Исследование теплообмена при охлаждении в электростатическом поле

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
49
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Таблица 3
Параметры электрического режима трёхэлектродной печи
Параметр Порядок чередования фаз токов электродов
Прямой Обратный
Номер электрода 1 2 3 1 2 3
Активное сопротивление ванны, мОм 1,239 1,025 0,896 0,896 1,025 1,239
Реактивное сопротивление ванны, мОм 0,358 0,158 0,434 0,434 0,158 0,358
Активная мощность под электродом, МВт 17,69 14,64 12,80 12,80 14,64 17,69
Реактивная мощность под электродом, МВАр 5,11 2,26 6,20 6,20 2,256 5,11
Активная мощность переноса, МВт 1,98 -0,79 -2,91 -2,91 -0,79 1,98
Реактивная мощность переноса, МВАр -2,67 -3,54 -1,59 -1,59 -3,54 -2,67
Активная мощность перекоса, МВт 2,65 -0,4 -2,25 -2,25 -0,4 2,65
Реактивная мощность перекоса, МВАр 0,58 -2,26 1,68 1,68 -2,26 0,58
Список литературы
1. Данцис Я. Б. Методы электротехнических расчетов руднотермических печей / Я. Б. Данцис. — Л.: Энергия. 1973. 188 с.
2. Ильгачёв А. Н. Разностно-потенциальные коэффициенты ванн многоэлектродных печей резистивного нагрева / А. Н. Ильгачёв // Вестник Чувашского университета. 2006. № 2. с. 227−235.
3. Ильгачёв А. Н. Разностно-потенциальные коэффициенты как параметры схемы замещения электрического процесса в ванне многоэлектродных печей
/ А. Н. Ильгачёв // Актуальные вопросы технических наук: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015 г.). — Пермь: Меркурий, 2015. -vi, с. 76−79.
4. Струнский Б. М. Расчеты руднотермических печей / Б. М. Струнский. — М.: Металлургия. 1982. 192 с.
5. Kluss F. Einfurung in die Probleme des elektrischen Lichtbogen und Widerstandofens. — Berlin: Springer-Verl, 1951. 263 S.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Киреев Владимир Васильевич
Доктор технических наук, профессор кафедры «Машины и аппараты химических производств, Ангарская
государственная техническая академия, город Ангарск
АННОТАЦИЯ
Рассмотрено применение электростатического поля как фактора интенсификации процесса работы воздушного конденсатора. Определены зависимости критериев Вебера, Фруда, Галилея, Нуссельта от напряженности поля и размера капель воды, зависимость изменения коэффициента теплоотдачи с поверхности пучка труб от скорости охлаждающей среды при поперечном обтекании. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке и конструировании воздушных конденсаторов с впрыском воды на теплообменную поверхность, конденсаторов испарительного охлаждения, аппаратов охлаждения оборотной воды, а также в оросительных камерах систем кондиционирования воздуха.
Введение — В последнее время все большее применение в промышленности находят технологические процессы, основанные на использовании воздействия электростатического поля на заряженные диспергированные частицы и материалы. Электростатическое поле, как фактор интенсификации технологических процессов, широко используется в промышленности. Электрические установки применяются в химической и пищевой промышленности для сушки материалов, окрашивания поверхностей, разделения сыпучих смесей на компоненты, электрокопчения, нанесения консервирующих веществ на поверхность обрабатываемых пищевых продуктов и др. [1, 2, 3, 4]. Универсальность данной технологии состоит в том, что в природе нет таких сред и веществ, которые бы не подвергались зарядке под действием электрического поля и не являлись бы носителями зарядов, т. е. не поддавались бы силовому воздействию поля. Интерес к использованию электротехнологии особенно возрос в последнее время в связи с наступлением в ряде стран энергетического кризиса и повышением требований к охране окружающей среды. Использование электрических полей в условиях промышленного производства — сложная научно-техническая задача, требующая решения следующих вопросов:
— выявление областей производства, где экономически эффективно применять электрофизические методы с учетом рационального сочетания их с традиционными технологиями-
— исследование электрофизических, структурно-механических, теплофизических и других параметров охлаждающей среды и установление их взаимосвязей-
— разработка теоретических основ расчета и конструирования теплообменных аппаратов в условиях использования электростатического поля.
Силовое воздействие поля на частицы может быть
использовано в воздушных конденсаторах, при распылении жидкости в теплообменных аппаратах, в камерах увлажнения промышленных систем кондиционирования воздуха.
Схема воздушного конденсатора, работающего в ЭСП, приведена на рис. 1.
Объект и методы исследований — теоретическое и экспериментальное исследование работы воздушного конденсатора в условиях использования электростатического поля.
