Научные основы современных технологий распыливания воды в системах вентиляции и кондиционирования воздуха

Рис. 12 Форма первой свободной линии тока при различных углах раскрытия раструба

Из рис. 12 видно, что раз­меры вихревой зоны весьма значительны. Как показывают расчеты, ее про­тяженность для всех значений не намного меньше длины раструба l. Определены критические длины раструбов lкр при разных значениях угла раскрытия /. Если l< lкр, то мы имеем «короткий раструб» с одной отрывной зоной.

Приведенный анализ дает достаточно полное представление о кине­матических характеристиках течений вблизи «коротких» и «длинных» рас­трубов с разными углами раскрытия. Полученные результаты могут быть использованы для разработки эффективных конструкций входных участ­ков различных вентиляционных агрегатов, тепломассообменных камер и увлажнительных устройств.

Шестая глава посвящена вопросам практического использования ре­зультатов исследований. В основу разработанной методики инженерного расчета ПВР для про­мышленных аппаратов распылительного типа заложены теоретические модели каплеобразования, что позволяет расчетным путем устанавли­вать структурные и режимные параметры ПВР, гарантирующие получение заданного качества распыла. На примере определения требуемых характе­ристик центробежного скруббера с ПВР из абразивного материала, проек­тируемого для очистки промышленных газовых выбросов, показана техно­логия использования методики расчета и ее точность.

Приведена методика расчета ПВР с тон­ким распылением воды, разработанная для систем доувлажнения воздуха в помещениях с тепло-влаго-выделениями. Представлен порядок построения на I-d диаграмме процессов изменения состояния воздуха в помещении, даны зависимости для определения интенсивности увлажнения и времени достижения тре­буемого уровня влажности. Характеристики ПВР и место установки распыли­теля в помещении предлагается определять с учетом параметров траекто­рии полета (рис.13) и длительности испарения капель (рис.14).

Рис. 13 Схема установки ПВР в помещении Рис. 14 Время «жизни» капель в воздухе

Методика расчета ПВР для системы доувлажнения была использована при реконструкции вентиляции в производственной типографии завода «Сантехприбор» г. Казани. Проведение мероприятий по нормализации влажности в производственных помещениях принесло ощутимый эконо­мический эффект благодаря экономии бумаги и картона до 57 % и сокра­щения времени на приладку машин до 20%. Срок окупаемости внедренной системы доувлажнения составил 6 месяцев.

Программа расчета размеров капель, образующихся при распылива­нии жидкостей вращающимися распылителями с коническими каплеобра­зующими элементами, использована в проектном институте «Татинвест­гражданпроект» (г. Казань) при разработке раздела ОВ проекта «Пристрой и реконструкция Бугульминского Государственного русского драматиче­ского театра». Применение методики позволило определить требуемые ха­рактеристики многодисковых распылителей с зубчатой периферией, ис­пользуемых в секции увлажнения вентиляционно-увлажнительных устано­вок ВВУ-10 и ВВУ-20 (ОАО «Энергомаш», г. Тверь). Такие установки предусмотрены проектом для кондиционирования зрительного зала театра.

Предложения по устройству распылительной системы доувлажнения воздуха в торговом зале-экспозиции «Садовый рай», обеспечивающей тре­буемые параметры микроклимата по техническому заданию на проектиро­вание, использованы ГУП «Татинвестгражданпроект» в ходе разработки проекта отопления и вентиляции административно-торгового центра на Ильинском шоссе г. Красногорска Московской области.

Оценка экономической эффективности от внедрения отдельных разра­боток распылительных узлов деаэраторов и увлажнителей на основе ПВР проводилась в МУП ПО «Казэнерго» г. Казань, ООО «Елабужское пред­приятие тепловых сетей» г. Елабуга, в ОАО «Зеленодольское ПТС» г. Зе­ленодольск Республики Татарстан, а также в ЗАО «Поволжский фанерно-мебельный комбинат». Подтвержденный актами экономический эффект, ожидаемый и полученный на данных предприятиях от внедрения результатов исследования, составляет 134, 550, 128 и 149 тыс. руб. в год, соответственно.

В отдельных параграфах главы приведено описание разработанного способа распыливания и конструкций механических распылителей, позволяющих ней­трализовать образование капель-спутников при работе в режиме монодис­пергирования (рис. 15). В их основе лежит применение каплеобразователей в виде гибких упругих нитей, удерживающих на своей поверхности мик­рокапли при отрыве "основных" капель. Здесь же формулируются необходимые условия для осуществления способа, механизм процесса иллюстрируется фотографиями.

а) б) в)

Рис. 15 Конструкция распылителя с гибкими нитями и режимы распыливания.

а – режим «основных капель» (v<2 м/с); б – «струйный» (2<v<8 м/с); в – режим

«тонкого распыливания» с концов нитей (v>8 м/с).

