|
67 ГЛАВА 3. РА ЗРАБО ТКА Ф И ЗИ ЧЕСКОЙ М О ДЕЛИ И М А ТЕМ А ТИ ЧЕСКО ГО 0 1 1ИСАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕП Л О И М А С СО О БМ ЕН А В ВИХ РЕВЫ Х М Н О ГО Ф У Н КЦ И О Н А Л ЬН Ы Х А П П А РА ТА Х С А КТИВНОЙ ГИ ДРО ДИН АМ ИКОЙ 3.1. И сследования процессов тепло и массообмена в вихревых многофункциональных аппаратах П роведенный анализ аппаратурного оформления процессов позволил сделать вывод о перспективности использования вихревого многофункнио*> нального аппарата (В М Ф А ) на базе аппарата со встречными закрученными потоками (ВЗГ1). В таком аппарате обеспечиваю тся высокие скорости потока (5-25 м/с) газа без сниж ения эффективности улавливания влаги. Одним из основных преимущ еств вихревого аппарата является наличие в рабочем объеме аппарата высокоразвитой поверхности теплообмена, вклю чаю щ ей в себя капельную , пленочную и пенную поверхности раздела фаз, и возмож ность регулировать их соотнош ение путем управления кратностью расходов охлаждаемого газа. При расчете контактных тепломассообменных аппаратов использую тся два подхода. Первый связан с определением локальны х коэффициентов теп*■ ломаесооомена, параметров сред в аппарате: скорости движ ения, поверхности контакта и ее геометрических характеристик, температуры, давления и т.д. Этот подход основан на решении систем интегро-дифференциальных уравнений переноса теплоты и массы, уравнении теплового и материального баланса с использованием экспериментальных данны х для определения коэффициентов переноса. О днако при этом далеко не всегда удается получить достаточно данных для разработки методов расчета процессов теплом ассообмена в контактных аппаратах ввиду больш ой неопределенности характерных параметров. Второй подход основан на определении интегральных тепломассопе |
1 2 5 направления в разработке инженерных методов расчета контактных тепломассообменных аппаратов [20, 150J. Первое из них объединяет методы, связанные с определением локальных коэффициентов тепломассообмена, параметров сред в аппарате: скорости движения, поверхности контакта и ее геометрических характеристик, температуры, давления и т.д. Эти методы основаны на решении систем интегро-дифференциальных уравнений переноса теплоты и массы, уравнений теплового и материального баланса с использованием экспериментальных данных для определения коэффициентов переноса. Однако данное направление далеко не всегда удается, использовать для разработки методов расчета процессов тепломассообмена в контактных аппаратах ввиду большой неопределенности характерных параметров. Второе направление основано на определении суммарных количественных значений параметров тепломассоиереноса. Данное направление используется для разработки инженерных методов расчета и представлено их большим разнообразием. В целом расчетные методы могут быть классифицированы следующим образом [20, 150]. 1. Методы, использующие значения коэффициентов переноса, отнесенные к площади поверхности контакта двух сред. К ним относятся коэффициент явного теплообмена а, полного теплообмена о, массообмена (3 [84, 111, 219]. Методы данной группы используются для расчета контактных аппаратов, для которых определение площади поверхности контакта двух сред не представляет значительных трудностей. В частности сюда можно отнести контактные аппараты с орошаемой насадкой, в которых насадка выполнена из листового материала. 2. Методы, использующие б качестве коэффициентов переноса произведения a ' F ,Р ■ F,cr *F [16-18, 20, 159]. 3. Методы, использующие различного вида коэффициенты эффективности или полезного действия [76, 130]. 138 ных процессов и расширяющие их функциональные возможности. Такие аппараты могут быть использованы и для мокрой очистки воздуха от пыли и абсорбционной очистки от вредных газов и паров. С точки зрения разработки инженерных методов расчета перспективным представляется использование критериальных зависимостей для показателей интенсивности тепло и массообмена, обеспечивающих универсальность подхода для решения вышеуказанных задач для различных типов тепломассообменных аппаратов. 2.1 Исследования процессов тенюи массообмена в вихревых многофункциональных аппаратах. Проведенный анализ аппаратурного оформления процессов позволил сделать вывод о перспективности использования вихревого многофункционального аппарата (ВМФА) на базе аппарата со встречными закрученными потоками (ВЗП). В таком аппарате обеспечиваются высокие скорости потока (5-25 м/с) газа без снижения эффективности улавливания влаги. Одним из основных преимуществ вихревого аппарата является наличие в рабочем объеме аппарата высокоразвитой поверхности теплообмена, включающей в себя капельную, пленочную и пенную поверхности раздела фаз, и возможность регулировать их соотношение путем управления кратностью расходов охлаждаемого газа. При расчете контактных тепломассообменных аппаратов используются два подхода. Первый связан с определением локальных коэффициентов тепломассообмена, параметров сред в аппарате: скорости движения, поверхности контакта и ее геометрических характеристик, температуры, давления и т.д. Этот подход основан на решении систем интегро-дифференциальных уравнений переноса теплоты и массы, уравнений теплового и материального баланса с использованием экспериментальных данных для определения коэффициентов переноса. Однако при этом далеко не всегда удается получить 139 достаточно данных для разработки методов расчета процессов тепломассообмена в контактных аппаратах ввиду большой неопределенности характерных параметров. Второй подход основан на определении интегральных тепломассопереноса для использования их в разработке инженерных методов расчета. В связи со сложным характером протекающих в таком аппарате процессов, наличием нескольких возможных поверхностей раздела фаз, неопределенностью ряда факторов и, следовательно, невозможностью получения аналитического решения системы дифференциальных уравнений, описывающих процессы теплои массообмена в вихревом аппарате, аналитические и экспериментальные исследования проводились в направлении получения критериального уравнения с целью разработки инженерных методов расчета аппаратов. Основой для описания процессов переноса теплоты и массы в материальной среде служат дифференциальные уравнения неразрывности, движения, теплопроводности, диффузии и др. Для описания конкретного процесса передачи теплоты и массы к указанным уравнениям необходимо добавить граничные условия. В общем виде уравнение неразрывности можно представить в виде. В частном случае при р = const, характерном для процессов теплои массообмена непосредственно контактирующих сред, уравнение неразрывности запишется в виде d r (4Л8) divw = О (4.19) |