РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА В ВЕНТИЛЯТОРНЫХ ГРАДИРНЕ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрим некоторые характеристики улучшенной градирни с вентилятором. Мы рассматриваем результаты исследований, проведенных в данной градирне, как сопоставление теоретических и практических результатов. После получения результатов исследования рассмотрим способы их подсчета. Слишком много профессоров провели исследовательскую работу по этому вопросу но мы проводим работу с целью наблюдения и изучения того, есть ли какие-либо недостатки. Создана экспериментальная установка для изучения потоков воздуха и воды и изучения процесса тепломассообмена. При этом решаются важные научные задачи – мы получаем возможность рассчитать равномерное распределение капельной воды по поверхности охлаждения, теплообмен между водой и воздухом. В статье также приводятся расчетные данные и графические зависимости, отражающие полученные экспериментальные данные.

ABSTRACT

In the article we will consider some characteristics of an improved cooling tower with a fan. We consider the results of the studies conducted in this cooling tower as a comparison of theoretical and practical results. After receiving the results of the study, we will consider ways to calculate them. Too many professors have done research on this issue, but we are doing work to observe and study whether there are any shortcomings. An experimental installation has been created to study air and water flows and to study the process of heat and mass transfer. At the same time, important scientific tasks are solved – we get the opportunity to calculate the uniform distribution of droplet water over the cooling surface, heat exchange between water and air. The article also provides calculated data and graphical dependencies reflecting the experimental data obtained.

Ключевые слова: коэффициент массообмена, теплообменники, вентиляторной градирни, квазиаппарате, пар, конденсат, жидкости, насадочной зоне.

Keywords: mass transfer coefficient, heat exchangers, fan cooling towers, quasi apparatus, steam, condensate, liquids, packing zone.

Введение. В статье в основном изложены результаты математических расчетов. Осуществлена алгоритмизация уравнений, способствующая решению систем уравнения. На основе такой алгоритмизации была формализована компьютерная модель. Компьютерная модель, реализованная как Windows-приложение, является мультипрограммным комплексом, включающим графический пользовательский интерфейс и локальную базу данных, разработанные в среде Visual Basic, а также вычислительное ядро и графический вывод в среде Matlab [1,2,4,].  Компьютерная модель имеет модульную структуру, приспособленную к проведению оптимизационных расчетов, поиску альтернативных вариантов, благодаря возможности независимой модификации кода программных блоков с целью учесть изменения геометрии насадки, ее тепло-массообменных характеристик и т.п [3].

Цель.  Цель работы состоит в том, чтобы при математическом анализе градиента вентилятора эксперимент можно было сравнить с результатами. Исходя из материального баланса системы и объединением моделей блоков была составлена компьютерная модель теплообменно-насадочной вентиляторной градирни открытого типа со всеми входящими и выходящими параметрами, в которой регулируется температура воды и воздуха (рис. 1.) [3].

Рисунок 1. Компьютерная модель тепломассообменного процесса в теплообменно-насадочном квазиаппарате вентиляторной градирни открытого типа

Входящими параметрами компьютерной модели тепломассообменного процесса в теплообменно-насадочном квазиаппарате являются: начальный расход входящего воздуха , начальная температура воды , давление в аппарат Р_о, расход жидкости G_о, начальная влажность воздуха . Выходные параметры: показательный расход выходящего воздуха , показательная температура T, давление аппарата P, расход жидкости G.

Рисунок 2. Элементы компьютерной модели процесса в теплообменно-насадочном квазиаппарате  вентиляторной градирни открытого типа: блок расчета температуры жидкости тепло-массообмена в теплообменно-насадочной трубе; блок расчета температуры воздуха; блок расчета массообмена и равновесных условий

На рис. 2. показаны элементы компьютерной модели процесса в теплообменно-насадочном квазиаппарате вентиляторной градирни открытого типа: Элементы компьютерной модели: блок расчета температуры жидкости тепло-массообмена в теплообменно-насадочной трубе [5,6,7]; блок расчета температуры воздуха; блок расчета массообмена и равновесных условий. расчета тепломассообмена между жидким и воздушным фазами включает в себя три блока и ряд элементов, осуществляет регистрацию их необходимых выходных параметров. В верхнем левом блоке расчет температуры жидкости осуществляется в зависимости от начальной температуры , испаренной в насадочной зоне влаги G_в и начального расхода жидкости G₀.

В верхнем правом блоке расчет температуры воздуха осуществляется в зависимости от начальной температуры воздуха, и начального расхода воздуха G_g0.

Нижний блок расчета расхода испарившейся воды и равновесных условий [8,9,10,]. Входящими параметрами являются: коэффициент массообмена , начальный расход воздуха , давление . Выходными параметрами являются: равновесное парциальное давление , равновесная концентрация влаги в воздухе, расход выходящей жидкости , действительная концентрация влаги в воздухе .

Рисунок 3. Компьютерная модель блока расчета температуры охлаждающейся жидкости в теплообменно-насадочном квазиаппарате в теплообменно-насадочной вентиляторной градирни открытого типа

Рис. 3. отображает компьютерную модель блока расчета температуры охлаждающейся жидкости в теплообменно-насадочной вентиляторной градирни открытого типа. Выполняется решение обыкновенного алгебраического уравнения, полученного из теплового баланса жидкой фазы [11,12]. Входными параметрами являются: начальная температура обозначается через U1, расход испаренной влаги  обозначается через U2 и начальный расход воды , обозначается через U3. Сюда может быть включена также тепловая энергия воздушной фазы, происходящая за счет теплообмена между жидкими и воздушными фазами [13,14,15].

Рисунок 4. Компьютерная модель условий равновесия и тепло-массообмена в теплообменно-насадочном квазиаппарате вентиляторной градирни открытого типа

На рис. 4. показаны блоки элементов компьютерной модели условия равновесия и тепло-массообмена в теплообменно-насадочном квазиаппарате градирни открытого типа. 1–блок расчета испаряемой влаги с учетом равновесного двухфазного состоянии. В этом блоке, за счет испарения влаги рассчитывается расход переходящий в воздушную фазу воды, на основе классической методики массообмена [16,17,].

На рис.5.   показана кривая переходного процесса зависимости температуры воздуха от времени в теплообменно-насадочной трубе вентиляторной градирни открытого типа.

Рисунок 5. Кривая переходного процесса динамики температуры воды от времени теплообменно-насадочной зоны теплообменно-насадочной вентиляторной градирни открытого типа

Как вино в пусковой динамике процесса в теплообменно-насадочном квазиаппарате температура воды снижается до установившегося состояния [18].

Рисунок 6. Кривая переходного процесса температуры воздуха от времени в теплообменно-насадочной трубе вентиляторной градирни открытого типа

Как вино в пусковой динамике процесса в теплообменно-насадочной трубе в теплообменно-насадочном квазиаппарате температура воздуха от времени снижается до установившегося состояния.

Рисунок 7. Кривая переходного процесса расхода выпариваемой воды в воздух в теплообменно-насадочном квазиаппарате от времени теплообменно-насадочной вентиляторной градирни открытого типа

На рис.7.показана кривая переходного процесса зависимости расхода выпариваемой воды в воздух от времени в теплообменно-насадочном квазиаппарате вентиляторной градирни открытого типа. С течением времени в динамике процесса расхода выпариваемой воды в воздух от времени увеличивается до установившегося состояния [19,20].

Выводы. Расчет тепломассообмена между жидким и воздушным фазами включает в себя три блока и ряд элементов, осуществляет регистрацию их необходимых выходных параметров. В блоке компьютерной модели расчет температуры жидкости осуществляется в зависимости от начальной температуры , испаренной в насадочной зоне влаги G_в и начального расхода жидкости G₀. Как видно из расчета процесса охлаждения воды на компьютерной модели теплообменно-насадочной зоны вентиляторной градирни открытого типа кривая переходного процесса зависимости температуры по времени, где в динамике процесса температура воды снижается до установившегося состояния.