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
50
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Конденсатор работает следующим образом. При подаче на высоковольтный электрод потенциала воздух ионизируется и под действием электрического ветра движется по направлению к трубному пучку, охлаждая его. Как показывают эксперименты, при отключенном вентиляторе, скорость электрического ветра увеличивается вместе с ростом напряженности ЭСП и в области значений Е = 5,0−105… 1,0−10 6 В/м за теплообменной поверхностью конденсатора составляет 0,5__1,0 м/с. Если принять ско-
рость воздушного потока на входе в конденсатор равной 1м/с, то результирующая скорость электрического ветра и воздушного потока при данной напряженности поля будет равна соответственно 1,5 _2,0 м/с [3, 4].
Для получения интенсивного режима охлаждения при высоких температурах окружающего воздуха в конденсаторе установлены форсунки для орошения теплообменной поверхности. При впрыске воды в поток воздуха часть ее образует пленку на теплообменной поверхности конденсатора, которая, испаряясь, понижает температуру стенки. В результате улучшается процесс теплообмена. Движение струи диспергированной жидкости (СДЖ) в ЭСП может быть специально организовано путем обеспечения определенной разности потенциалов и расположения электродов в зоне охлаждения. Диспергирование жидкости в ЭСП происходит более эффективно, о чем свидетельствуют данные ряда авторов [3, 5, 7].
Рис. 1. Воздушный конденсатор в ЭСП: 1- вентилятор, 2 — форсунки, 3 — кожух, 4 — высоковольтный электрод, 5 — блок питания, 6 — трубный пучок, 7 — ребра, 8 — нагнетательный трубопровод,
9 — компрессор, 10- изолятор
Для расчета коэффициента теплоотдачи от поверхности пучка труб при охлаждении в ЭСП применяем степенную зависимость проф. Исаченко для СДЖ [6] (1) и (2)
Nu = C ¦ Rex • Wem ¦ Frn ¦ Gaqr ¦ Prx • (Pr^ Prc /25
(1)
Nu = C ¦ Re0,5 ¦ We0'22 ¦ FroJ5cos& lt-p
¦ Ga0/17 ¦ Pr0'5/Pr) / PrJ
0,5
0,25
(ж) —
(2)
Где С — коэффициент зависящий от угла наклона форсунки по отношению к охлаждающей поверхности-
Re — критерий Рейнольдса- We — критерий Вебера- Fr -критерий Фруда- Ga — критерий Галилея- Pr — число Прандтля (ж — для жидкости, с- для струи). в которых критерии будут выражаться в следующем виде:
We = Ц*)Г2-Gq ¦Р/R3 (3)
Где j — плотность орошения- cq — коэффициент поверхностного натяжения заряженной капли- р — плотность- R03 — радиус заряженной капли.
Радиус распыляемых капель в зависимости от потенциала, который подводится к штуцеру распылителя, при известной напряженности определяется по уравнению
03 = - (V4^q) -^0 ¦ Е 2) (4)
Где R0 — средний радиус капли- є - диэлектрическая постоянная жидкости- єо — диэлектрическая постоянная ва-куума-Е — напряженность поля-
Анализ моделей и принятых в них допущений дает
основание предположить, что характер процесса теплообмена в электростатическом поле будет подобным, если в качестве допущения принять, что процессы электролиза в стекающей пленке жидкости практически не влияют на теплообмен и гидродинамику течения.
Охлаждение пучка труб СДЖ, помещенного в ЭСП, позволяет интенсифицировать процесс теплообмена за счет включения механизма электростатического взаимодействия капель жидкости между собой и охлаждаемой стенкой. В качестве исходных предпосылок, дополняющих модель процесса, описанную в предыдущем разделе, принимаются следующие:
1. Наличие ЭСП будет приводить к еще большей деформации поля скоростей капель СДЖ — это вытекает из уравнения
W =^0(R03 ¦ Е ¦t1 + 20−1/^ + 2)]/^-Я, (5)
где Е — напряженность поля- є - диэлектрическая постоянная жидкости- pr — коэффициент динамической вязкости газа, из которого видно, что с ростом R03 капли ее скорость в ЭСП увеличивается, т. е. крупные капли будут еще быстрее & quot-обгонять"- мелкие.
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
51
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2. Наличие одноименного заряда капель будет снижать эффективность коагуляции, и приводить к диспергированию крупных капель [9, 7].
3. Вектор напряженности ЭСП направлен по нормали к поверхности охлаждения. В этом случае скорость капель определяется достаточно просто по уравнению
Где где W^ W^ Wэк — соответственно скорость капель, результирующая в струе без ЭСП и без струи в ЭСП- ф — угол, образованный осью струи и вектором напряженности ЭСП.
4. Рассмотрена одномерная модель течения СДЖ (рис. 2) с допущением о симметричности струи.
