WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Рис.9. Кадры видеосъемки. а) Вода, p=0.8 МПа; б) Раствор Na2SO4, 40 г/л, р=0.5 МПа; в) Раствор Na2SO4, 20 г/л, р= 1 МПа

Распределения диаметров всплывающих паровых пузырей для воды и водного раствора Na2SO4 c концентрацией 20 г/л при различных давлениях представлены на рис 10а, б, в, г. Обращает на себя внимание то, что максимум функции распределения диаметров всплывающих паровых пузырей для водного раствора смещен в сторону меньших значений. Данные видеосъемки позволяют предположить, что это вызвано пенообразованием при кипении водного раствора сульфата натрия.

В результате обработки распределений была получена зависимость скорости всплытия паровых пузырей от его диаметра (рис. 11). Для паровых пузырей, имеющих диаметр меньше 1 мм, полученные данные для водного раствора удовлетворительно описываются зависимостью Пиблса и Грабера. Для паровых пузырей, имеющих диаметр больше 1 мм, формула Франк-Каменецкого дает качественные результаты, поэтому скорость всплытия предлагается находить по уравнениям Пиблса и Грабера с поправкой на солесодержание по формулам Карцева С.А.

Для изучения взаимодействия паровых пузырей при всплытии в большом объеме были построены трехмерные распределения. Пример такого экзотического распределения для водного раствора Na2SO4 с концентрацией 8 г/л при р=0.1 МПа представлен на рис. 12. Полученное распределение иллюстрирует взаимодействие паровых пузырей при их всплытии.

Для определения значений фактора взаимодействия для водных растворов на основе полученных распределений (рис. 10) были найдены относительные доли крупных паровых пузырей и сравнены с аналогичными величинами для воды. Результаты такой обработки представлены на рис. 13, где показаны экспериментальные данные по доле крупных паровых пузырей (d>0.4 мм) по отношению к аналогичной величине при атмосферном давлении для воды при кипении в большом объеме. Поскольку в исследованных условиях возможно слияние паровых пузырей, то эти данные можно применить для оценки фактора взаимодействия при кипении водных растворов в трубе.

Рис. 10. Распределения всплывающих паровых пузырей по диаметрам.

Рис.13. Отношение доли крупных паровых пузырей для воды и водных растворов Na2SO4 по сравнению с аналогичной величиной для воды при атмосферном давлении. Экспериментальные данные: 1) вода; 2) раствор Na2SO4, 20 г/л; 3) раствор Na2SO4, 40 г/л; Расчетные данные: 4) формула (2) при b=0; 5) отношение факторов взаимодействия для воды при повышенном и атмосферном давлениях [1] формула (3)

Формула, описывающая экспериментальные данные по фактору взаимодействия, представлена в виде

, (1)

где

, (2)

, (3)

b– коэффициент, выбранный на основе сопоставления с имеющимися опытными данными по фактору взаимодействия для воды; С - концентрация, % ; p – давление среды, МПа.

В случае кипения в большом объеме b =0, при кипении в трубе b =0.026. Формула (1) получена для диапазона концентраций Na2SO4 от 0 до 40 г/л и давлениях от 0.1 до 1 МПа.

На рис. 14 представлены данные по полному перепаду давления на рабочем участке при кипении водных растворов в трубе и отдельным составляющим потерь давления (рис. 15).

Данные получены при давлении p=0.7 МПа и скоростях циркуляции: w=0.19 м/с, w=0.18 м/с, w=0.16 м/с. Вклады нивелирной составляющей и потерь на ускорение потока не превышают 10% от полного перепада в случае воды и водного раствора. Местные гидравлические сопротивления, напротив, составляют значительную часть от общего перепада давления в трубе. Потери на трение для водного раствора больше, чем для воды, и сильно зависят от паросодержания. Из полученных данных можно заключить, что основной причиной повышения гидравлического сопротивления при кипении водных растворов в трубе являются потери на трение.

В четвертой главе представлена усовершенствованная методика расчета испарителя. В условиях образования пены в испарителе предложена гипотеза, согласно которой паровые пузыри не ускоряют и не тормозят друг друга при всплытии и, следовательно, скорость скольжения фаз равна скорости всплытия паровых пузырей.

