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

бенностей камер и применяемых в них форсунок, а также гид­ родинамических факторов.

В настоящее время рекомендации по повышению эффек­ тивности типовых форсуночных камер не всегда достаточно обоснованы, что наглядно видно на примере камер новой серии Кт. Необходимо дальнейшее уточнение физической кар­ тины процессов тепло- и массообмена в форсуночных каме­ рах, увеличение их эффективности работы и совершенствова­ ние конструкции.

3. Современные методы теплотехнического расчета камер орошения

В отечественной и зарубежной практике кондиционирова­ ния воздуха используется несколько методов получения рас­ четных соотношений для теплотехнического расчета камер орошения. Эти методы можно разбить на две основные груп­ пы, в зависимости от принятого в них подхода для решения задачи. К первой группе относятся методы расчета с использо­ ванием коэффициентов эффективности, ко второй — с исполь­ зованием условных коэффициентов тепло- и влагообмена а. и а.

Методы с применением коэффициентов эффективности ос­ нованы на графических построениях в I—d диаграмме. Их сущность заключается в сравнении реального процесса, проте­ кающего в камере орошения, с идеальным процессом, проис­ ходящим при тех же условиях, когда состояние воздуха, выхо­ дящего из аппарата, характеризуется полным насыщением, а температура принимается равной расчетной температуре воды. Условно идеальный процесс изображается в I—d диаграмме прямой линией, соединяющей точку начального состояния воз­ духа с точкой на кривой ф= 100%, имеющей расчетную темпе­

ратуру воды. Реальный процесс отличается от идеального’ тем, что В' действительности конечное состояние воздуха не является насыщенным и, кроме того, направление процесса, как правило, отличается от идеального.

В зависимости от выбора расчетной температуры воды возможны различные выражения для коэффициентов эффек­

тивности. В случае ориентирования идеального процесса на температуру воды tHn=t^£K и при отклонении реального про­ цесса вправо от идеального

20

Выражение (1.13) было предложено в 1940 г. Д. А. Гоголи­ ным и используется в отечественной и американской практи­ ке [31, 62, 65].

По мнению Б. В. Баркалова [13, 41], идеальный и реаль­ ный процессы обработки воздуха могут быть представлены в I—d диаграмме одной прямой, причем реальный процесс за­ канчивается при более высокой температуре воздуха, а пара­ метры'насыщенного воздуха определяются по конечной тем­ пературе воды. Тогда

Выражение (1.1Д) применяли в своих работах О. Я. Коко­ рин [85], О. А. Кремнев [160], В. Н. Кефер [72], использует­ ся оно также в американской литературе [169], [182].

Для расчета процессов изоэнтальпийного увлажнения воз­ духа широко применяется [62, 64, 181] коэффициент эффек­ тивности вида

В Западной Германии нашел применение коэффициент эф­ фективности, полученный при ориентирбвании идеального процесса на начальную температуру воды

М“ *WH

Впоследнее время в ФРГ [191] эффективность увлажне­ ния выражают коэффициентом вида

d2 dj

(1.17)

dHdi ’

Интересно отметить, что коэффициент вида (1.17) бцл при­ менен А. В. Пузыревым [124] более тридцати лет назад.

С помощью указанных коэффициентов эффективности в об­ щем случае можно определить только один параметр конечно­ го состояния воздуха — его температуру или теплосодержа­ ние. Между тем, для практических расчетов процессов тепло- и массообмена в камерах орошения необходимо знать и вто-

21

рой параметр. Е. Е. Карписом [65] было предложено исполь­ зовать для этой дели так называемый универсальный коэффи­ циент эффективности теплообмена

Приведенные выше коэффициенты эффективности характе­ ризуют отношение теплообмена в реальной камере орошения к максимально возможному теплообмену при различной ори­ ентации идеальных процессов и не были получены в резуль­ тате какого-либо математического вывода или анализа. Е. Е. Карписом [65] и А. Г. Аничхиным [5] была предпринята по­ пытка теоретически обосновать формулы для коэффициентов эффективности. Аналогичные выводы имеются и в работах 'О. Я. Кокорина [84,. 86]. Представляется целесообразным ос­ тановиться на этих выводах подробнее.

В теории теплопередачи [111] при расчете конечной тем­ пературы жидкостей в рекуперативных аппаратах для случая прямотока дается вывод выражения

Этот вывод сделан в предположении, что коэффициент теп­ лопередачи вдоль поверхности нагрева остается постоянным. Выражение (1.19) по форме напоминает коэффициент эффек­ тивности Е0, разница только в том, что в выражении для Е0 значения температур по сухому термометру ti и заменены на соответствующие значения температур по мокрому термо­ метру tMi И tM2-

Если предположить, что поверхность контакта в камере орошения непрерывна, и ввести вместо коэффициента теплопе­ редачи коэффициент полного теплообмена ап, то можно полу­ чить следующее выражение [65]

Следовательно, согласно выводу Е. Е. Карписа, коэффи­ циент эффективности Е0 выражает экспоненциальный закон изменения температурного напора в камерах орошения.

22

Вывод выражения (1.20) возможен при условии m= const. Вместе с тем, как видно из приведенной ниже таблицы, зна­ чения коэффициента ш зависят как от абсолютного значения температуры tMi, так и от разности tMi—tM2. На непостоянство' коэффициента m указано также в работах [31] и [47].

что коэффициент теплообмена остается постоянным вдоль по­ верхности контакта, а движение сред принято противоточным. Вместе с тем, такие предположения применительно к камерам орошения неправомерны. Дискретная структура поверхности переноса в форсуночных камерах не позволяет выделить ка­ кое-либо определенное фиксированное значение коэффициен­ та теплообмена. Кроме того, анализ гидродинамических усло­ вий переноса показывает, что значение коэффициента тепло­ отдачи изменяется вдоль поверхности контакта в широких пре­ делах. Как пример в таблице приведены значения критерия Nu для капли диаметром 0,5 мм при встречном направлении дви­ жения:

Таким образом, аналитические зависимости, полученные в работах [5] и [86] для коэффициентов эффективности, носят формальный характер и не имеют строгого физического смыс­ ла.

Подробно недостатки методов расчета камер орошения с использованием различных коэффициентов эффективности рас­ смотрены в работе Л. М. Зусмановича [47]. Однако согласить-, ся с выводом автора о нецелесообразности использования ко-

23

эффициентов эффективности при инженерных расчетах нель­ зя, так как практически это означало бы невозможность рас­ чета процессов обработки воздуха в камерах орошения. Опыт эксплуатации установок кондиционирования воздуха под­ тверждает правомерность данного метода расчета для опреде­ ленного типа камер. Аналогичные рекомендации даются и в американской и немецкой справочной литературе [176, /77].

В то же время, как показано выше, выражения для коэф­ фициентов эффективности не могут рассматриваться в качест­ ве математических зависимостей между величинами, опреде­ ляющими процессы тепло- и массопереноса в камерах ороше­

смысл. Это исключает возможность исследования действитель­ ных физических связей между коэффициентами эффективно­ сти и величинами, определяющими процесс изменения состоя­ ния воздуха. Следовательно, применение коэффициентов эф­ фективности в исследовательских работах лишает получаемые функциональные зависимости физического смысла и поэтому представляется нецелесообразным.

Расчет камер орошения по коэффициентам тепло- и массо­ переноса а и о (последний численно совпадает с коэффициен­ том полного теплообмена, отнесенным к разности энтальпий) основывается на исследованиях Льюиса [184, 185] и Ф. Мер­ келя [186].

Оба коэффициента можно определить-'-из уравнений (Г.5) и (1.7), которые целесообразно преобразовать к виду:

G Oi —12)‘Ср/

( 1.21)

F-Atp

G (It - I2)

( 1.22)

F-AIn

Теперь достаточно экспериментально определить расход воздуха, а также начальные и конечные параметры взаимо­ действующих сред, и можно получить величины а и а, причем из-за невозможности определить истинную поверхность кон­ такта эти коэффициенты относят обычно к площади попереч­ ного, сечения камеры [31, 35, 64]. Естественно, что величины аист зависят от условий проведения опытов, поэтому резуль­ таты исследований обрабатываются в виде зависимостей

24