Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Характеристики судовых глубоковакуумных вертикально-трубных испарителей морской воды

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

Характеристики испарителей и взаимосвязь между гидродинамическими и тепловыми параметрами в турбулизированном потоке теплоносителей в вертикально-трубных испарителях морской воды играет ключевую роль в эффективности и стабильности процесса испарения и передачи тепла.

Взаимосвязь гидродинамических и тепловых характеристик в турбулизированном потоке теплоносителей глубоковакуумных вертикально-трубных испарителей морской воды

Интенсивность рабочего процесса в вертикально-трубных испарителях морской воды в значительной степени зависит от некоторых гидродинамических характеристик парожидкостного потока, омывающего теплообменные поверхности.

Обработка данных скоростной киносъемки и осциллограмм, полученных при помощи микровертушки, установленной в опускной трубе тепловой модели глубоковакуумной вертикально-трубной испарительной установки, позволила найти абсолютные значения скоростей нагреваемого и кипящего потоков на различных участках (по высоте) трубок греющей батареи в зависимости от:

Установлено, что скорость потока жидкости на экономайзерном участке v = f(pв, σ, H) значительно отличается от скоростей сложного колебательно-поступательного движения парожидкостного потока на участке развитого ядерного кипения v′ и на участке кипения в тонкой пленке v′′. Так, при вакууме pв = 91 % и кажущемся уровне H = 400 мм v′ = 2,02 ÷ 2,41 м/сек и v′′ = 1,89 ÷ 1,75 м/сек, где первые значения скорости относятся к опускному, а вторые к подъемному режимам колебательно-поступательного движения потока. Скорость на экономайзерном участке составляет только v = 0,3 ÷ 0,4 м/сек. Соответственно этому действительные локальные значения критериев Рейнольдса и Нуссельта, определяющих гидродинамику и теплообмен на данных участках теплообменной поверхности, будут значительно отличаться от их значений, определяемых по скорости на экономайзерных участках трубок.

Так как аналитические методы решения для рассматриваемых сложных систем пока отсутствуют, задача была решена путем установления взаимосвязи между тепловыми и гидродинамическими характеристиками исследуемого объекта. Для этого на тепловой модели глубоковакуумной испарительной установки были проведены исследования теплоотдачи и теплопередачи при различных рабочих вакуумах (а – 95 %, б – 93 %, в – 91 %), разных кажущихся уровнях (H = 200, 400, 600 мм) и различных значениях коэффициента подачи воздуха (σ = 0 ÷ 2 %). На рис. 1 можно видеть результаты этих исследований, выраженные в графических зависимостях α2 = f(σ, H, pв).

График усредненных значений α
Рис. 1 Зависимость α2 = f(σ, H, pв)

Эти зависимости отражают усредненное значение α2 по всей длине трубок греющей батареи испарительной установки.

Из анализа экспериментальных кривых (рис. 1) следует, что при одном и том же давлении в испарительной камере среднее значение α2 по высоте трубок греющей батареи увеличивается с уменьшением высоты кажущегося уровня рассола. Изменение высоты кажущегося уровня оказывает большее влияние на α2 при понижении вакуума в испарительной камере. С вводом в рассол воздуха повышение среднего α2 наблюдается более интенсивно при небольшом количестве подсасываемого воздуха (до σ = 1 %). При дальнейшем увеличении коэффициента подачи воздуха интенсивность увеличения коэффициента теплоотдачи уменьшается и по достижении определенного значения σ (для каждого H и p будет свое) наблюдается экстремум кривых, описывающих зависимость α2 = f(p, H, σ).

На экспериментальной установке одна из трубок греющей батареи снабжена щелевым иллюминатором из органического стекла, что позволило наблюдать за процессом кипения по высоте трубки и проводить скоростную киносъемку. В результате наблюдений за процессом кипения в трубке при p = 0,09 ата и H = 2/3l установлены следующие зоны, отсчет которых производился от нижней трубной доски (табл. 1):

Таблица 1. Зоны и параметры кипения жидкости
ЗонаЗанимаемый участок
Подогрева жидкости0 ÷ l-0,646
Кипения в пограничном слоеl-0,646 ÷ l-0,777
Ядерного кипенияl-0,777 ÷ l-2,09
Кипения в тонкой пленкеl-2,09 до верхней трубной доски

 
Высота зон зависит от многих факторов, например высоты кажущегося уровня, давления в испарительной камере, температурного напора, теплового потока и т. д.

Сравнение экспериментальных данных с результатами расчетов по формулам С. С. Кутателадзе, М. А. Михеева, Тадеуша, Г. К. Гончаренко свидетельствуют о ненадежности вышеприведенных выражений для расчета теплоотдачи при специфических условиях теплообмена в вертикально-трубных глубоковакуумных испарителях морской воды. Это побудило, на основании исходных теоретических уравнений, описанных в «Теплообмен в испарителях морской воды на суднеТеплоотдача при кипении морской воды» и экспериментальных зависимостей, описанных в «Теплообмен в испарителях морской воды на суднеНекоторые методы интенсификации конвективного теплообмена в испарителях морской воды», рекомендовать расчетные уравнения для определения коэффициента теплоотдачи с учетом зависимости этой сложной величины от специфических условий работы испарительных установок данного типа (p, H, σ) при обычном и форсированном режимах их работы.