Список литературы:

1. Дементий Л.В, Авдеенко А.П. Теоретические основы теплотехники // Краткий курс лекций:  Краматорск: 2000, С. 153-158.
2. Переселков А. Р., Круглякова О. В.  Расчеты вентиляторных градирен: метод. указания для курсового и дипломного проектирования : спец. 144 "Теплоэнергетика" всех форм обуч. Харьковский политехнический ин-т, нац. техн. ун-т. – Харьков : НТУ "ХПИ", 2016. С. 56-57.
3. Лаптев А.Г., Ведьгаева И.А. Устройство и расчет промышленных градирен. Монография. Казань: КГЭУ, 2004. С. 10-18.
4. Подолянчик В.П. Обзорный анализ различных видов градирен. Актуальные проблемы энергетика. 2017. С. 436-439
5. Цимбалист А.О. Зимняя эксплуатация вентиляторных градирен; способы и методы реализации безаварийной работы. http://www.bem.sp.ru/ Санк-Петербург, Фаянсовая, 2020
6. Пономаренко В. С., Арефьев Ю. И. Градирни промышленных и энергетических пред­приятий: Справочное пособие/ Под общ. ред. В. С. Поно­маренко. - М.: Энергоатомиздат: 1998. - 376 с
7. Лаптев А.Г., Варахов М.И. Гидромеханические процессы в нефтехимии и энергетике. Пособие к расчету аппаратов. Казань: Изд-во Казан. Ун-та, 2008.
8. Пушнов А.С., Каган А.М.  Структура и гидродиннамика колонных аппаратов с насадкой. Введение в химический инжиниринг. СПб.: Из-во политехн. Ун-та, 2011.
9. Некоторые вопросы повышения работы каплеуловителей градирни. ТГТУ Мухиддинова Я.Д. Санаев Ш.С. Нормухамедов Х. Карши 2018. 512-513 с.
10. Дмитриева Г.Б. Гидродинамика и массообмен в структурированных насадках из гофрированных листов: автореф. Дис. … канд. Техн. Наук. Иваново: МГУИЭ. 2007.
11. Лаптев А.Г.  Модели пограничного слоя и расчет тепломассообменных  процессов. Казан. Ун-та, 2007.
12.  Артиков А.А., Джураев Х.Ф., З.А Машарипова, Баракаев Б.Н.   Системное мышление, анализ и нахождение оптимальных решений (на примерах инженерной технологии). Издательство   «Дурдона». Бухара. 2020. 185c.
13. Артиков А.А. Тизимли тахлилга кириш. Свидетельство о депонировании объектов авторского права № 000300. Агентство по интеллектуальной собственности Республики Узбекистан. 10.11.2016
14. Артыков А. Компьютерные методы анализа и синтеза химико-технологических систем. учеб. Ташкент «Ворис нашриёт» - 2012. 160 с..
15. Лаптев А.Г., Николаев Н.А., Башаров М.М. Методы интенсификции и моделирования тепломассообменных и моделирования тепломассообменных процессов: учеб.-спрв. Пособие. М.: Теплотехник, 2011.
16. Характеристики эффективных промышленных насадок для испарительного охлаждения оборотной воды в градирнях // А.М. Каган, А.С. Пушнов, М.Г. Беренгартен и др. // Химическое и нефтвоздушное машиностроение. 2009. № 7. С. 11-13.
17. Калатузов В.А. Расчетные зависимости оросителей градирни // Энергосбережение и водоподготовка. 2011. № 1 (69). С. 62-66.
18. Рябушенко А.С. Гидродинамика и испарительное охлаждение в насадках для градирен: дис. ... канд. Техн. Наук. М.: МГУИЭ, 2009.
19. Лаптев А.Г., Фарахов Т.М. Модель масоотдача в зернистых и насадочных слоях // Изв. Вузов. Сер. Химия и химическая технология. 2013. Т. 56. № 6. С. 92-96.
20. Mukhiddinov D.N., Artikov A.A., Мurtazaev K.M., Masharipova Z Mathematical modeling of cooling process water in the packed towers Ijarset journal №6.2016 Indy.