0,5
W = WC2 + жэк2 + 2WC -W3K ¦ cos^)0,
(6)
Рис. 2. Схема расположения форсунок относительно пучка труб: 1 — форсунки- 2 — электроды- 3 — трубы
Построение расчетной модели процесса охлаждения проведено следующим образом.
Учитывая, что наличие ЭСП способствует уменьшению уноса капель жидкости за поверхность охлаждения, введен коэффициент
^(У) = Jэ (х) / jo (х) (7)
Плотность орошения при отсутствии ЭСП определяется как
J0(х)^ф / Fx (8)
Gф — массовый расход воды через форсунку- Fх — орошаемая поверхность.
Формула плотности орошения в ЭСП jэ (х) имеет более сложный вид и зависит от напряженности электростатического поля:
E = UJ R Лп (R2/ R1), (9)
где U0 — приложенное напряжение- R1- радиус электрода- R2 — радиус трубы.
Задаваясь в первом приближении значением п = 1,2… I, 5, в дальнейшем уточним его величины, используя экспериментальные данные. Тогда плотность орошения в ЭСП будет определяться как
J (X) J0(Х) Л (у) (10)
В дальнейших расчетах модель строится на основе уравнений, приведенных в предыдущем разделе, с учетом корреляции скорости капель (числа Фруда) по уравнениям
(5) и (6).
Для определения режима стекания пленки (псевдоламинарного или псевдотурбулентного) вычисляется критическое число Рейнольдса [6]:
Re „“ = K ¦ We0'- 73 ¦ 1C7
, (11)
где K=0. 31 при ф =90°- K=0,22 при ф =65°и определяется значение координаты X кр, соответствующее переходной границе
X»,=M-R кр/ j х). (12)
Анализ результатов охлаждения в ЭСП. Влияние электростатического поля на интенсивность теплоотдачи неоднозначно. Как показывает анализ полученной системы уравнений критерии Фруда, Вебера и Галилея, входящие в уравнение (1) и (2), имеют различный характер в зависимости от напряженности электростатического поля и первоначального диаметра распыляемых капель.
Как и следовало ожидать, наибольшую & quot-чувствительность"- к действию ЭСП проявляют мелкие капли радиусом менее 10−5 м. С ростом напряженности ЭСП в большей степени начинают проявляться эффекты электростатического диспергирования [2, 4, 7], связанные с уменьшением сил поверхностного натяжения жидкости.
Уменьшение диаметра капель приводит к существенному росту критериев We и Fr, одновременно несколько снижается значение критерия Ga.
На рис. 3 представлены зависимости We=f (E, R о), рассчитанные по уравнениям (3), (4), (8), (10). Величины cq и є определялись по уравнениям
=& amp--®/4) ¦?¦?* ^ E2
(13)
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
52
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
є = 1+2(єр-1)/{?p + R0)
, (14)
в которых были приняты значения с =73 Н/м, єр =80,4, єо =8,854 10 -1
єр — тензор относительной диэлектрической проницаемости.
При уменьшении начального диаметра капель от
10−4 до 10−5 м число We увеличивается более чем в 2 раза. С ростом напряженности Е электростатического поля изменение числа We заметно при значениях диаметра капель менее 10−5 м. Для более крупных капель от 10−4 до 10−3 м изменение напряженности в интервале от 5 до 35 кВ/м практически не вызывает роста числа We.
Рис. 3. Зависимость критериев Вебера и Фруда от напряженности поля и размера капель.
Также на рис. 3 показаны зависимости Fr = f (E, R0). Из которых хорошо видно, что даже незначительное изменение напряженности, в особенности для струй с большим числом мелких капель, приводит к резкому увеличению числа Fr. При увеличении напряженности до 15 кВ/м изменение числа Fr для капель диаметром менее 10−5 м может составить 100% и более. Расчеты проводились по уравнениям (4), (5), (6), (11).
Изменение числа GaR (критерий Галилея для рас-пыливаемых капель) так же особенно заметно для капель малого диаметра. На рис. 4 показаны зависимости GaR = f
Рис. 4. Зависимость критерия Галилея от напряженности поля и размера капель
Не менее важное значение имеют также начальный радиус капель Ro и угол & quot-атаки"- ф, образованный осью струи диспергированной жидкости и нормалью к поверхности (рис. 2). На рис. 5 представлены зависимости критерия Нуссельта от радиуса капель Ro и угла ф. Наибольшее влияние размера капель сказывается на больших углах атаки. Так при ф = 60… 900 и уменьшении радиуса от Ro = 10−4 м до от Ro = 10−5 м. критерий Нуссельта возрастает более, чем в два раза. При меньших значениях ф, т. е. когда ось струи становится параллельной оси трубы, изменение
(E, R0), из которых видно, что для капель различных радиусов влияние электростатического поля существенно меняется. Так капли относительно малого радиуса в меньшей степени изменяют число GaR с ростом напряженности. Крупные капли с радиусом более 200 мкм даже при незначительном росте напряженности резко меняют значение GaR. Это можно объяснить тем, что крупные капли в меньшей степени испытывают эффект электростатического диспергирования с образованием мелких капель в особенности в области низких потенциалов Е = (10… 15) кВ/м.
