Критериальное уравнение для расчета гидравлического сопротивления сухой насадки

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 66. 045. 54
Н. А. Меренцов, В. А. Балашов, Я. А. Орлянкина
КРИТЕРИАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СУХОЙ НАСАДКИ
Волгоградский государственный технический университет
Предложено критериальное уравнение для обобщения опытных данных по гидравлическому сопротивлению сухой насадки. Уравнение может быть использовано в расчетах по определению гидравлического сопротивления насадки различного вида и конструктивного исполнения. Показана возможность оценки с помощью этого уравнения показателей эффективности нерегулярной кольцевой насадки.
Ключевые слова: малогабаритные вентиляторные градирни, сухая насадка, гидравлическое сопротивление, обобщенное критериальное уравнение.
N. A. Merentsov, V. A. Balashov, J. A. Orlyankina
CRITERIAL THE EQUATION FOR CALCULATION OF HYDRAULIC RESISTANCE
OF A DRY NOZZLE
Volgograd State Technical University
The criterial the equation for generalization of the skilled data on hydraulic resistance of a dry nozzle is proposed. The equation can be used in calculations by definition of hydraulic resistance of a nozzle of a various kind and a design. Possibility of estimation by means of this equation of indicators of efficiency of an irregular ring nozzle is shown.
Keywords: small — sized ventilation cooling towers, dry nozzle, hydraulic resistance, generalized criteria the equation.
Для многих крупных промышленных предприятий системы водоснабжения с оборотом воды, общим для всего промышленного предприятия, в последние годы, в связи с неустойчивом состоянием производства товарной продукции и потреблением охлаждающей воды только для отдельных производств, цехов или установок, делает целесообразным использование для таких внутризаводских объектов индивидуальных систем оборотного водоснабжения. Такие системы оборотного водоснабжения могут быть оборудованы вентиляторными градирнями, поставляемыми на предприятие в готовом виде и называемые по этому признаку малогабаритными [1]. Производительность индивидуальных систем оборотного водоснабжения по объему охлаждаемой воды при необходимости может быть увеличена путем установки группы параллельно работающих малогабаритных градирен. Являясь мобильными, вентиляторные малогабаритные градирни должны обладать высокими технологическими показателями в расчете на единицу рабочего объема оросителя.
Важным показателем малогабаритных вентиляторных градирен являются общие энергетические затраты в процессе их эксплуатации, суммарная величина которых определяются затратами на организацию воздушного потока, разбрызгивание жидкости и преодоление гидравлического сопротивления оросителя. Наибольшая составляющая суммарных затрат энер-
гии приходится на долю гидравлического сопротивления орошаемой насадки оросителя, поэтому одним из направлений совершенствования конструкций малогабаритных вентиляторных градирен является разработка оросителей, в которых высокие значения коэффициентов тепло- и массопереноса при испарительном охлаждении воды можно получить при использовании насадки, обладающей малым гидравлическим сопротивлением. О возможных энергетических затратах орошаемой насадки в определенной мере можно судить по ее гидравлическому сопротивлению при продувке воздухом без орошения. Такую насадку принято называть сухой. Известно большое количество видов насадки, которые могут быть использованы для оросителей градирен [2] и продолжаются исследования по разработке ее новых видов применительно к испарительному охлаждению воды в градирнях [3−10]. Гидравлическое сопротивление сухой насадки в зависимости от вида ее геометрического строения и конструкции оросителя определяется экспериментально.
В настоящие время обобщенного метода оценки качества сухой насадки по гидравлическому сопротивлению не существует, в каждом отдельном случае она осуществляется путем сопоставления фильтрационных кривых зависимости градиента давления от скорости фильтрации, Ар/И=/(Уф). Такая методика предполагает выполнение множества процедур попарного сопоставления графиков фильтрационных
кривых с последующим формированием обобщенного суждения о гидравлических возможностях насадки. Более удобным и информативным способом анализа, на наш взгляд, может быть использование обобщенной критериальной зависимости коэффициента гидравлического сопротивления X от модифицированного числа Рейнольдса, X = /(Яе), предложенной в работе [11] для расчета фильтрации жидкости через различные пористые среды. В этой критериальной зависимости в качестве характерных геометрических размеров пористой среды используются два линейных размера:
А =
Р
а
и 12 _
(1)
С использованием двух характерных линейных размеров,? и ?2, обобщенное критериальное уравнение записывается как
X _- + 2, Яе
(2)
где X — коэффициент гидравлического сопротивления- Яе — модифицированное число Рейнольдса.
X = 2 •
Ар ?2
¦ = 2 •
Ар
1
(3)
Линейный размер, А является характеристикой структуры пористой среды в случае совместного действия в фильтрационном потоке сил вязкости и инерции, а ?2 — в случае инерционного сопротивления. Величины, а и в являются коэффициентами линейной и квадратичной составляющей уравнения Дюпюи-Форхгеймера, определяющие гидравлическое сопротивление фильтрационного течения в широком интервале скоростей фильтрации. Эти коэффициенты отражают различную степень влияния структуры пористого слоя на его гидравлическое сопротивление в области малых и больших скоростей фильтрации, и имеют линейную размерность, а, м-2 и в, м-1. Значения коэффициентов расчетным путем можно определить только для слоя шаровых частиц, для всех же остальных видов пористых сред их значения определяются экспериментально.
Н роф2 Н РрОф2
где Ар — гидравлическое сопротивление, Па- Н — высота слоя насадки, м- «ф — скорость фильтрации жидкости, м/с.
?1 -ифР _Р-ифр
Яе _
(4)
ц а-ц
где ц — вязкость фильтрационного потока, Пас- р — плотность фильтрационного потока, кг/м3.
Для некоторых видов насадок, используемых в массообменных аппаратах, на основе приведенных в работе [2] данных об их гидравлическом сопротивлении были определены значения коэффициентов, а и в по формулам (3) и (4) рассчитаны значения X и Яе. На графике рисунка представлены полученные зависимости X = /(Яе) для нерегулярных насадок, таких как кольца Рашига (1515×2) и (25×25×3), седла Инталокс (25), кольца Палля (25×25×3) и кольца ГИАП, для структурированной насадки и для насадок, которые могут быть использованы в оросителях малогабаритных вентиляторных градирен, например, таких как регулярная сетчатая, металлическая и комбинированная на-
1: тт №Н Ж Кольца Рашига (25 *25*3) АКольцаПалля (25: 25-,-3) ¦ Седла Инталокс (25) •Кольца Рашига (15'-15 12) ¦ Насадка П1АП 38 '- + Структуир ов анная на садка •Регулярная сетчатая насадка: ¦ Регулярная металлнческаяна садка: ¦Комбинированнаянасадка



% ь


+Регулируемая сетчатая насадка
i -?
/ /
—.
-
¦
4# %
и
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1'-
График зависимости X =. /(Яе) для различных по структуре типов пористых сред
садка. На этом же графике нанесены экспериментально полученные данные для специально разработанной для малогабаритных вентиляторных градирен регулируемой сетчатой насадки, пористость которой может быть при необходимости изменена [12]. Все опытные данные по гидравлическому сопротивлению нерегулярных и регулярных насадок различного конструктивного исполнения, как следует из представленных на рисунке результатов, обобщаться с помощью единого критериального уравнения (2).
В работе [13] показано, что в ряду последовательности насадок кольца Рашига — кольца Палля — кольца ГИАП эффективность массообменных характеристик возрастает, а гидравлическое сопротивление снижается, но в такой же последовательности вдоль графика, изображенного на рисунке располагаются и области гидравлических характеристик X = /(Яе) для этого ряда насадок.
Такой характер расположения гидравлических характеристик для указанных насадок свидетельствует о том, что по месту расположения гидравлической характеристики для кольцевой нерегулярной насадки на кривой обобщенной критериальной зависимостью (2), можно судить о степени приближения ее показателей по эффективности массообменных характеристик и уровню гидравлического сопротивления к одному из указанных видов кольцевой насадки.
Таким образом, в работе показано, что при оценке гидравлического сопротивления применяемой в массообменных аппаратах насадки влияние структуры насадки на ее гидравлическое сопротивление следует оценивать с помощью двух характерных линейных размеров, определяемых на основании экспериментально найденных значений вязкостного и инерционного коэффициентов уравнения Дюпюи-Форхгеймера.
