенной выше методики определения поверхности тепломассопереноса контактного аппарата на основе числа единиц переноса (разд. 2.2) требует проводить количественную оценку определяющего линейного размера капель воды. В частности, данный параметр используется для расчета коэффициентов теплоотдачи, массоотдачи и критерия Рейнольдса (формулы (2.11), (2.12), (2.15)).

Вработе представлено решение технической задачи по оценке размера водяной капли по упрощенной форме. Предлагается ввести следующий физический смысл в параметр, определяющий линейный размер капли воды как ее эффективный диаметр в контактном аппарате.

Определяющий линейный размер капли воды l – это среднестатистиче-

ский диаметр водяных капель, которые образуются при диспергировании воды в воздушной среде и суммарная поверхность которых соответствует поверхности тепломассопереноса в контактном аппарате.

Данный параметр можно численно оценить для конкретных условий при форсуночном распылении воды в потоке воздуха, используя косвенный метод расчета.

Вкачестве исходных данных в работе предлагается использовать следующие режимные параметры и техническую характеристику процесса тепловлажностной обработки воздуха в контактном аппарате:

–расход воздушного потока (производительность ОКФ), кг/с;

–коэффициент орошения μ, кг/кг;

–зависимость Еа = f(μ) для данного контактного узла;

–зависимость F = f(μ, d) при G – const (типовая зависимость приведена на рис. 1.9).

На рис. 2.8 представлена зависимость F = f(μ, d) для области с увеличенным диаметром водяных капель в факеле распыла.

73

7.С учетом отклонения ∆F принимается другое значение величины определяющего линейного размера капель распыляемой воды (п.2).

8.Повторно выполняются расчеты по пп. 3, 5, 6, при этом каждый раз уменьшается ∆F, т.е. несоответствие между расчетной F, м2, и его значени-

ем Fк, м2, по рис. 2.8, 1.9.

9.Определяющий линейный размер капель распыляемой воды l = dэ, мм, считается установленным при равенстве F = Fк, т.е. при ∆F = 0.

Разработанная методика позволяет с достаточной точностью для инженерной практики рассчитать определяющий линейный размер капли воды (эффективный диаметр) в ОКФ для различных режимов работы.

Для уменьшения трудоемкости расчетов автором разработан программный продукт – ТВОВ-СК, позволяющий рассчитывать поверхность тепломассопереноса при различных режимах тепловлажностной обработки воздуха: при адиабатическом увлажнении и охлаждении воздуха, при его политропическом охлаждении и осушении (разд. 2.5).

2.4.Разработка методики расчета осушителей воздуха

на основе твердых сорбентов

В системах кондиционирования для осушения воздуха в качестве базового оборудования применяются осушители на основе твердых сорбентов, т.е. адсорбентов. Типовые аппараты называют адсорберами. На практике широкое распространение получили адсорберы с неподвижным слоем адсорбента [96].

Эффективным адсорбентом водяных паров является силикагель, т.е. гидратированный аморфный кремнезем (разд.4.1). Для осушения воздуха применяют силикагель марки КСМ с размерами зерен 1…3 мм [48, 55, 211].

Конечным состоянием процесса адсорбции, как и других массообменных процессов, является равновесное состояние, в данном случае между влагосодержанием адсорбента и влагосодержанием осушаемого воздуха.

Зависимость равновесного влагосодержания силикагеля от параметров осушаемого воздуха приведена на рис. 2.9 [55].

Осушение воздуха силикагелем сопровождается выделением теплоты адсорбции и теплоты смачивания, что способствует повышению температуры рабочих тел, т.е. силикагеля и воздушного потока. При отводе теплоты из адсорбера процесс сорбции водяных паров может протекать изотермически, при отсутствии отвода теплоты процесс является изоэнтальпийным или адиабатическим, и луч процесса на I-d-диаграмме влажного воздуха изображают по линии I – const [9]. Особенности сорбционного процесса необходимо учитывать при применении методики расчета типового оборудования.

75

В то же время анализ методов расчета адсорберов с неподвижным слоем адсорбента показывает, что в качестве базовой кривой автоматически предлагается изотерма адсорбции, т.е. условия процесса не конкретизиру-

ются [96, 133, 144].

Очевидно, при изоэнтальпийном процессе осушения воздуха в качестве базовой кривой нужно использовать изоэнтальпу (адиабату) адсорбции.

Рис. 2.9. Изотермы адсорбции процесса осушения воздуха силикагелем: g – равновесное влагосодержание силикагеля, г/кг;

d – влагосодержание воздуха, г/кг сух. возд.; t – температура воздуха, С

Для графического построения изоэнтальпы адсорбции водяных паров из воздушного потока силикагелем предлагается применить, разработанную автором диссертации, модифицированную I-d-диаграмму влажного воздуха, на которой дополнительно нанесены изолинии равновесного влагосодержания силикагеля марки КСМ.

Фрагмент разработанной модифицированной I-d-диаграммы приведен на рис. 2.10, ее общий вид – на рис. 2.11.

76

Рис. 2.11. Модифицированная I-d-диаграмма влажного воздуха

78

где ρ – плотность воздуха, кг/м3;

v – скорость воздуха в сечении адсорбера, м/с (v = 0,25…0,50 м/с) [55].

4. Определяется высота слоя сорбента (силикагеля):

Число единиц переноса определяется методом графического интегрирования [5, 133]. Расчет производится по формуле

где d, d* – текущее (рабочее) и равновесное влагосодержание осушаемого воздуха, г/кг сух. возд.

В соответствии с рекомендациями [9, 37, 40] на основе рис. 2.10 осуществляют построение равновесной линии (в данных условиях – изоэнтальпы адсорбции) и рабочей линии процесса (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Изоэнтальпа адсорбции (ОА) и рабочая линия процесса (1 – 2): di, di* – соответственно, рабочие и равновесные влагосодержания воздуха, г/кг; Di, Di* – соответственно, рабочие

и равновесные влагосодержания силикагеля, г/кг

79

На рис. 2.12 показано в виде стрелок нахождение равновесных влагосодержаний воздуха для соответствующих рабочих влагосодержаний.

Для численного определения числа единиц переноса по формуле (2.26) строят графическую зависимость для осушения воздуха силикагелем:

Общий вид графической зависимости приведен на рис. 2.13.

Sc 0,785 Da2 ; или Sc G ;

80