Рис. 5. Зависимость критерия Нуссельта от угла распыла охлаждающей жидкости
радиуса капель практически слабо влияет на эффективность теплоотдачи. Это можно объяснить тем, что при & quot-атаке"- струи по нормали к поверхности капли оказывают существенное возмущающее воздействие на поверхность стекающей пленки, увеличивая число и эффективность теплоотдачи.
На рис. 6. представлены результаты теоретического исследования зависимостей коэффициентов теплоотдачи от скорости воздуха для различных методов охлаждения.
Из приведенных зависимостей видно, что наибольшего значения коэффициент теплоотдачи, а достигает при
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- IV (11), 2015
53
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
испарительном охлаждении в ЭСП. Это объясняется тем, что ЭСП интенсифицирует процесс охлаждения за счет:
— ускорения движения капель-
диспергирования крупных капель на более мелкие- равномерного покрытия пучка труб охлаждающей средой по всему объему аппарата.
Рис. 6. Зависимость изменения коэффициента теплоотдачи с поверхности пучка труб от скорости охлаждающей среды при поперечном обтекании: 1- в ЭСП, 2- испарительное охлаждение, 3- воздухом
Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке и конструировании воздушных конденсаторов с впрыском воды на теплообменную поверхность, конденсаторов испарительного охлаждения, аппаратов охлаждения оборотной воды, а также в оросительных камерах систем кондиционирования воздуха.
Список литературы
1. Бабакин Б. С., Еркин М. А. Влияние электрического поля на интенсификацию теплообмена // Холодильная техника. № 6. 1988. с. 41−43.
2. Бабакин Б. С. Электротехнология в холодильной промышленности. — М.: Агропромиздат, 1990. -208с.
3. Васяев Б. И., Верещагин И. П., Литвинов В. Е. Сильные электрические поля в технологических процессах (электронно-ионная технология) / Под ред. В. И. Попкова. — М.: Энергия, 1979.
4. Верещагин И. П. Коронный разряд в аппаратах электронно-ионной технологии. — М.: Энергоатом-издат, 1985. — 160с.
5. Герасимова В. Г. и др. Электротехнический справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 617с.
6. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. — М.: Энергоиздат, 1981. -273 с.
7. Киреев В. В. Моделирование теплообмена в воздушно-испарительном охладителе при воздействии электростатического поля // Вестник Международной Академии Холода. 2003, № 4, с. 10−12.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИНЕРЦИОННОГО
РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА
Жусупов КенесАмирлович, Козбагаров Рустем Ашимович, Ускембаева Багдат Оралбековна
канд. тех. наук, доценты Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева, город Алматы
COMPARATIVE ANALYSIS OF KEY INDICATORS INERTIA BUCKET-WHEEL EXCAVATORS
Zhussupov Kenes Amirlovich, candidate of technical sciences, associate professor of the Kazakh Academy of Transport and Communication of the M. Tynyshpayev, Almaty City
Kozbagarov Rustem Ashimovich, candidate of technical sciences, associate professor of the Kazakh Academy of Transport and Communication of the M. Tynyshpayev, Almaty City
Uskembaeva Bagdat Oralbekovna, candidate of technical sciences, associate professor of the Kazakh Academy of Transport and Communication of the M. Tynyshpayev, Almaty City АННОТАЦИЯ
Как показывает зарубежная и отечественная практика одним из способов повышения эффективности процесса экскавации должно стать применение рабочих органов с повышенным усилием копания и имеющие большую транспортную способность. Применение такого высокопроизводительного оборудования способствует внедрению прогрессивных и эффективных технологических схем ведения работ, позволяет существенно улучшить условия и повысить производительность труда.
В статье дана тенденция использования роторных экскаваторов за последние годы и приводится сравнительный анализ основных показателей инерционного роторного экскаватора с применением высокоэффективных рабочих органов, работающих на высоких скоростях. Авторами статьи разработана конструкция рабочего оборудования, позволяющая полностью использовать достоинства инерционного ротора.
ABSTRACT
As foreign and home practice shows application of working organs must one of methods of increase of efficiency of process of excavation become with enhanceable effort of digging and having a large transport ability. Application of such high-performance equipment assists introduction ofprogressive and effective flowsheets of conduct of works, allows substantially to

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой