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

Автор: Сафиуллин Ринат Габдуллович

координата точки Н –

полуширина трубы В –

В последнем выражении

Уравнения (36)((47) позволяют рассчитать поле скорости и очертания свободных линий тока. Так, для первой по ходу воздуха линии тока на границе отрывной зоны CMD имеем:

Подставляя последнее соотношение в уравнение (39) для отображения области ( на z имеем:

Тогда параметрические уравнения для координат границы СМD:

(рис. 12, в).

а) б) в)

Рис. 12 Форма первой свободной линии тока при различных углах раскрытия раструба

не намного меньше длины раструба l. Определены критические длины раструбов lкр при разных значениях угла раскрытия (/(. Если l< lкр, то мы имеем «короткий раструб» с одной отрывной зоной.

Приведенный анализ дает достаточно полное представление о кинематических характеристиках течений вблизи «коротких» и «длинных» раструбов с разными углами раскрытия. Полученные результаты могут быть использованы для разработки эффективных конструкций входных участков различных вентиляционных агрегатов, тепломассообменных камер и увлажнительных устройств.

Шестая глава посвящена вопросам практического использования результатов исследований. В основу разработанной методики инженерного расчета ПВР для промышленных аппаратов распылительного типа заложены теоретические модели каплеобразования, что позволяет расчетным путем устанавливать структурные и режимные параметры ПВР, гарантирующие получение заданного качества распыла. На примере определения требуемых характеристик центробежного скруббера с ПВР из абразивного материала, проектируемого для очистки промышленных газовых выбросов, показана технология использования методики расчета и ее точность.

Приведена методика расчета ПВР с тонким распылением воды, разработанная для систем доувлажнения воздуха в помещениях с тепло-влаго-выделениями. Представлен порядок построения на I-d диаграмме процессов изменения состояния воздуха в помещении, даны зависимости для определения интенсивности увлажнения и времени достижения требуемого уровня влажности. Характеристики ПВР и место установки распылителя в помещении предлагается определять с учетом параметров траектории полета (рис.13) и длительности испарения капель (рис.14).

Рис. 13 Схема установки ПВР в помещении Рис. 14 Время «жизни» капель в воздухе

Методика расчета ПВР для системы доувлажнения была использована при реконструкции вентиляции в производственной типографии завода «Сантехприбор» г. Казани. Проведение мероприятий по нормализации влажности в производственных помещениях принесло ощутимый экономический эффект благодаря экономии бумаги и картона до 5(7 % и сокращения времени на приладку машин до 20%. Срок окупаемости внедренной системы доувлажнения составил 6 месяцев.

Программа расчета размеров капель, образующихся при распыливании жидкостей вращающимися распылителями с коническими каплеобразующими элементами, использована в проектном институте «Татинвестгражданпроект» (г. Казань) при разработке раздела ОВ проекта «Пристрой и реконструкция Бугульминского Государственного русского драматического театра». Применение методики позволило определить требуемые характеристики многодисковых распылителей с зубчатой периферией, используемых в секции увлажнения вентиляционно-увлажнительных установок ВВУ-10 и ВВУ-20 (ОАО «Энергомаш», г. Тверь). Такие установки предусмотрены проектом для кондиционирования зрительного зала театра.

Предложения по устройству распылительной системы доувлажнения воздуха в торговом зале-экспозиции «Садовый рай», обеспечивающей требуемые параметры микроклимата по техническому заданию на проектирование, использованы ГУП «Татинвестгражданпроект» в ходе разработки проекта отопления и вентиляции административно-торгового центра на Ильинском шоссе г. Красногорска Московской области.

Оценка экономической эффективности от внедрения отдельных разработок распылительных узлов деаэраторов и увлажнителей на основе ПВР проводилась в МУП ПО «Казэнерго» г. Казань, ООО «Елабужское предприятие тепловых сетей» г. Елабуга, в ОАО «Зеленодольское ПТС» г. Зеленодольск Республики Татарстан, а также в ЗАО «Поволжский фанерно-мебельный комбинат». Подтвержденный актами экономический эффект, ожидаемый и полученный на данных предприятиях от внедрения результатов исследования, составляет 134, 550, 128 и 149 тыс. руб. в год, соответственно.

В отдельных параграфах главы приведено описание разработанного способа распыливания и конструкций механических распылителей, позволяющих нейтрализовать образование капель-спутников при работе в режиме монодиспергирования (рис. 15). В их основе лежит применение каплеобразователей в виде гибких упругих нитей, удерживающих на своей поверхности микрокапли при отрыве "основных" капель. Здесь же формулируются необходимые условия для осуществления способа, механизм процесса иллюстрируется фотографиями.

Рис. 15 Конструкция распылителя с гибкими нитями и режимы распыливания.