Фактор взаимодействия для опускной щели в случае растворов закритической минерализации:

.

(4)

Для труб греющей секции для фактора взаимодействия предложено использовать формулу (1).

Как показали измерения Карцева А.С., скорость циркуляции при закритической минерализации в испарителе И-600 составляет w0~0.1-0.2 м/c. Условие захвата пара в опускную щель имеет вид:

w0>wпуз.

(5)

и в рассмотренных условиях оно выполняется, так как wпуз~ 0.03-0.1 м/c

Захват пара происходит из области над трубами греющей секции (рис. 15). Среднее истинное объемное паросодержание в опускной щели будет складываться из двух составляющих: истинного паросодержания на входе в опускную щель и добавки за счет кипения на обечайке греющей секции в опускной щели.

.

(6)

Паросодержание среды в опускной щели можно определить, если предположить, что в опускную щель захватывается газожидкостной поток с тем же истинным объемным паросодержанием, что и на краю греющей секции (рис. 15).

Для учета захвата пара определяется его приведенная скорость, используя балансовые соотношения:

,

,

(7)

где- площадь сечения труб греющей секции;

- площадь сечения, через которое идет слив из греющей секции в опускную щель;

- массовое расходное паросодержание на выходе из труб греющей секции.

Предложенная методика учета захвата пара в опускную щель позволила заменить эмпирическую зависимость Васина В.В. для расчета паросодержания в опускной щели. Согласно проведенному расчету скорость циркуляции составила 0.14-0.25 м/с, что согласуется с данными А.С. Карцева. Положительное расходное массовое паросодержание на выходе из опускной щели, свидетельствует об отсутствии участков экономайзерного и кипения с недогревом на входе греющей секции испарителя.

Коэффициенты теплопередачи, рассчитанные с учетом особенностей гидродинамики испарителя и границ ухудшения теплообмена для водных растворов, сопоставлены на рис. 16 с известными опытными данными для испарителя И-600. Расхождение между экспериментальными и рассчитанными коэффициентами теплопередачи не превышает 20% для 90% точек.

Выводы

1. Модернизирована установка и усовершенствована методика исследования кипения c помощью лазерной диагностики в большом объеме при атмосферном давлении. Разработанная программа обработки сигнала фотодатчика позволяет получать распределения частот отрыва, скоростей всплытия и отрывного диаметра парового пузырька для большого массива данных.

2. Проведено исследование кипения воды и водного раствора Na2SO4 с концентрациями 8 г/л и 30 г/л на горизонтальной трубке в большом объеме при атмосферном давлении. Получены данные по теплоотдаче и внутренним характеристикам кипения. Построены распределения скоростей всплытия паровых пузырей. Впервые получены распределения частот отрыва и отрывных диаметров паровых пузырей для водного раствора Na2SO4. Получены трехмерные распределения отрывных диаметров паровых пузырей, вид которых существенно меняется для последовательных интервалов времени за период наблюдения. Обнаружено, что для каждого диаметра всплывающего парового пузыря существует свое распределение скоростей всплытия. Установлено, что при кипении водных растворов происходит увеличение частоты отрыва паровых пузырей по сравнению с водой.

3. Измерены распределения температуры жидкости при кипении воды и водных растворов с недогревом и в состоянии насыщения, позволяющие определить толщину пристенного перегретого слоя. Обнаружено что существуют колебания температуры жидкости в пристенном слое.

4. Разработаны установка и методика исследования кипения в большом объеме при повышенных давлениях с помощью высокоскоростной цифровой видеокамеры. Впервые проведены измерения скорости всплытия и диаметра всплывающих паровых пузырей для водного раствора Na2SO4 с концентрацией от 0 до 40 г/л при давлениях 0.1-1 МПа. При кипении водных растворов в области повышенных давлений выделены три группы паровых пузырей: с диаметром d>1 мм, их скорость всплытия меньше, чем для воды и зависит от концентрации раствора; с диаметром 0.5 мм<d<1 мм, для этой группы паровых пузырей влияние концентрации водного раствора на скорость всплытия не проявляется; пена, состоящая из паровых пузырей диаметром d<0.4 мм, движется с жидкостью или увлекается большими паровыми пузырями.

5. Впервые получена зависимость для фактора взаимодействия при кипении водного раствора Na2SO4 для условий в греющей секции испарителя кипящего типа, учитывающая минерализацию концентрата, для опускной щели испарителя предложено считать фактор взаимодействия равным единице в случае закритической минерализации испарителя;

6. Получены данные по перепаду давления при кипении в трубе раствора Na2SO4 при концентрациях до 10 г/л для w=0,160,19 м/с в диапазоне х=0,10,87. Обнаружено, что с ростом минерализации среды гидравлическое сопротивление при кипении водных растворов в трубе возрастает до 30%. Для исследованных условий определены вклады отдельных составляющих полного перепада давления при кипении в трубе воды и водного раствора.

7. Усовершенствованная методика расчета теплопередачи и гидродинамики в испарителях кипящего типа позволяет учесть образование пены и захват пара в опускную щель для высокоминерализованных сред. Расхождение между экспериментальными и рассчитанными коэффициентами теплопередачи не превышает 20% для 90% точек. Предложенная методика расчета гидродинамики может быть применена для расчета испарителей других размеров.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

  1. Седлов А.С., Кузма-Кичта Ю.А., Коньков Е.О., Лавриков А.В., Хромов А.Н. Влияние концентраций питательной воды на режимы работы водоподготовительных испарительных установок // Журнал Энергосбережение и Водоподготовка, декабрь, 2006. N 6(44), c.73-74.
  2. Лавриков А.В., Кузма-Кичта Ю.А. Исследование характеристик кипения водных растворов с использованием лазерной диагностики // Одиннадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика”. Тезисы докладов. М.: Издательство МЭИ, 2005, Т.3. с.54-55.
  3. Кузма-Кичта Ю.А., Седлов А.С, Карцев А.С., Коньков Е.О., Лавриков А.В. Исследование кипения водных растворов солей с помощью лазерной диагностики // Труды XV международной Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. М.: Издательство МЭИ, 2005, Т.1. c.220-224.
  4. Кузма-Кичта Ю.А., Седлов А.С, Карцев А.С., Коньков Е.О., Лавриков А.В. Лазерная диагностика кипения водных растворов // Восьмая международная научно-техническая конференция “Оптические Методы Исследования Потоков (ОИМП-2005)”. Труды конференции. М.: 2005, с.432-435.
  5. Кузма-Кичта Ю.А., Седлов А.С.,. Коньков Е.О, Лавриков А.В. Исследование гидравлического сопротивления при кипении водных растворов в канале // Четвертая Российская национальная конференция по теплообмену (РНКТ-4). Труды конференции. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. Т.5. с.159-162
  6. Лавриков А.В., Кузма-Кичта Ю.А., Стенина. Н.А. Лазерная диагностика характеристик кипения воды и водных растворов // Труды XVI международной Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. 21–25 мая 2007, г. Cанкт-Петербург.Т2, с 473-426
  7. Кузма-Кичта Ю.А., Лавриков А.В., Шустов М.В. Исследование кипения водных растворов с помощью лазерной диагностики // Девятая международная научно-техническая конференция “Оптические Методы Исследования Потоков (ОИМП-2007)”. Труды конференции. М.: 2007, с.432-435.
  8. Лавриков А.В., Шустов М.В. Афонин С.Ю., Кузма-Кичта Ю.А. Исследование кипения водных растворов с помощью лазерной диагностики // Четырнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика”. Тезисы докладов. М.: Издательство МЭИ, 2008, Т.3. с.16-17.

Подписано в печать Л-

Печ.л. Тираж Заказ.

Типография МЭИ (ТУ), Красноказарменная, 13.


1 Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. – М.: Высшая школа, 1986. – 392 с.

2 Седлов А.С., Кузма-Кичта Ю.А. Гидродинамика и теплообмен при кипении водных растворов. Москва. Изд МЭИ, 2007. – 164 c.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»