При обычной работе глубоковакуумных опреснителей

α2=x1 + y1p + z1p2 + x2 + y2p + z2p2q + x3 + y3p + z3p2q2,

где:

x1 – 113 170y1 – 3 173 200z1 – 212 811 000
x2 – 15,379y2 – 443,66z2 – 3 040,8
x3 – 0,00054141y3 – 0,016050z3 – 0,11063

 
При интенсификации теплообмена методом воздушного форсирования в опреснителе с уровнем рассола по водоуказательному стеклу H коэффициент теплоотдачи равен (рис. 2):

Формула расчета коэффициента теплоотдачи
Рис. 2 Расчет коэффициента теплоотдачи при интенсификации теплообмена в испарителе

Расчет экспериментальных данных (см. рис. «Теплообмен в испарителях морской воды на суднеЗависимость производительности экспериментальной опреснительной установки от величины коэффициента подачи воздуха при различных рабочих вакуумах» и рис. «Теплообмен в испарителях морской воды на суднеЗависимость θ = f(σ, H, pв)») и обработка их методом наименьших квадратов позволили получить аппроксимированные прямые, которые описываются уравнением:

θ=10bσa,          Форм. 1

где:

  1. Re=23 732 + 545p  3,125p2 + 93,863  21 375p + 0,0125p2H + 0,13585  0,0029375p + 0,000015625p2H2.          Форм. 28
  2. Re=481,82 + 8 000p  31 250p2 + 5,1125  36,25p + 125p2H + 0,001646  0,01875p + 0,15625p2H2.          Форм. 29
  3. Re=7 866  11,935H + 0,26813H2 + 200 + 0,1625H  0,0058125H2p + 1,25 + 0,00003125H2p2.          Форм. 30
  4. Re=363,9 + 4,326H  0,0006575H2 + 5 000  16,25H  0,04375H2p + 12 500 + 0,3125H2p2.          Форм. 31

На рис. 4 показаны экспериментальные зависимости кратности циркуляции ψ paccoлa от коэффициента подачи воздуха и кажущегося уровня при различных значениях вакуума в корпусе испарителя. На этом рисунке

ψ=Q/W2

– кратность циркуляции paccoлa в трубках греющей батареи испарителя.


Анализ кривых показывает, что подсос воздуха способствует увеличению кратности циркуляции, причем интенсивность ее роста по достижении коэффициентом подачи воздуха определенного значения снижается. При последующем увеличении σ замедляется, а по достижении критического значения прекращается рост кратности циркуляции.

Большое влияние на кратность циркуляции paccoлa в испарителе оказывает высота кажущегося уровня H. Проведенные исследования показывают, что с повышением уровня кратность циркуляции возрастает как при нормальном, так и при форсированном режимах работы. Влияние вакуума на изменение кратности циркуляции сказывается менее заметно. В случае форсированного режима работы испарителя при вакууме 95 и 93 % величины кратности циркуляции при одинаковом кажущемся уровне незначительно отличаются одна от другой. При вакууме 91 % кратность циркуляции увеличивается.

Зависимость ψ = f(σ, H), обработанная методом наименьших квадратов в пределах изменения σ = 0,02 ÷ 2 %, может быть представлена в виде прямых линий, описываемых уравнением:

ψ=10bσk.          Форм. 32

Значения величин k′′ и b′′ для различных уровней и вакуумов приведены в табл. 6.

Таблица 6. Значения k′′ и b′′
pв, %919395
H, ммk′′b′′k′′b′′k′′b′′
2000,1671,6910,2421,6980,2711,655
4000,2132,1060,2032,0380,3182,053
6000,1292,4560,2262,2230,2612,252

 
Формула 32 позволяет определять кратность циркуляции paccoлa в греющей батарее вертикально-трубного глyбоковакуумного испарителя в зависимости от коэффициента подачи воздуха, обеспечивающего заданную расчетную производительность установки.

Математической обработкой экспериментальных кривых ψ = f(σ, H, pв), полученных при нормальных режимах работы (без воздушного форсирования), можно найти расчетные уравнения для определения кратности циркуляции paccoлa в трубках греющей батареи в зависимости от давления в испарительной камере p и высоты кажущегося уровня H.

Для условий 1, 2, 3, 4 (уравнения 23-26) соответственно рекомендуются следующие расчетные уравнения:

  1. ψ=91 430  2 015,3p + 10,75p2 + 694,05 + 14,817p  0,07963p2H + 1,1548  0,024625p + 0,00013125p2H2.          Форм. 33
  2. ψ=402  13 475p + 107 500p2 + 2,9072 + 99,625p  790,63p2H + 0,004819  0,1625p + 1,3125p2H2.          Форм. 34
  3. ψ=91 190  670H + 1,121H2 + 1 945,7 + 14,322H  0,023898H2p + 10,376  0,076405H + 0,00012734H2p2.          Форм. 35
  4. ψ=387,5  2,8022H + 0,0046576H2 + 129 + 96,065H  0,15719H2p + 103 760  764,05H + 1,2734H2p2.          Форм. 36

Сопоставляя формулу 32 с приведенным выше уравнением 2, получаем уравнение зависимости коэффициента теплопередачи k от кратности циркуляции ψ рассола в греющей батарее испарителя:

K=10b  abk ψak.          Форм. 37

Значения a и b приведены в табл. 7.

Таблица 7. Значения a и b
pв, %919395
H, ммababab
2000,0542,960,0353,01
4000,1332,970,0743,040,0843,07
6000,2842,830,1193,050,1023,10

 
На основании исследований для расчета теплоотдачи кипящего в вертикальной трубе рассола при интенсификации теплообмена методом воздушного форсирования получено критериальное уравнение:

Nu=0,075 Kp0,7PrEu0,278σ + 10,7.          Форм. 38
Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Август, 18, 2023 222 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