а – режим «основных капель» (v<2 м/с); б – «струйный» (2<v<8 м/с); в – режим

«тонкого распыливания» с концов нитей (v>8 м/с).

Также рассмотрены конструкции ПВР для работы с жидкостями, загрязненными механическими примесями (рис. 16). Основным элементом конструкций является вкладыш-ротор 1 с конической внутренней поверхностью, выполняющий роль центрифуги для выделения загрязнителя. Твердые частицы осаждаются под действием центробежной силы на внутренней поверхности вкладыша в виде кольцевого слоя осадка. Очищенная жидкость отводится через центральную щель 2 к внутренней поверхности пористого цилиндра 3 и распыляется, а осадок периодически удаляется из распылителя по конусу 4 через штуцер 5, отводящий частицы загрязнителя от внутренней поверхности пористого цилиндра распылителя. Такие конструкция ПВР рекомендуется для промышленных аппаратов систем вентиляции и кондиционирования воздуха с частичной или полной рециркуляцией воды.

Рис. 16 ПВР на основе абразивных изделий ЧЦ для загрязненных жидкостей:

а – с верхним отводом загрязнителя; б – с нижним отводом загрязнителя

Эффективность очистки от твердых частиц в образце ПВР из абразивного материала М10 с вкладышем-центрифугой по рис 16, а была экспериментально подтверждена на опытной установке при различных расходах воды и скорости вращения распылителя.

В заключение главы приводятся перспективные конструкции распылительных аппаратов на основе ПВР для тепловлажностной обработки воздуха (рис. 17(19). Входы в отдельные устройства выполнены в виде раструбов с гладкой внутренней поверхностью, спрофилированной по расчетным очертаниям отрывных зон.

Если в схеме аппарата по рис. 18 в качестве вентилятора использовать его модернизированный вариант с пористо-волоконным дисковым распылителем, показанный на рис. 19,а, то можно получить конструкцию с двумя ступенями обработки воздуха - непосредственно в цилиндрическом корпусе аппарата и в его вентиляторном агрегате. В первой ступени (без рециркуляции воды) можно осуществлять политропные процессы с охлаждением и осушением воздуха (а также процесс пылеулавливания), во второй – увлажнение до требуемых конечных параметров.

Рис. 17. Схема аппарата с

многоярусным ПВР Рис. 18. Схема аппарата с

инерционным каплеотделителем

Конструкция по рис. 19, а может использоваться в качестве самостоятельного увлажняющего аппарата, как в виде отдельного блока, так и в сети воздуховодов. При работе ПВР в виде широкого диска большого диаметра (более 350 мм) легко достигаются необходимые для «каплеобразования на зерне» окружные скорости вращения (30(40 м/с) при доступных оборотах крыльчатки вентилятора в 2500(3000 об/мин. Это позволяет осуществлять тонкое распыление воды с образованием монодисперсных капель размером менее 15(20 мкм, быстро испаряющихся на небольшом по протяженности участке траектории после вентилятора.

Рис. 19. Схемы аппаратов для увлажнения воздуха на основе ПВР: а - модернизированный круглый канальный вентилятор с функцией увлажнения (1 – двигатель с внешним ротором; 2 – войлочный диск, закрепленный на стенке крыльчатки; 3 – трубопровод для подвода воды); б – приточная установка с секцией увлажнения воздуха.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Установлено, что применение современных монодисперсных технологий распыливания воды с помощью ПВР в распылительных аппаратах систем вентиляции и кондиционирования может существенно повысить интенсивность и эффективность проведения процессов тепловлажностной обработки воздуха.

Анализ современного состояния теории и практики использования ПВР показал, что сегодня отсутствуют обоснованные физические представления и построенные на них математические модели каплеобразования на зернах наружной поверхности ПВР. Это сказывается на точности методик расчета дисперсных характеристик пористых распылителей и сдерживает широкое применение ПВР в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Экспериментально и численным расчетом исследованы закономерности каплеобразования на моделях зерен ПВР в виде цилиндров, конусов и сфер в поле силы тяжести, получены зависимости отрывных объемов капель от геометрии каплеобразующих элементов, расхода и свойств жидкости. Определены границы перехода от каплеобразования к струйному истечению.

Построена математическая модель динамики каплеобразования на зернах ПВР в поле центробежной силы, учитывающая структурные характеристики пористого материала, а также интенсивность течения жидкости через распыливающую поверхность ПВР. Разработан алгоритм численной реализации модели.

Составлена программа для расчета изменения формы капель во времени с визуализацией этого процесса на экране ЭВМ. Рассчитаны отрывные объемы капель при различных структурных, геометрических и режимных параметрах работы ПВР.

, характеризующих, соответственно, влияние центробежной силы и силы поверхностного натяжения жидкости на размеры капель в распыле ПВР.


загрузка...