Эффективность теплообмена в камерах орошения.

Процесс охлаждения и осушки воздуха водой изображают на I-d диаграмме прямой линией, соединяющей точку 1, характеризующую начальное состояние воздуха, с точкой 3, соответствующей конечной температуре воды. Если время с водой не ограничено и процесс достигнет физического завершения, то воздух в конце процесса достигнет конечную температуру воды t₃ = t_wк, а водяной пар в нем станет насыщенным (состояние, соответствующее точке 3). Однако в реальных камерах время и поверхность контакта в аппарате ограничены, так как аппараты имеют конечные размеры, а воздух и вода движутся с определенной скоростью. Поэтому точка конечного состояния (точка 2) будет находиться на линии 1-3 и в большей или меньшей степени приближаться к кривой φ = 100 %. Обычно в типовых форсуночных камерах относительная влажность воздуха в конечном состоянии равна 90…95%.

При наладке и эксплуатации типовых форсуночных камер приходится рассчитывать конечное состояние воздуха при известных начальном состоянии воздуха, коэффициенте орошения и начальной температуре воды. Существуют различные методы расчета типовых форсуночных камер орошения, однако чаще всего используют графоаналитический метод, основанный на представлении об идеальном и реальном процессах.

В качестве идеального принимают такой процесс, при котором воздух в результате тепловлагообмена с водой достигает температуры, равной температуре поверхности воды, и относительной влажности 100 %. На рис. 17 линия 1-3 является линией идеального процесса, а точка 3 характеризует конечное состояние воздуха. Линия реального процесса в общем случае совпадает с линией идеального процесса. Конечное состояние воздуха, достигаемое в реальных процессах, отличается от конечного состояния идеального процесса и характеризуется точкой 2. Степень близости положения точки 2 к точке 3 характеризует эффективность обработки воздуха водой в реальном процессе по сравнению с идеальным.

При охлаждении и осушении воздуха наблюдается отклонение линии реального процесса от линии идеального. Это отклонение обусловлено испарением мельчайших капель воды, участвующих в процессе взаимодействия потока воздуха с водой в реактивном пространстве камеры орошения. Отклонение реального процесса от идеального учитывается в расчетах.

Эффективность обработки воздуха водой в реальном процессе принято оценивать коэффициентом эффективности, показывающим, как далеко точка конечного состоянии воздуха в реальном процессе (точка 2) отстоит от точки 3, характеризующей конечное состояние воздуха в идеальном процессе. Если направление идеального и реального процессов на I-d диаграмме совпадают, то коэффициент эффективности определяется по формуле:

(67)

Из этого выражения следует, коэффициент эффективности представляет собой отношение количества теплоты, передаваемого воздухом воде в реальном процессе, к максимально возможному количеству теплоты, которое может быть передано в идеальном процессе.

Интенсивность орошения воздуха водой в контактных аппаратах характеризуется коэффициентом орошения, который представляет собой отношение расхода воды в камере к расходу воздуха через нее и определяется по формуле:

. (68)

Величину μ через параметры обрабатываемого воздуха и параметры воды можно получить из уравнения баланса теплоты в камере:

G∙(I₁ – I₂) = G_w∙с_w∙(t_wк – t_wн), (69)

откуда

, (70)

где G − расход воздуха, кг/ч; G_w − расход воды, кг/ч; I₁, I₂ − энтальпия воздуха в начале и конце обработки, кДж/кг; с_w − теплоемкость воды, кДж/(кг∙К); t_wн, t_wк − температура воды на входе в камеру орошения и на выходе из нее, ºС.

На практике при адиабатном увлажнении воздуха коэффициент орошения μ принимают в пределах 0,5…1,5, а при охлаждении и осушении воздуха (политропные процессы) − 1,5…2,5.

В настоящее время для расчета и подбора аппаратов применяют:

− коэффициент адиабатной эффективности, равный

, (71)

− коэффициент энтальпийной эффективности, равный

, (72)

− относительную разность температур воздуха, которая равна отношению разности начальной и конечной температур воды в идеальном процессе к разности температур воды в действительном процессе:

. (73)

Коэффициенты эффективности Е_А и Е_п зависят от соотношения количества разбрызгиваемой воды и количества обрабатываемого воздуха; способа и размещения форсунок и диаметра их выпускного отверстия, позволяющего получить соответствующие размеры капель разбрызгиваемой воды; площади поперечного сечения и длины камеры орошения; направления процессов тепло и массообмена и др. Эффективность типовых камер орошения определяют экспериментальным путем и представляют в виде графиков или в виде таблиц [1, 6].

Коэффициенты эффективности в ряде случаев можно изменять, изменяя поверхности контакта воды и воздуха. Например, при распыле воды можно изменять общий расход воды, давление перед форсункой и дисперсный состав капель. Для режимов увлажнения применяют форсунки с выходным отверстием d_о = 2…3,5 мм, что позволяет получать интенсивные условия распыла воды при избыточном давлении воды не более 0,2 МПа (примерно 2 ат).