Анотація до роботи:

Карнаух В. В. Інтенсифікация тепломасообмінних процесів у вентиляторних градирнях плівкового типу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 – Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2006.

У дисертації обґрунтовано перспективність використання у градирнях продуктивністю до 100 м³/год впорядкованої багатоканальної насадки плівкового типу з роздільним рухом повітряного потоку і водяної плівки, виконано моделювання процесів тепломасообміну за випарного охолоджування води в градирні з урахуванням уточнених уявлень про фазові термічні опори. Обґрунтовано доцільність розрахунку градирень тільки з урахуванням R_S, якщо 0,8<l<1,2. Встановлено на підставі розробленого нами методу визначення стану повітряного потоку умови небажаного повного насичення його вологою до виходу з насадки апарата для подальшої оптимізації висоти її і питомої витрати повітря. Рекомендовано для плівкової градирні: тип РН – «подвійний косий риф», матеріал РН – полівінілхлорид; визначені оптимальні геометричні параметри РН. Експериментально встановлено випереджаюче зростання інтенсивності процесу тепломасообміну в порівнянні зі зростанням енерговитрат на його організацію. Розроблено типорозмірні ряди проти- і поперечноточних плівкових вентиляторних градирень у діапазоні продуктивності з охолоджувальної води G_р = 25…100 м³/год, що забезпечує за умови їх багатосекційної збірки економію як енергії на привід, так і води на компенсацію втрат з випаровуванням і краплинним віднесенням.

У дисертаційній роботі запропоновано нові рішення щодо підвищення ефективності роботи плівкових градирень, які полягають у встановленні впорядкованої багатоканальної насадки нового типу, що забезпечує розвинену поверхню тепломасопереносу за мінімального аеродинамічного опору, впровадженні багатосекційної збірки градирень удосконаленого типу.

У результаті виконання роботи отримані наступні результати.

1. Виконано порівняльний аналіз сучасних методів розрахунку тепломасообмінних процесів у системі вода-повітря і показано перевагу методу ентальпійного потенціалу; розвинено теоретичні основи аналізу фазових термічних опорів повітряного і водяного потоків, що ґрунтуються на уявленнях про аддитивність фазових термічних опорів.

2. Показано значущість термічного опору рідинної плівки, що визначає можливість інтенсифікації процесу тепломасообміну дією на газову і рідинну фази, використовуючи поверхні з регулярною шорсткістю.

3. Запропоновано розрахунковий метод визначення стану повітряного потоку за висотою (у протиточних ТМА) і за об'ємом (у поперечноточних ТМА) насадки градирні, який дозволяє встановити можливість небажаного повного насичення вологою газового потоку до виходу з насадки апарату, для вживання заходів щодо запобігання різкого зниження ефективності процесу.

4. Виконано моделювання процесів тепломасообміну під час випарного охолоджування води в градирні з урахуванням уточнених уявлень про фазові термічні опори, величини поверхні тепло- і масообміну і відхилення значення співвідношення Л’юіса від одиниці (порушується аналогія процесів перенесення теплоти і маси).

5. Установлено: для всіх схем контакту потоків характерними є плівково-струминний ламинарно-хвильовий або перехідний режими току рідини при турбулентному газовому потоці. Для протитоку має місце значна гідродинамічна взаємодія фаз – ; за поперечного току .

6. Установлено для поверхонь з РШ випереджаюче зростання інтенсивності процесів тепломасообміну в порівнянні зі зростанням енерговитрат на організацію процесу. Для протитоку за ; рекомендовано за d_е=0,015...0,03м. У градирнях великої продуктивності (понад 100 м³/год) необхідно збільшити еквівалентний діаметр до d_е=0,03…0,05 м. Для поперечного току за k = idem; рекомендовано l_opt=0,03...0,04 за d_е=0,020...0,03 м. Для протиточних апаратів малої продуктивності можна рекомендувати Н_РН=0,300...0,500 м, для апаратів більшої продуктивності (G_р=100м³/год) доцільно збільшити сумарну висоту зрошувача до 1,0 м (компонувати зрошувач ярусами, з висотою кожного 0,32...0,5 м.).

7. Доведено: в інженерних розрахунках для оптимального діапазону навантажень по газу і рідині (0,8<l<1,2) можна нехтувати впливом термічного опору рідинної плівки і вести розрахунок градирень, ґрунтуючись лише на значенні сумарного термічного опору (R_S); за інших значень l слід переходити до аналізу і розрахунку тепломасообмінних процесів з урахуванням фазових термічних опорів; в умовах протитоку інтенсифікація процесів забезпечується за рахунок зниження R_р при поперечному тоці регулярна шорсткість інтенсифікує процеси в обох фазах.

8. Для градирні з багатоканальною насадкою з РШ на поверхні рекомендовано: тип РН – «подвійний косий риф» і матеріал РН – полівінілхлорид.

9. В області значень ступеня охолодження рідини Е_р 0,5 очевидні переваги поперечноточної схеми; за великих значеннь питомої ефективності (Е^*) схеми виявляються рівноцінними і забезпечують однакову величину Е_р,max @ 0,73. Збільшення d_е до оптимальних значень забезпечує подальше поліпшення характеристик поперечноточного модуля і досягнення Е_р,max @ 0,8.

10. Обґрунтовано доцільність застосування поперечноточних апаратів. Поперечноточна схема має ряд переваг у порівнянні з протитоком: значне розширення діапазону робочих навантажень; зниження енерговитрат за більш високого ступеня досягнутого охолоджування рідини; зниження висоти ТМА; можливість установлення вентилятора поза потоком вологого повітря і його реверсування – за необхідності. Протитік забезпечує більшу щільність теплового потоку (q_г=370кВт/м³ проти 250 кВт/м³ для поперечного току). Вибір схеми обумовлений особливостями експлуатації, вимогами компактності і допустимим рівнем енерговитрат.