Также рас­смотрены конструкции ПВР для работы с жидкостями, загрязненными ме­ханическими примесями (рис. 16). Основным элементом конструкций яв­ляется вкладыш-ротор 1 с конической внутренней поверхно­стью, выполняющий роль центрифуги для выделения загряз­нителя. Твердые частицы осаждаются под действием центробежной силы на внут­ренней поверхности вкладыша в виде кольцевого слоя осадка. Очищенная жидкость отводится через центральную щель 2 к внутренней поверхности пористого цилиндра 3 и распыляется, а осадок периодически удаляется из распылителя по конусу 4 через штуцер 5, отводящий частицы загрязнителя от внутренней поверхности пористого цилиндра распыли­теля. Такие конструкция ПВР рекомендуется для промышленных аппара­тов систем вентиляции и кондиционирования воздуха с частичной или полной рециркуляцией воды.

а) б)

Рис. 16 ПВР на основе абразивных изделий ЧЦ для загрязненных жидкостей:

а – с верхним отводом загрязнителя; б – с нижним отводом загрязнителя

Эффективность очистки от твердых частиц в образце ПВР из абразив­ного материала М10 с вкладышем-центрифугой по рис 16, а была экспери­ментально подтверждена на опытной установке при различных расходах воды и скорости вращения распылителя.

В заключение главы приводятся перспективные конструкции распылительных аппаратов на основе ПВР для тепловлажно­стной обработки воздуха (рис. 1719). Входы в отдельные устройства выполнены в виде раструбов с гладкой внутренней поверхностью, спрофилированной по расчетным очертаниям отрывных зон.

Если в схеме аппарата по рис. 18 в качестве вентилятора использовать его модернизированный вариант с пористо-волоконным дис­ковым распылителем, показанный на рис. 19,а, то можно получить конст­рукцию с двумя ступенями обработки воздуха - непосредственно в цилин­дрическом корпусе аппарата и в его вентиляторном агрегате. В первой ступени (без рециркуляции воды) можно осуществлять политропные про­цессы с охлаждением и осушением воздуха (а также процесс пылеулавли­вания), во второй – увлажнение до требуемых конечных параметров.

Рис. 17. Схема аппарата с многоярусным ПВР	Рис. 18. Схема аппарата с инерционным каплеотделителем

Конструкция по рис. 19, а может использоваться в качестве само­стоятельного увлажняющего аппарата, как в виде отдельного блока, так и в сети воздуховодов. При работе ПВР в виде широкого диска большого диаметра (более 350 мм) легко достигаются необходимые для «каплеобразования на зерне» окружные скорости вращения (3040 м/с) при доступных оборотах крыльчатки вентилятора в 25003000 об/мин. Это позволяет осуществлять тонкое распыление воды с образованием моно­дисперсных капель размером менее 1520 мкм, быстро испаряющихся на небольшом по протяженности участке траектории после вентилятора.

а)

б)

Рис. 19. Схемы аппаратов для увлажнения воздуха на основе ПВР: а - модернизированный круглый канальный вентилятор с функцией увлажнения (1 – двигатель с внешним ротором; 2 – войлочный диск, закрепленный на стенке крыль­чатки; 3 – трубопровод для подвода воды); б – приточная установка с секцией увлажнения воздуха.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлено, что применение современных монодисперсных технологий распыливания воды с помощью ПВР в распылитель­ных аппаратах систем вентиляции и кондиционирования может существенно повысить интенсивность и эффектив­ность проведения процессов тепловлажностной обработки воздуха.
2. Анализ современного состояния теории и практики использования ПВР показал, что сегодня отсутствуют обоснованные физические представле­ния и построенные на них математические модели каплеобразования на зернах наружной поверхности ПВР. Это сказывается на точности методик расчета дисперсных характеристик пористых распылителей и сдерживает широкое применение ПВР в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.
3. Экспериментально и численным расчетом исследованы закономерно­сти каплеобразования на моделях зерен ПВР в виде цилиндров, конусов и сфер в поле силы тяжести, получены зависимости отрывных объемов ка­пель от геометрии каплеобразующих элементов, расхода и свойств жидко­сти. Определены границы перехода от каплеобразования к струйному ис­течению.
4. Построена математическая модель динамики каплеобразования на зер­нах ПВР в поле центробежной силы, учитывающая структурные характе­ристики пористого материала, а также интенсивность течения жидкости через распыливающую поверхность ПВР. Разработан алгоритм численной реа­лизации модели.
5. Составлена программа для расчета изменения формы капель во вре­мени с визуализацией этого процесса на экране ЭВМ. Рассчитаны отрыв­ные объемы капель при различных структурных, геометрических и режим­ных параметрах работы ПВР.
6. Установлено, что динамика каплеобразования определяется соотноше­нием двух основных критериев и , характеризующих, соответственно, влияние центробежной силы и силы поверх­ностного натяжения жидкости на размеры капель в распыле ПВР.
7. Экспериментально подтверждена адекватность динамической модели реальному каплеобразованию на зернах ПВР в монодисперсном (капель­ном) режиме распыления.
8. На основе предложенной модели каплеобразования разработана мето­дика инженерного расчета ПВР, позволяющая определять основные конструк­тивные и технологические параметры распылителя в зависимости от требуемого качества распыливания жидкости.
9. Предложен способ и ряд конструктивных вариантов ПВР, позволяю­щих нейтрализовать образование капель-спутников при работе в режиме монодисперсного распыления. В их основе лежит применение каплеобра­зователей в виде гибких упругих нитей, удерживающих на своей поверх­ности микрокапли при отрыве «основных» капель. Разработаны конструк­ции ПВР с вкладышем-центрифугой для работы с загрязненными жидко­стями. Устройства защищены патентами и авторскими свидетельствами.
10. Результаты исследований характеристик ПВР из абразивного мате­риала и их отдельные конструкции внедрены на действующих предпри­ятиях МУП ПО «Казэнерго» г. Казань, ООО «Елабужское предприятие те­пловых сетей» г. Елабуга, ОАО «Зеленодольское ПТС» г. Зеленодольск Республики Татарстан, ЗАОр (НП) «Поволжский фанерно-мебельный ком­бинат». Промышленная реализация ПВР в аппарате для очистки аспираци­онного воздуха и устройствах для доувлажнения воздуха в помещениях общественных и производственных зданий обеспечила высокую эффек­тивность проведения тепловлажностных процессов и показала точность разработанной методики расчета распылителей.
11. Сформулирована и решена задача по определению очертаний вихревых зон на входе во всасывающие отверстия распылительных аппаратов в виде раструба. Определены ха­рактерные параметры этих зон при различных длинах и углах раскрытия раструбов. Профилирование входов по очертаниям свободных линий тока позволит существенно снизить энергоемкость распылительных аппаратов систем вентиляции и кондиционирования воздуха, а также уменьшит шум, создаваемый ими.
12. Разработан ряд энергоэффективных конструкций тепловлагообменных аппаратов на основе ПВР для систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Входы в аппараты имеют гладкую внутреннюю поверхность, спрофилиро­ванную по расчетным данным выполненных исследований.
13. Исследования и научные разработки, выполненные в рамках диссертаци­онной работы, используются в учебном процессе при подготовке специалистов-строителей, при курсовом и дипломном проек­тировании систем вентиляции и кондиционирования общественных и про­мышленных зданий.

Условные обозначения

, - угол, коэффициент; z, r – цилиндрические координаты; k1, k2 – главные кривизны поверхности в произвольной точке; k – средняя кривизна; , - плотность и динамиче­ская вязкость жидкости; , p - коэффициент поверхностного натяжения и давление жидкости; Q, v – объемный расход и скорость течения; g – ускорение силы тяжести; - поверхность; - область течения; - угловая скорость вращения; , por – ко­эффициент проницаемости и пористость материала ПВР; , - операторы Гамильтона и Лапласа; t – время, температура; с – капиллярная постоянная.

И н д е к с ы

о – начальный; отр – отрывной; к – капля; з – зерно; ф – фильтрация; кр – критический; ср – средний.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

(шрифтом выделены публикации в изданиях, рекомендованных ВАК)