Обобщенное критериальное уравнение (2) может быть использовано для расчета гидравлического сопротивления сухой насадки всех видов. Графическая форма представления этого уравнения позволяет оценить степень эффективности по массообменным показателям и гидравлическому сопротивлению сравниваемых кольцевых насадок, при этом более эффективной будет являться насадка, располагающаяся в области больших значений числа Рейнольдса. Для сухой насадки, как следует из графика, наиболее используемая рабочая область по режиму фильтрационного потока воз-
духа для существующих типов насадок располагается в пределах границ обобщенного числа Рейнольдса Яе = 0,110.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пономаренко, В. С. Градирни промышленных и энергетических предприятий / В. С. Пономаренко, Ю. И. Арефьев. — М.: Энерготомиздат, 1998. — 376 с.
2. Сокол, Б. А. Насадки массообменных колонн / Б. А. Сокол, А. К. Чернышов, Д. А. Баранов — под ред. Д. А. Баранова. — М.: Инфохим, 2009. — 358 с.
3. Боев, Е. В. Совершенствование конструкций полимерных оросителей градирен с целью повышения эффективности процесса охлаждения оборотной воды / Е. В. Боев, С. П. Иванов, В. Г. Афанасенко // Химическая промышленность сегодня. — 2009. — № 9. — С. 30−34.
4. Рябушенко, А. С. Регулярная металлическая насадка для осуществления процессов тепло- и массообмена при непосредственном контакте фаз / А. С. Рябушенко, А. С. Пушнов, М. Г. Беренгартен // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2006. — № 6. — С. 14−15.
5. Каган, А. М. Эффективная регулярная насадка из полимерного материала для осуществления процессов тепло- и массообмена при непосредственном контакте фаз / А. М. Каган, А. С. Пушнов, Г. Б. Мызнеков // Хмическая техника. — 2004. — № 7. — С. 8−10.
6. Дмитриева, Г. Б. Новая комбинированная насадка для тепломассообменных аппаратов / Г. Б. Дмитриева, А. С. Пушнов, В. Ю. Поплавский // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2006. — № 7. — С. 8−10.
7. Пушнов, А. С. Геликоидно-структурная насадка для осуществления тепломассообмена при непосредственном контакте фаз / А. С. Пушнов, М. Г. Беренгартен, А. М. Каган // Химическое и нефтегазовое машиностроение. -2007. — № 10. — С. 7−9.
8. Меренцов, Н. А. Испарительное охлаждение капель жидкости в воздушном потоке / Н. А. Меренцов, В. А. Балашов, А. Б. Голованчиков, Я. А. Орлянкина // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 1(88) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2012. — (Серия «Реология, процессы и аппараты химической технологии» — вып. 5). — С. 62−65.
9. Голованчиков, А. Б. Моделирование нестационарного падения сферической капли в поле сил тяжести / А. Б. Голованчиков, В. А. Балашов, Н. А. Меренцов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 4(91) / ВолгГТУ. -Волгоград, 2012. — (Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах» — вып. 13). — С. 8−12.
10. Меренцов, Н. А. Экспериментальная установка для исследования тепло- массообменных процессов в насадо-чных устройствах градирен / Н. А. Меренцов, В. А. Балашов, А. Б. Голованчиков, Я. А. Орлянкина // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 1(88) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2012. — (Серия «Реология, процессы и аппараты химической технологии» — вып. 5). — С. 78−80.
11. Тябин, Н. В. Дискретная модель фильтрации вязкой жидкости / Н. В. Тябин, В. А. Балашов, Л. А. Кондаков // Теоретические основы химической технологии. -1977. — Т. 85. — № 1. — С. 45−48.
12. П. м. 117 317 Российская Федерация, МПК Б01Л9/32. Насадка для массообменного аппарата / А. Б. Го-лованчиков, С. Б. Воротнева, Н. А. Меренцов, Н. А. Дуль-кина, О. А. Залипаева, А. П. Шамьянова- заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет». — 2 012 106 991/05 — заяв. 27. 02. 2012 — опубл. 27. 06. 2012, Бюл. № 18 (IV ч.).
13. Совершенствование конструкций нерегулярных металлических насадок / А. М. Каган [ и др.] // Химическая промышленность сегодня. — 2008. — Т. 85. — № 1. — С. 45−48.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой