Файл: Тарабанов, М. Г. Тепло- и массоперенос в камерах орошения кондиционеров с форсунками распыления учебное пособие.pdf

На рис. 51 приведены опыты Л._М. Зусмановича для насы­

щенного воздуха, когда критерий Т0 равен или близок к ну­ лю. И в этом случае функциональная зависимость числа еди­ ниц переноса явного тепла от энергетического коэффициента Кэя сохраняется (линии на рис. 51 точно параллельны ли­ ниям на рис. 50 для двухрядных камер).2

Рис. 51. Зависимость NTUh о т Кэя д л я двухрядной каме­

ры орошения при обработке насыщенного воздуха по дан­ ным Л. М. Зусмановича [50]: V — V y= l,57; Д — Vy =

=2,0; О — V y=2,3.

2.Эффективность камеры орошения с форсунками

двухстороннего распыления

Производственные испытания камер орошения с форсун­ ками двухстороннего распыления позволяют сравнить но теп­ лотехническим показателям типовую одностороннюю форсун­ ку с двухсторонней, выбрать лучшую схему расположения ее но длине Камеры в .получить необходимые данные для инже­ нерного расчета обменных процессов.

Для выяснения подобных вопросов можно использовать установку, изображенную на рис. 46. На ней, в частности, бы­ ли проведены испытания эффективности работы двухсторон-

166

них форсунок, результаты которых имеются в приложении 1. Опыты выполняли с капроновыми форсунками, геометриче­ ские параметры которых такие же, как и у 7пл2: диаметр ка­ меры закручивания и тангенсиального канала соответственно :29,5 и 7,6 мм, а диа.метр сопла — 5,0 мм. В дальнейшем при­ мем следующее обозначение для исследованных форсунок: Ц2-7 (центробежная форсунка двухстороннего распыления, модель 7). Фактические значения коэффициента расхода этих ■форсунок при давлении 1,0 кг/см2на 10-М5% меньше расчет­ ных за счет качества изготовления. Поэтому для определения производительности форсунок Ц2-7 следует пользоваться гра­ фиком на рис. 52.

Скорость воздуха в опытах лежала в пределах от 1,8 до 3,0 м/сек во входном сечении камеры, а давление воды перед форсунками устанавливали от 0,5 до 3,0 кг/см2. Начальные параметры воздуха и воды изменялись в следующих пределах: ti = 25,7-^29,5° С; tMl=15,5-Hl6,5° С; tB„^4,3-^5,5° С.

Опыты проводили при работе отдельно каждого ряда фор­ сунок и при трех сочетаниях двух рядов: I—II; I—III; II—III. В первом и третьем по ходу воздуха рядах вода рас­ пиливалась попорек потока воздуха (для предупреждения выбивания через сепараторы), а во втором — вдоль, навстре­ чу и по потоку.

167

Данные обрабатывали с использованием чисел единиц пе­ реноса явного и полного тепла, которые представлены в виде фупкцишальной зависимости от энергетических коэффициен­

тов вида (5.1) и (5.2). Температурный критерий.Т0 изменял­ ся в опытах незначительно (от 0,449 до-0,550), и поэтому его влияние не учитывалось. Результаты опытов представлены на рис. 53 и 54 и в приложении 1.

Рис. 53. Зависимость NTUh о т К э я д л я камеры орошения с фор­ сунками Ц2—7; do= 5,0 м м

Эффективность тепло- и массообмена зависит от схемы установки форсунок по длине дождевого объема камеры оро­ шения. Наибольшие значения чисел единицпереноса достига­ ются при совместной работе первого и второго по ходу возду-. ха рядов форсунок, а худшие результаты при работе одноготретьего ряда. Следовательно, одну и ту же теплотехническую эффективность камеры в первом случае можно получить при меньших энергетических затратах на распыление воды, чем при всех других вариантах установки форсунок.

Важное практическое значение имеет оценка эффективно­ сти схемы I—Ш, поскольку.она принята в типовых камерах орошения новой серин Кт. Сравнение показывает, что для дайной схемы величины энергетических коэффициентов точно такие же, как и при работе одного среднего ряда форсунок,.

168

/

Рис. 54. Зависимость NTU от Кэ для камеры орошения с фор-

сунками Ц2— 7; dc= 5,0 м м

и почти на 40% меньше, чем" для схемы I—II. Аналогичные' результаты получаются и при работе с типовыми односторон­ ними форсунками. Таким образом, (конструктивная схема ка­ меры орошения серии Кт является недостаточно обоснованной как е теплотехнической, так и с эксплуатационной точек зре­ ния -и должна быть изменена. Лучшим из'вариантов располо­ жения форсунок двухстороннего распыления в камерах оро­ шения длиной 2420 мм является вариант, когда совместно ра­ ботают первый и второй ряды форсунок. При малых тепло­ вых нагрузках и особенно в холодный период можно рабо­ тать с одним среднем рядом форсунок. Для режимов изоэн-; тальнийного увлажнения следует применять форсунки Ц2-7 с диаметром сопла 3—3,5 мм, то есть в процессе эксплуата­ ции кондиционеров следует пользоваться двумя комплектами сменных распылителей с разными диаметрами сопла.'

Одной из основных проблем является количественное срав­ нение теплотехнической эффективности камер орошения с ти­ повыми односторонними' и с ДБухетор'авними форсунками^ Ц2-7. С этой целью на рис. 53 и 54 пунктирными линиями по­ казаны экспериментальные прямые для типовых форсунок ,при: работе лучшей схемы I—II. Как видно, в области больших.

169

значений энергетических коэффициентов, то есть при малых расходах и давлениях воды, величины NTUH и NTU практи­ чески одинаковы для обоих типов форсунок, даже более эф­ фективными оказываются типовые форсунки, Однако, обыч­ но при 'проектировании установок .кондиционирования возду­ ха стремятся получить как можно больше значения чисел еди­ ниц переноса явного и полного тепла, поскольку это позволя­ ет сократить количество обрабатываемого воздуха. И здесь

на 30% выше, чем при использовании типовых форсунок. При

.дальнейшем увеличении NTUS и NTU преимущество форсу- ;нок двухстороннего распыления становится еще значительнее.

Рис. 55. Зависимость NTU„ от Кэя для камеры орошения с форсу«ка1ми Ц2—7 ври различной скорости воздуха:

------—3,0 м /с е к ; . — 2,4 м / с е к ; -------- 1,8 м / с е к

Влияние на эффективность тепло- и массообмена в камере орошения скорости потока воздуха проиллюстрировано на рис. 55.

Наиболее удобно рассмотреть особенности изложенного метода на конкретном примере расчета тепло- и массообмена в камере орошения кондиционера, что и сделано в следую­ щем параграфе. Для сравнения там же приведены вычисле­ ния, выполненные другими способами.

.170

3. Пример теплотехнического расчета камеры орошения различными методами

Рассмотрим на конкретном примере порядок расчета про­ цессов тепло- и массообмена в камере орошения с использова­ нием энергетических коэффициентов Кэя и Кэ. Результаты1 сравним с экспериментальными данными, а также с получен­ ными другими методами.

начальную tBHи конечную tBKтемпературы распыляемой водьт и давление воды перед форсунками Hw-

А. Р а с ч е т с и с п о л ь з о в а н и е м э н е р г е т и ч е с к и х к о э ф ф и ц и е н т о в

Принимаем к установке двухрядную камеру орошения Кд2002 с номинальной производительностью по воздуху 20000 м3/ч, поперечным сечением 2 ж2 и плотностью установки форсунок 24 шт/м2-ряд. Общее число форсунок в камере со­ ставляет 96 шт.

Средняя массовая скорость воздуха в камере

VY Fk• 3600 2-2600 3,61 кг,м -сек ,

что удовлетворяет пределам, для которых имеются экспери­ ментальные данные.

Задаемся тремя значениями коэффициента орошения:

В[ = 1,2 кг/кг; В2=1,5 кг/кг; В3 = 1,8 кг/кг.

Тогда общий расход воды в камере будет равен:

Gwi = 26000 -1,2 = 31200 кг/ч\

Gw2= 2600-1,5 = 39000 кг/ч-,

Gw3= 26000 -1,8 = 46800 кг/ч.

Поскольку в камере орошения необходимо осуществить процесс охлаждения воздуха с осущкой, принимаем к установ­ ке форсунки КдЮ02-25 с диаметром сопла 5 мм. Тип форсу-

171

нок ^выбран для возможного последующего сравнения. Рас­ четная производительность одной форсунки должна быть:

(Из таблицы пропускной способности форсунок Кд в рабо­ те [11] находим, что такая производительность обеспечивает­ ся соответственно при давлении воды:

Hwt = 8300 кг/м2;

Hw2 = 13100 кг/м2- Hw3 = 19400 кг/м2.

Вычислим значения энергетических коэффициентов по яв­ ному и полному теплообмену на основе формул (5.1) и (5.2):

(28,8 - г 12.2)-0,24-1000-427

= 170,8 ;

1.2- 8300

(12,30 - 7,55)-1000-427

203,6 .

1.2- 8300

Аналогично определим:

Кэя2 = 86,6 ; Кэ2 = 103,2 ;

Кэя3 = 48,7 ; Кэ3 = 58,1 .

По графикам, построенным на основании обработки экспе­ риментальных данных (рис. 48 и 49), найдем величины NTUH н NTU, соответствующие значениям энергетических коэффи­ циентов:

Вычислим'значения расчетной разности температур и теп­ лосодержаний:

172

173

Сравнивая значения А1Р' и А1Р, видим, что во всех трех случаях величины Д1Р' меньше. Следовательно, при заданных значениях коэффициента орошения и начальных температур воды получить требуемое конечное теплосодержание воздуха нельзя. Для обеспечения требуемой эффективности обработки воздуха по полному теплообмену необходимо или понизить температуру воды, сохранив В= const, или повысить значение коэффициента орошения при tBH= const. Для окончательного определения указанных величин строим график, в котором по оси абсцисс откладываем величину Hw-B, а по оси ординат — температуру воды tBH (рис. 56). С помощью этого графика можно найти начальную температуру воды при известном ко­ эффициенте орошения, или наоборот.

Рис. 56. График к расчету коэффициента орошения и натураль­ ной температуры воды в форсуночной камере.

474

Строим такой же график из условия обеспечения полноготеплообмена. С этой целью справа на оси ординат откладыва­ ем значения Alp', соответствующие расчетным значениям tBH,

иполучаем масштаб для построения точек А1Р при Hw-B=

=const. Ниже оси абсцисс строим также вспомогательные

графики для определения коэффициента орошения и давления, воды перед форсунками.

На этом теплотехнический расчет камеры орошения с ис­ пользованием энергетических коэффициентов практически за­ канчивается. Остается только выбрать по графику значение tBH, соответствующее наименьшему из возможных значений Нч.-В. Так, например, если температура холодной воды, по­ ступающей с холодильной станции, 4,5° С, то с учетом возмож­ ных колебаний принимаем tBH=4,7°C. По графикам находим,., что в этом случае коэффициент орошения В = 1,5, а-давле­ ние воды перед форсунками Hw =1,31 кг/см2. Так же легкоможно определить уточненное значение tBn, если после выбора, насоса значение Hw-B окажется отличным от расчетного. Ко­ нечную температуру воды нетрудно определить из условия теплового баланса. Прежде чем отметить достоинства и недос­ татки данного метода теплотехнического расчета камер оро­

По заданным начальным и конечным параметрам воздуха, строим процесс обработки в I—d диаграмме и находим теоре­ тическую температуру отработанной воды t / = 9,5°C. Схема процесса располагается в III секторе I—d диаграммы; про­ цесс идет с охлаждением и осушкой воздуха. К установке при­ нимаем ту же типовую камеру. Кд2002. Средняя массовая ско­ рость воздуха в камере — 3,61 кг/м2-сек.

Эквивалентный диаметр сечения воздушной части камеры, равен

где а и h — ширина и высота камеры.

Эффективность заданного процесса теплообмена вычислим-

175