Научные основы современных технологий распыливания воды в системах вентиляции и кондиционирования воздуха (26.07.2010)

Автор: Сафиуллин Ринат Габдуллович

разработать математическую модель для определения полей скорости течения и очертаний отрывных зон на входе воздуха в раструбные участки распылительных аппаратов;

определить параметры вихревых зон на входах в распылительные аппараты с раструбами различной геометрии;

провести практическую апробацию результатов исследования.

Научная новизна:

впервые разработана математическая модель монодисперсного каплеобразования, позволяющая определять размеры капель в зависимости от геометрических, структурных и режимных параметров пористых распылителей и устройств с каплеобразующими элементами;

впервые исследованы закономерности монодисперсного каплеобразования при формировании капель на статических каплеобразующих элементах и при распыливании воды пористыми вращающимися распылителями (ПВР); установлены критерии, характеризующие динамику каплеобразования и определяющие размеры капель в распыле ПВР; определены критические значения критериев, в пределах которых достигается режим монодисперсного распыления;

впервые разработана научно обоснованная и экспериментально проверенная методика расчета устройств с монодисперсным распыливанием воды для систем обработки вентиляционного воздуха, а также методика расчета распылительных систем доувлажнения воздуха непосредственно в помещении с учетом времени полного испарения капель;

впервые разработана математическая модель для расчета течений и формы вихревых зон вблизи всасывающих отверстий в виде раструбов, используемых в аппаратах систем вентиляции и кондиционирования воздуха;

впервые определены основные характерные параметры вихревых зон на входах в раструбы с различной геометрией, разработаны рекомендации по профилированию входных участков распылительных аппаратов с целью снижения их энергоемкости и уменьшения шума, создаваемого ими;

разработаны энергоэффективные конструкции аппаратов для обработки вентиляционного воздуха на основе монодисперсной технологии распыливания воды.

На защиту выносятся:

выявленные закономерности формирования и отрыва капель от каплеобразующих элементов цилиндрической, конической и сферической форм поверхности; границы перехода от каплеобразования к струйному истечению в поле силы тяжести;

полученные экспериментально и численным расчетом зависимости отрывных объемов капель от геометрии каплеобразующих элементов, расхода и свойств жидкости в поле силы тяжести;

разработанная динамическая модель процесса каплеобразования на зернах ПВР в поле центробежной силы, позволяющая выполнить расчет объемов образующихся капель в зависимости от свойств жидкости, структурных, геометрических и режимных характеристик вращающегося распылителя;

полученные значения критериев, определяющих динамику каплеобразования на зернах ПВР, а также результаты расчета отрывных объемов капель, образующихся в монодисперсном режиме работы ПВР;

полученная зависимость для среднего диаметра капель от скорости вращения и размера зерен ПВР в режиме монодисперсного распыления;

результаты экспериментальных исследований по определению дисперсных характеристик образцов ПВР для тонкого распыления на основе абразивных микропорошков и пористых волокнистых оболочек;

конструкции распылителей с нитями для регулируемого монодисперсного распыливания загрязненных и вязких жидкостей; конструкции ПВР для работы с загрязненными жидкостями;

инженерный метод расчета параметров ПВР для промышленных аппаратов систем вентиляции и кондиционирования воздуха;

математическая модель для расчета течений и формы вихревых зон вблизи всасывающих отверстий аппаратов с раструбами;

результаты расчета характерных размеров вихревых зон в зависимости от длины раструба и угла его раскрытия;

конструкции распылительных аппаратов на основе ПВР для тепловлажностной обработки вентиляционного воздуха;

Достоверность результатов работы. Математические модели разрабатывались на основе классических методов механики сплошных сред. Представленные в диссертации результаты теоретических исследований подтверждаются результатами экспериментальных исследований автора. Экспериментальные данные получены с использованием апробированных методов и методик измерений, и не противоречат известным результатам.

Практическая значимость результатов работы определяется решением в рамках диссертации крупной проблемы – научное обоснование способов снижения энергоемкости тепломассообменных аппаратов систем вентиляции и кондиционирования воздуха, а также разработка эффективных распылителей для проведения широкого ряда технологических процессов, требующих создания высокоразвитой поверхности взаимодействия фаз при равномерно распределенном в пространстве и монодисперсном по составу факеле распыла.

Практическую ценность имеют:

программа по расчету объемов капель, образующихся в режиме монодисперсного распыления при каплеобразовании в центробежном поле;

методика расчета характеристик вращающихся распылителей с требуемым качеством распыла для эффективных аппаратов тепловлажностной обработки воздуха;

способ определения поверхностного натяжения жидкостей, полученный на основе изучения закономерностей каплеобразования на конических элементах в поле силы тяжести.

конструкции механических распылителей с гибкими нитями, обладающие регулируемым качеством распыла в широком диапазоне производительности для распылительных аппаратов систем вентиляции и кондиционирования воздуха;

конструкции распылителей для работы с жидкостями, загрязненными механическими примесями;

конструкции увлажнителей воздуха бытового и промышленного назначения на основе вращающихся распылителей с тонким монодисперсным распылением воды.

Результаты исследований закономерностей монодисперсного каплеобразования и отдельные конструкции энергоэффективных аппаратов для обработки воздуха внедрены в системах вентиляции и кондиционирования на действующих предприятиях МУП ПО «Казэнерго» г. Казань, ООО «Елабужское предприятие тепловых сетей» г. Елабуга, ОАО «Зеленодольское ПТС» г. Зеленодольск Республики Татарстан, ЗАОр (НП) «Поволжский фанерно-мебельный комбинат». Экономический эффект по каждой проведенной модернизации составляет более 100 тыс. рублей в год и подтвержден актами внедрения.

Рекомендации по расчету вращающихся монодисперсных распылителей с каплеобразующими элементами, а также по конструированию распылительных аппаратов на основе ПВР использованы институтом ГУП «Татинвестгражданпроект» при разработке проектов систем для поддержания оптимальных параметров микроклимата в помещениях общественных зданий.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и публиковались в сборниках трудов на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях, посвященных теоретическим основам теплогазоснабжения и промышленной вентиляции, качеству внутреннего воздуха и окружающей среды, проходивших в городах России (Казань 1997, 2009, 2010 гг.; Волгоград 2002, 2003, 2004, 2006, 2010 гг.; Ижевск 2002, 2003 гг.; Москва 2000, 2005, 2009 гг.), а также за рубежом (Швейцария, Цюрих, 2003 г.).

Личное участие. Все основные результаты работы получены лично автором. Использованные материалы других исследователей помечены ссылками на литературный источник.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 научных работ, в том числе монография и 14 статей в журналах по списку ВАК. Получено 3 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 295 страницах и состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Список использованной литературы включает 227 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Иллюстрационный материал содержит 43 рисунка, 8 таблиц в тексте.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проведения исследований по теме диссертационной работы, сформулирована цель и дана общая характеристика работы.

В первой главе представлен аналитический обзор работ, посвященных основным закономерностям тепломассообмена между каплями жидкости (воды) и газом (воздухом), а также вопросам испарения капель воды в воздушном потоке. Цель обзора – выявление необходимых размеров капель для различных процессов обработки воздуха, включая доувлажнение воздуха в помещениях, а также очистку отходящих дымовых и агрессивных газов.


загрузка...