11. Розроблено типорозмірні ряди проти- і поперечноточних плівкових вентиляторних градирень у діапазоні продуктивності з охолоджувальної води G_р = 25…100 м³/год, що забезпечує в умовах цілорічної експлуатації і континентального клімату за умови їх багатосекційної збірки економію як енергії на привід (до 30%), так і води на компенсацію втрат з випаровуванням і краплинним віднесенням (близько 20%).

Умовні позначення

Q - теплове навантаження, кВт; q - щільність зрошування, м³/(м²год); G - об'ємна витрата, м³/с; W-швидкість, м/с; x- коефіцієнт гідравлічного опору; F-площа, м²; d_е - еквівалентний діаметр, м; Р, Е - крок і висота основного гофрування, м; р, е - крок і висота регулярної шорсткості, м; k - коефіцієнт шорсткості; l - відносна витрата повітря; с_р- теплоємність за постійного тиску, кДж/(кгК); r_o - питома теплота пароутворення, кДж/кг; t - температура газу, ^оС; р_п - парціальний тиск насиченої пари, Па; h_г- ентальпія газу, кДж/кг; _г - коефіцієнт тепловіддачі від ядра рідини до ядра повітря, Вт/м²К; _г⁰-коефіцієнт тепловіддачі від поверхні рідини до повітря, Вт/м²К; _х (_р, _h)- коефіцієнт масовіддачі, віднесений до різниці вологовмісту (тиску, ентальпії), кг/м²с; К_h- загальний коефіцієнт тепломасопереносу, кг/м²с; R_S – сумарний термічний опір, м²с/кг; N - число одиниць перенесення; А - відносний ефект інтенсифікації; А^*- відносна ефективність процесу; РН - регулярна насадка: РНІ – «прямий подвійний риф», РНІІа– «косий подвійнийй риф» (Al), РН ІІІ- «прямий косий риф», РН ІV- «косий подвійний риф» (ПВХ); РШ - регулярна шорсткість.

Індекси: г- газ; р- рідина; - параметр за температури рідини на поверхні розділу фаз t_р''; *- параметр за температури ядра рідини t_р.

Основний зміст дисертації викладений у наступних работах:

1. Дорошенко О.В., Карнаух В.В. Про переваги гібридних систем охолодження повітря // Обладнання та технології харчових виробництв //Тематичний збірник наукових праць. Вип.8.- Донецьк.: ДонДУЕТ, 2003.- С. 46-51.

2. Дорошенко О.В., Карнаух В.В. Математичне моделювання теплообмінних процесів у градирнях з регулярною насадкою з гофрованих листів //Обладнання та технології харчових виробництв. Тематичний збірник наукових праць. Вип.9 - Донецьк.: ДонДУЕТ, 2003.- С. 103-111.

3. Дорошенко О.В., Осокін В.В., Карнаух В.В. Розробка та обґрунтування конструкції градирень плівкового типу // Обладнання та технології харчових виробництв. Тематичний збірник наукових праць. Вип.10.- Донецьк.: ДонДУЕТ, 2004.- С. 30-37.

4. Дорошенко О.В., Карнаух В.В. Про методику розрахунку тепломасообмінних процесів у градирні // Обладнання та технології харчових виробництв. Тематичний збірник наукових праць. Вип.11.- Донецьк.: ДонДУЕТ, 2004.- С. 65-72.

5. Дорошенко О.В., Осокін В.В.,Карнаух В.В., Дробот Г.М. Гідродинаміка плівково-струминного плину в умовах протитоку // Обладнання та технології харчових виробництв. Тематичний збірник наукових праць. Вип.12.- Донецьк.: ДонДУЕТ, 2005.- С. 38-46.

6. Деклараційний патент на корисну модель № 4736. Двоконтурна вентиляторна плівкова градирня / Дорошенко О.В., Осокін В.В., Карнаух В.В. – №2004010311; Заявлено 15.01.2004; Опубл. 15.02.2005. Бюл. №2.

Додаткові публікації

7. Дорошенко О.В., Карнаух В.В. Гібридні системи охолодження // Збірка доповідей ІІ Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів. – Донецьк: ДонНТУ, 2003.- С. 140-141.

8. Дорошенко О.В., Карнаух В.В. Теоретичні основи процесів тепломасообміну в градирні з регулярною насадкою з гофрованих листів // Збірка тез доповідей Міжнародної науково-технічної конференції «Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка».- Донецьк: ДонДУЕТ, 2003.- С. 25-28.

9. Дорошенко О.В., Карнаух В.В. До питання вибору типу регулярної насадки для плівкових градирень // Збірник тез доповідей VІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Наука і освіта 2004». Том 60.- С. 36-37.

10. Дорошенко О.В., Карнаух В.В. Об оптимизации параметров регулярной насадки в тепломассообменных аппаратах. Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів // ІV Міжнародна наукова конференція аспірантів та студентів. Збірка тез доповідей. Том.2.- Донецьк: ДонНТУ, 2005.- С. 130-131.

11. Карнаух В.В. Совершенствование рабочих характеристик противоточных пленочных градирен // Збірник наукових праць ІV Міжнародної науково - технічної конференції «Сучасні проблеми холодильної техніки та технології».- Одеса: ОДАХ, 2005. - С. 14-15.