Шиляев.Типовые приверы расчета систем.Оторления вентиляции и кондиционирования

Расход холодной воды от холодильной станции, кг/ч, определяют по уравнению

2.Холодный период. В этот период года ОКФЗ работает

врежиме адиабатического увлажнения воздуха. Для расчета режимных параметров используют луч процесса в камере орошения.

Определяют коэффициент эффективности теплообмена по формуле

где t1, t2 – температура воздуха на входе и выходе из камеры орошения соответственно, ºС; tм1 – температура мокрого термо-

метра воздуха на I-d-диаграмме, ºС, определяется графически как точка пересечения луча процесса обработки воздуха в камере орошения с линией φ = 100 %.

По формуле (3.41) определяют μ, по формуле (3.47) – Gw ,

по формуле (3.48) – gф , по формуле (3.49) – Pф .

На основании расчета режимов работы ОКФЗ в теплый и холодный периоды года принимают требуемые расчетные параметры.

Пример 3.9. Расчет оросительной камеры ОКФ3 для теплого и холодного периода года

Исходные данные

1.Расход приточного воздуха составляет 32400 кг/ч.

2.Схемы обработки воздуха в центральном кондиционере приведены на рис. 3.12).

221

Здесь А1= 0,716, α1= 2,07 – коэффициенты для ОКФ3–31,5 исполнения 1 (см. табл. 3.7).

4) Определяем приведенный коэффициент энтальпийной эффективности процесса по формуле (3.42), при этом вспомогательный коэффициент Ф определяется по формуле (3.43):

5) Определяем относительный перепад температур воздуха по формуле (3.44):

6) Вычислим начальную температуру воды на входе в камеру по формуле (3.45):

tw1 9,4 1,456 54,4 31 4,5ºС. 4,19 1,65

7) Определим температуру воды на выходе из камеры по формуле (3.46):

tw2 4,5 54,4 31 7,9ºС. 4,19 1,65

8) Расход разбрызгиваемой воды в соответствии с форму-

лой (3.47):

Gw 1,65 32400 53460 кг/ч.

223

9)Вычисляемпроизводительностьфорсункипо формуле(3.48):

gф 53460 848,6кг/ч. 63

10) Определим по формуле (3.49) необходимое давление воды перед форсункой:

848,6 1/0,49

ф90,2 кПа.

93,4

11)По формуле (3.50) рассчитаем расход холодной воды от холодильной станции:

Gw 32400 54,4 31 53219кг/ч. 4,19 7,9 4,5

2. Холодный период года.

12) Определяем коэффициент эффективности теплообмена по формуле (3.51):

13 8 Еа 13 7 0,833.

13) Вычисляем коэффициент орошения по формуле (3.41)

14) Расход разбрызгиваемой воды в соответствии с форму-

лой (3.47):

Gw 1,492 32400 48346кг/ч.

15)Вычисляемпроизводительностьфорсункипоформуле(3.48):

gф 48346 767,4кг/ч. 63

16) Определим по формуле (3.49) необходимое давление воды перед форсункой

224

767,4 1/0,49

ф75,4 кПа.

93,4

17)Вычислим расход испаряющейся воды при адиабатиче-

ском увлажнении воздуха в ОКФ по формуле (3.17)

Wисп= 32400(6,8 – 4,4) 10-3=77,8 кг/ч.

Из проведенного расчета видно, что наибольший расход воды и давление перед форсунками соответствует теплому периоду года, поэтому эти параметры принимаются за расчетные при подборе насоса.

3.3.1.2. Расчет камеры орошения с использованием модели тепломассообмена

Физико-математическая модель тепломассообмена парогазового потока с каплями жидкости в оросительных форсуночных камерах представлена в [22]. В модели учтено влияние повышенной концентрации паров жидкости на тепломассообменные процессы, переменность массы капель жидкости. Параметры парогазового потока, входящие в уравнения сохранения по теплу и массе, отображают фазовые переходы испарения-конденсации на поверхности капель. Вязкость и теплопроводность парогазового потока определялись с помощью парциального давления пара и газа. Уравнения движения капель жидкости представлены в лагранжевой системе координат. Размер капель принимался среднемассовым, определяемым по расчету форсунок, а температуру поверхности капель жидкости Θп принимали равной ее среднеобъемной температуре Θ.

Уравнения модели имеют следующий вид:

уравнение движения капли жидкости среднемассового размера диаметра δк с учетом переменности ее массы за счет процессов испарения-конденсации

225

где τ – время, Vк – вектор скорости капли, g – вектор ускорения

силы тяжести, R – вектор силы сопротивления капли, приходящейся на единицу ее массы, mк – масса капли;

уравнение неразрывности для жидкости

к кVк к mк dmк d , (3.53)

где ρк – некоторая по объему плотность капель (массовая концентрация жидкости);

уравнение массообмена капли жидкости с потоком парогазовой смеси за счет испарения-конденсации

где β – коэффициент массообмена капли с потоком по концентрационному напору пара, ρ1к и ρ1 – парциальные плотности пара на поверхности капли и в потоке;

уравнение для влагосодержания

ddd к mк dmк d 1(1 к) 2 , к к ж , (3.55)

где d – влагосодержание, к – объемная концентрация капель жидкости, ρ2 – парциальная плотность сухого газа, ρж – плот-

