Файл: Тарабанов, М. Г. Тепло- и массоперенос в камерах орошения кондиционеров с форсунками распыления учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 58
Скачиваний: 0
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР КРАСНОЯРСКИЙ п о л и т е х н и ч е с к и й и н с т и т у т
М. Г. ТАРАБАНОВ, Ю. В. ВИДИН, Г. П. БОЙКОВ
ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОС В КАМЕРАХ ОРОШЕНИЯ КОНДИЦИОНЕРОВ
С ФОРСУНКАМИ РАСПЫЛЕНИЯ
Учебное пособие
Красноярск, 1974
i Гмо. яувличмал
I й*уЧМ« - T*XUM 4*'-«W i !5м((пи#т*нш С С С Р
ОКЗ&МЯДЯГ'
}ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА
'У Г ' А М З к
Настоящая книга представляет собой учеб ное пособие, в котором наиболее полно рас сматривается тепло- и массоперенос в каме рах орошения кондиционеров. Она содержит некоторые результаты экспериментальных и теоретических исследований, проведенных авторами. Изложение материала построено так, чтобы подготовить читателя к самостоя тельному анализу научно-технических проб лем, с которыми ему придется столкнуться в инженерной практике. Значительное место от ведено экономическому обоснованию внедре ния новых типов распылительных форсунок.
Книга рассчитана на студентов сантехниче ских и промтеплоэнергетических специальнос тей вузов, а также может быть полезна ши рокому кругу инженеров и исследователей.
!§> Красноярский политехнический институт, 1974 г.
П Р Е Д И С Л О В И Е
Кондиционирование воздуха, являющееся средством соз дания и поддержания искусственных климатических условий, принадлежит к числу таких отраслей техники, развитие ко торых способствует интенсификации производства, повышению производительности труда и созданию оптимальных условий для организации и ведения многих технологических процессов. В течение последних лет в развитии кондиционирования воз духа в нашей стране наблюдается значительный прогресс, ко торый проявляется, с одной стороны, в расширении и углуб лении теоретических и экспериментальных исследований, с другой — в разработке и внедрении новых видов оборудова ния и аппаратуры, g совершенствовании методов расчета и проектирования.
Указанному прогрессу способствуют следующие объектив ные причины:
развитие новых производств машиностроительной, прибо ростроительной, электротехнической, электронной, текстиль ной, химической, пищевой и других отраслей промышленнос ти, требующих обеспечения строго определенных параметров воздуха для ведения технологических процессов;
возрастающие требования к облегчению условий труда и повышению его производительности;
увеличивающееся строительство закрытых помещений для длительного пребывания большого количества людей (театры, кинотеатры, концертные и спортивные залы, универсальные магазины, гостиницы, выставочные павильоны и т. д.).
Основу техники кондиционирования составляет теп’ловлажностная обработка воздуха, подаваемого в обслуживаемые по мещения, для придания ему требуемой температуры и влаж ности. Обработка воздуха может производиться в различных
3
аппаратах, но наиболее широко для этой цели используются камеры орошения. По данным Харьковского машиностро ительного завода «Кондиционер» в настоящее время более 95% центральных кондиционеров оборудуются в качестве тепломассообменного аппарата камерами орошения.
Достоинствами камер орошения являются теплотехниче ская универсальность, способность производить эффективную очистку воздуха от пыли, небольшое аэродинамическое сопро тивление и простота конструкции, что определяет сравнитель но невысокую трудоемкость их изготовления.
Вместе с тем, камеры орошения имеют ряд недостатков,
. основными из которых являются сравнительно невысокие зна чения объемных коэффициентов тепло- и массопереноса, а так же основной эксплуатационный недостаток — подверженность форсунок засорению.
Исследованию камер орошения посвящено много теорети ческих и экспериментальных работ как отечественных, так и зарубежных ученых. В большинстве этих работ процессы теп ло- и массообмена в камерах орошения изучались интеграль но, по конечным результатам, без учета гидродинамических факторов, что делает невозможным обобщение эксперимен тальных данных на основе классических методов-теории теп лопередачи. Кроме того, во всех предыдущих работах практи чески не проводились исследования форсунок, используемых
ъустановках кондиционирования-воздуха.
Внастоящей книге изложены основные методы повышения
теплотехнической и эксплуатационной эффективности камер орошения. Рассматриваются способы определения гидравли ческих характеристик центробежных тангенциальных форсу нок одностороннего и двухстороннего распыления, применяе мых в установках кондиционирования воздуха. Освещены пу ти уменьшений засоряемости форсунок в производственных условиях. Описаны методики лабораторных и промышленных испытаний камер орошения, оснащенных различными типами форсунок распыления.
При изложении некоторых разделов книги используются экспериментальные и теоретические результаты, полученные авторами.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А — геометрическая характеристика форсунки по Г. Н. Абрамовичу;
Ai — геометрическая характеристика форсунки по И. И.
Новикову; |
|
' |
|
Api — расчетная |
геометрическая |
характеристика |
форсун |
ки одностороннего распыления; |
|
||
Ара — расчетная |
геометрическая |
характеристика |
форсун |
ки двухстороннего распыления; |
|
||
В — коэффициент орошения, кг воды/кг воздуха; С — коэффициент аэродинамического сопротивления;
Ср' — теплоемкость влажного воздуха, ккал/кг-град;
dc — |
диаметр сопла форсунки; |
|
dK— диаметр капли; |
г/кг сухого воздуха; |
|
d — влагосодержание воздуха, |
||
F — поверхность переноса, м2; |
|
|
G — количество воздуха, кг/ч; |
|
|
Gw — количество воды, кг/ч; |
|
|
Q — количество тепла, ккал/ч; |
ккал/кг сухого воздуха; |
|
I — теплосодержание воздуха, |
||
t — |
температура воздуха, °С; |
|
tM—температура воздуха по мокрому термометру, °С; tvv— температура воды, °С;
Hw — давление воды перед форсункой, кг/м2; аф—коэффициент теплоотдачи, ккал/м2-ч-град; рр — коэффициент массоотдачи, кг/м2-,
а— коэффициент полного теплообмена, кг/м2-ч\
р— угол факела распыла форсунки;
р— угол относительного движения капли;
Р—коэффициент расхода форсунки; р —ускорение силы тяжести, м/сек2-,
дф—плотность жидкости (воздуха), кг-сек2/м4;
5
Я— коэффициент теплопроводности, ккал/м-ч-град; VK— абсолютная скорость капли, м/сек;
VB— скорость воздуха, м/сек;
U — относительная скорость капли, м/сек-, х — время, сек;
X, У■— соордипаты капли.
Б е з р а з м е р н ы е п о к а з а т е л и
NTUh— число единиц переноса явного тепла;
NTU — число единиц переноса полного |
тепла; |
Re — критерий Рейнольдса; |
|
Но — критерий гомохронности; |
|
Nu — тепловой критерий Нуссельта; |
|
Р г— критерий Прандтля; |
|
Gr — критерий Грасгофа; |
полному теплеоб |
Ка — энергетический коэффициент по |
мену; Кэя — энергетический коэффициент по явному теплообме
«У-
ГЛАВА I
ОСНОВНЫЕ'ПРОЦЕССЫ ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА
ВКАМЕРАХ ОРОШЕНИЯ КОНДИЦИОНЕРОВ
1.Особенности процессов тепло- и массопереноса
вкамерах орошения
'Камеры орошения относятся к теплообменным аппаратам смесительного типа, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении потока воздуха -с поверх ностью капель воды и сопровождается переносом массы. Со гласно современным представлениям тепло- и массообмен в камерах орошения рассматривается как одновременный и вза имосвязанный перенос тепла и массы между воздухом основ ного потока и насыщенным влажным воздухом, прилегающим
кповерхности капель воды. При этом, допускается, что мож но пренебречь термическим сопротивлением и скачком темпе ратур на границе раздела воды и воздуха. Тогда температу ра слоя насыщенного влажного воздуха равна температуре
воды, а '’парциальное давление водяного пара |
равно давле |
нию насыщения при этой же температуре. |
протекающих |
В общем случае при изучении совместно |
процессов тепло- и массопереноса необходимо учитывать вза имное воздействие этих процессов, которое обусловлено воз никновением стефанового потока, термодиффузии и диффузи онной теплопроводности. Однако для условий работы устано вок кондиционирования плотности потоков тепла и перено симой массы незначительны, а величины парциального давле ния сухой части воздуха практически не отличаются от вели чин общего давления смеси. Следовательно, влияние указан ных выше факторов мало и ими можно пренебречь. Поэтому считается, что в камерах орошения движущей силой переноса
7
тепла является только разность температур, а переноса мас сы — разность парциальных давлений.
Тогда в стационарном режиме количество явного тепла, переданного в час от потока воздуха с температурой t к воде с температурой tw на элементе поверхности dF, может быть
определено по формуле Ньютона: |
|
dQH= <x(t —tw) dF , ккал\я. |
(1.1) |
Уравнение для конвективного переноса массы имеет вид:
dGm = Рр.(Рп Pw) dF,/r2.я, |
(1-2) |
где рр — коэффициент массоотдачи, отнесенный |
к разности |
парциальных давлений. |
|
Наличие массообмена вызывает перенос тепла, обусловли ваемый фазовыми превращениями (конденсация, испарение), который принято называть потоком скрытого тепла dQm. Ре зультирующий поток от явного dQa и скрытого тепла обычно называют потоком полного тепла dQu. Полный теплообмен при контакте воздуха и воды на бесконечно малом элементе
поверхности |
описывается |
следующим дифференциальным |
уравнением: |
|
|
dQn = |
[*(t — tw) + |
(рп - pw)] dF , ккал\я. (1.3) |
По предложению Меркеля разность парциальных давле ний на сравнительно узком интервале температур можно за менить перепадом влагосодержания сухого воздуха с соответ ствующим изменением коэффициента пропорциональности
рр (Рп - Pw) ^ 0 ( d 1000W) ’ кг1М2 *•
Величины коэффициентов а, (Зр и а при известной поверх ности контакта F можно вычислить из уравнений:
а = |
Q» . |
(1.5) |
|
|
Atp-F’ |
|
|
|
Gcyx-Ad |
(1.6) |
|
Рр |
Дрр-F |
||
’ |
|||
а |
Qn |
(1.7) |
|
|
AIp-F |
’ |
где
Atp — расчетная среднелогарифмическая разность темпе ратур;
8
ДРр — расчетная среднелогарифмическая разность парци альных давлений;
Д1р — расчетная среднелогарифмическая разность тепло содержаний.
Отношение коэффициентов тепло- и массообмена имеет весьма важное значение в теории совместно протекающих про цессов переноса тепла и массы. Рассматривая процесс изоэнтальпийного увлажнения воздуха при установившемся состоя нии, Льюис [184] сделал вывод о постоянстве соотношения ко эффициентов тепло- и массоотдачи. В самом деле, при изорнтальпийном процессе для поверхности контакта dF справедли во равенство потоков явного и скрытого тепла
r-o(dw - dj)dF |
= a(tj - tw)dF , |
(1.8) |
или, после преобразования, |
|
|
r (dw — <Ф) = |
—tw) . |
(1.9) |
\ |
G |
|
|
|
С другой стороны, отданное воздухом воде явное тепло равно теплу, воспринятому воздухом вместе с водяными па рами:
r (d2 — dj) = Ср' (tt - t2) . |
(1.10) |
В данном уравнении индекс 2 обозначает параметры воз духа в конце процесса переноса.
В результате длительного контакта с постоянно рецирку лирующей водой воздух становится насыщенным, его конеч
ная температура t2 сравнивается |
с температурой воды tw и, |
|||||
соответственно, |
влагосодержание |
воздуха — d2 = dw. Тогда |
||||
зависимости (1.9) |
и (1.10) |
можно представить в виде |
|
|||
|
d2 —dj = r |
(ti |
|
t2) ; |
|
|
|
d2 — d |
= C-l( U |
- |
t2) . |
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
Откуда |
|
0,45 , |
d |
|
к кал |
|
-— r ' |
= 0,24 + |
|
( 1. 11) |
|||
|
|
1000 |
’ кг. град |
|
||
Этот вывод Льюиса был впоследствии распространен и на другие режимы обработки доздуха при его непосредственном контакте с поверхностью воды. Выполнение условия (1.11)
9