1. А.С. № 1745358 (СССР). Распылитель для загрязненных жидкостей. Р.Г.Сафиуллин, А.А.Колесник, А.Б.Сергеев, Н.А.Николаев. Опубл. в Б.И. №25, 1992.
2. Сафиуллин Р.Г. К расчету профиля капли, отделяющейся от вертикаль­ного цилиндрического стержня // В Межвуз. сб.: Гидромеханика отопи­тельно-вентиляционных устройств, КазИСИ, Казань, 1993.- С.24-30.
3. Сафиуллин Р.Г. Способ определения поверхностного натяжения жидко­стей // В Межвуз. сб.: Гидромеханика отопительно-вентиляционных уст­ройств, КазИСИ, Казань, 1993.- С.67-72.
4. Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н. Определение объемов капель, отрываю­щихся от смачиваемой сферы // В Межвуз. сб.: Исследование сетей, аппа­ратов и сооружений водоснабжения и канализации, КазИСИ, Казань, 1995. - С.24-30.
5. Патент № 2034266 (Россия). Способ определения поверхностного натяже­ния жидкостей. Р.Г.Сафиуллин, А.А.Колесник, В.Н.Посохин, Н.А. Нико­лаев. Опубл. в Б.И. №12, 1995.
6. Патент № 2042438 (Россия). Механический распылитель. Р.Г. Сафиуллин, А.А.Колесник, В.Н.Посохин, Н.А. Николаев. Опубл. в Б.И. №24, 1995.
7. Субханкулов Р.Р., Маков Р.Н., Сафиуллин Р.Г. Влияние геометрии каплеоб­разующего элемента, свойств и расхода жидкости на размер отры­вающихся капель // В Межвуз. сб.: Гидромеханика отопительно-вентиля­ционных устройств, КазИСИ, Казань, 1997.- С.86-90.
8. Сафиуллин Р.Г., Колесник А.А., Посохин В.Н., Николаев Н.А. Опреде­ление размеров капель, отделяющихся от смачиваемых поверхностей // Изв. вузов. Химия и химическая технол., 1998, Т.41, вып.3. – С.72-77.
9. Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н., Салимов Н.Б. О формировании капель на гранулах пористых вращающихся распылителей // В Межвуз. сб.: Гидро­механика отопительно-вентиляционных устройств, КазИСИ, Казань, 1999.- С.34-40.
10. Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н., Салимов Н.Б. Распыливание жидко­стей пористыми вращающимися распылителями // Изв. вузов. Строительство, 1999, №11. - С.130-133.
11. Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Сафиуллин Р.Г. Математическая модель каплеобразования на гранулах ПВР // Тру­ды VII съезда АВОК 30 мая - 2 июня, Москва, 2000. - С.82-86.
12. Сафиуллин Р.Г., Салимов Н.Б., Посохин В.Н. Динамика свободной границы капли на зерне ПВР (статья) // Сб.тр. Гидромеханика отопительно-вентиляционных и газоочистных устройств. КГАСА, Казань, 2001.- с. 59-64.
13. Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н. О форме и размерах вихревых зон на входе в щелевые стоки – раструбы // В сб.: Качество внутреннего воздуха и ок­руж. среды: Материалы I Международной НТК 25-29 сентября 2002. – Волгоград: Изд. ВолгГАСА, 2002.- С.32-35.
14. Катков М.В., Посохин В.Н., Сафиуллин Р.Г. Подтекание к стокам при нали­чии ограждающих поверхностей // В сб.: Проблемы энерго - и ресур­сосбережения: Материалы НТК ИжГТУ 26-27 июня 2002. – Ижевск: Изд. ИжГТУ, 2003. - С.10-14.
15. Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Сафиуллин Р.Г. Течение вблизи плоского стока – раструба // В сб.: Проблемы энерго- и ресурсосбережения: Мате­риалы НТК ИжГТУ 26-27 июня 2002. – Ижевск: Изд. ИжГТУ, 2003. - С.15-18.
16. Сафиуллин Р.Г. О динамике каплеобразования на модели эллиптической гранулы ПВР в поле силы тяжести // В сб.: Качество внутреннего воздуха и окруж. среды: Материалы II Международной НТК 15-19 сентября 2003. – Волгоград: Изд. ВолгГАСУ, 2003. - С.189-192.
17. Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Сафиуллин Р.Г. О форме отрывных зон на входе в раструб // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2003, №3-4. – С. 39-47.
18. Сафиуллин Р.Г., Салимов Н.Б., Посохин В.Н., Николаев Н.А. Дина­мика формирования капель на гранулах пористых вращающихся распылителей // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2003, №3-4. - С. 48-53.
19. Safiullin R., Posokhin V., Zhivov A. Local exhaust>
20. Сафиуллин Р.Г., Салимов Н.Б., Посохин В.Н., Николаев Н.А. Дина­мика формирования капель при фильтрации через пористое тело // Теоретические основы химической технологии (ТОХТ), 2004, том 38, №4. -С. 441-445.
21. Сафиуллин Р.Г., Николаев Н.А., Посохин В.Н., Колесник А.А. Диспергиро­вание жидкости пористыми вращающимися распылителями. Модели каплеобразования. - Казань: ЗАО «Новое знание», 2004. – 64 с.
22. Сафиуллин Р.Г. Бытовой увлажнитель воздуха с пористым вращающимся распылителем // В сб.: Качество внутреннего воздуха и окруж. среды: Ма­териалы III Международной НТК 14-17 сентября 2004. – Волгоград: Изд. ВолгГАСУ, 2004. – С.128-131.
23. Сафиуллин Р.Г., Посохин В.Н. Динамическая модель каплеобразования на зерне пористого вращающегося распылителя // Материалы междунар. НТК 23-25 ноября 2005 «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции»: Сборник.- М.: МГСУ, 2005.– С.182 -188.
24. Сафиуллин Р.Г. Аппарат для доувлажнения воздуха производственных по­мещений // В сб.: Качество внутреннего воздуха и окруж. среды: Мате­риалы IV Международной НТК 14-18 мая 2006. – Волгогра
    
    
    Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 |

    4

    |