где сж – удельная теплоемкость жидкости капель, αк – коэффициент теплоотдачи капли, Θ и Т – текущие абсолютные температуры капли и потока, rж – удельная теплота испаренияконденсации;

уравнение для температуры парогазовой смеси

где с и ρ – удельная теплоемкость и плотность парогазовой смеси;

226

уравнение для скорости парогазовой смеси вдоль оси форсуночной камеры для невысоких концентраций капель жидкости в потоке примем в форме:

где K = М1/М2, М1 и М2 – молекулярные массы пара и сухого газа, U0, Т00 – начальные скорость и температура парогазового потока, для высоких концентраций капель в потоке

где Vк0 – начальная температура капель, Vкх – текущая составляющая скорости капель вдоль оси камеры, q – реальный коэффициент орошения.

В уравнении (3.54) коэффициент массообмена β определяется из полуэмпирической зависимости для массообменного числа Нуссельта

Здесь Кс 1 Р1к Р1 2B – поправка на стефановский

поток при высоких концентрациях пара в смеси, Р1к и Р1 – парциальные давления насыщенных паров жидкости при температуре Θ и ненасыщенных паров жидкости вдали от капли при температуре Т, В – барометрическое давление для парогазовой смеси,

Ф 1 0,276Re0,5к Sc0,33– поправка Фросслинга на инерционность обтекания капли жидкости, Reк – число Рейнольдса обтекания капли, D – коэффициент диффузии паров, Sc D – число Шмидта, μ – динамическая вязкость парогазовой смеси.

Коэффициент теплоотдачи αк определяется из формулы Дрейка для теплообменного числа Нуссельта:

ент теплопроводности парогазовой смеси.

227

В стационарной постановке дифференциальные уравнения модели должны решаться при следующих граничных условиях:

Предложенная в [22] физико-математическая модель тепломассообмена в оросительных камерах кондиционеров воздуха позволяет рассчитать все термодинамические параметры парогазового потока и жидкости, а также позволяет оптимизировать протекающие в камере термодинамические процессы с точки зрения сокращения энергозатрат на работу этих устройств.

Пример 3.10. Сравнение модели и методики расчета оросительной камеры ВНИИКондиционер

Исходные данные

1.Оросительная камера ОКФ-3 для центрального кондиционера марки КТЦ3-10 с общим числом форсунок – 24 шт.

2.Массовый расход воздуха Gпр= 11900 кг/ч.

3.Коэффициенты А1= 0,503, α1= 1,91, β1= 0,387.

4.Температура воздуха, входящего в камеру орошения, Т00= 298,9 К, прошедшего обработку в камере Т = 284,3 К, пре-

дельная температура воздуха tвпр = 9 ºС.

5.Энтальпия воздуха, входящего в камеру орошения, I0= 52,8 кДж/кг, прошедшего обработку в камере I = 31 кДж/кг, энтальпия предельного состояния воздуха Iпр = 27,3 кдж/кг.

6.Влагосодержание воздуха, входящего в камеру орошения, d0= 10,4 г/кг с.в., прошедшего обработку в камере, d = 7,8 г/кг с.в.

7.Размеры камеры орошения: Н = 0,825 м, А = 1,25 м.

228

Порядок расчета

1. Результаты расчета оросительной камеры по методике ВНИИКондиционер согласно пподразд. 3.3.1.1 заносим в табл. 3.8.

Таблица 3.8

Результаты расчета по методике ВНИИКондиционер

2.Расчет режимных параметров обработки воздуха в камере орошения при помощи модели произведем по вышеприведенным исходным данным. Дополнительные параметры, не учитываемые в расчетах по инженерной методике, будем принимать исходя из габаритов камеры орошения и уже рассчитанных данных, представленных в табл. 3.8.

3.Реальный коэффициент орошения может быть определен исходя из объемных расходов газа и жидкости, проходящих через камеру орошения:

Qг 1000 11900

4. Начальная скорость воздуха в оросительной камере определяется исходя из площади поперечного сечения камеры

5. Начальные скорость и размер капель, распыливаемых форсунками, могут быть определены по зависимостям, приведенным в [22, 34]

229

где νж – кинематическая вязкость жидкости, см2/с, gф – расход жидкости через форсунку, кг/ч, ρж – плотность жидкости, г/см3, Рж – давление подаваемой воды в форсунки, кгс/см2.

6.В табл. 3.9 приведены данные режимных параметров

воросительной камере, рассчитанных по методике ВНИИКондиционер и модели тепломассообмена при следующих исход-

ных данных: Т00= 298,9 К, d0= 10,4 г/кг с.в., U0= 2,67 м/с,

Vк0= 15,26 м/с, δк0= 457 мкм. Как видно из табл. 3.9, требуемые параметры обрабатываемого воздуха можно получить при различных начальных значениях температуры жидкости и коэффициента орошения, что невозможно осуществить при использовании инженерной методики расчета.

Таблица 3.9

Сравнение режимных параметров оросительной камеры

В приведенном примере экономия жидкости, подаваемой на распыливание форсунками, составляет порядка 25 %, если ее

температуру на входе задать равной минимально допустимой – 2 ºС. Инженерная методика не позволяет варьировать режимные

230