1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теоретические основы химической технологии
  4. T. 57, № 4, 2023

Теоретические основы химической технологии, 2023, T. 57, № 4, стр. 399-407

Математическая модель и экспериментальные данные охлаждения воды в противоточных пленочных градирнях

Е. А. Лаптева a, *, А. Г. Лаптев a

a Казанский государственный энергетический университет
Казань, Россия

* E-mail: grivka100@mail.ru

Поступила в редакцию 05.05.2023
После доработки 14.05.2023
Принята к публикации 05.06.2023

Аннотация

Рассмотрены методы исследования, математического моделирования и расчета тепломассообменных характеристик пленочных блоков оросителей (насадок) в градирнях. Основными методами являются – экспериментальные, численные и приближенные. Отмечено, что для практических целей расчета градирен наибольшее применение находят экспериментальные и приближенные методы. Одним из приближенных методов заключается в применении моделей структуры потоков – диффузионной или ячеечной моделей. Рассмотрено применение ячеечной модели для газовой и жидкой фаз в виде аналитического решения с тепловым числом единиц переноса. В результате вычисляется тепловая эффективность по газовой фазе (нагрева воздуха) и с использованием уравнения теплового баланса определяется эффективность охлаждения воды. Представлены выражения для расчета основных параметров модели – числа ячеек по газовой и жидкой фазам. Даны экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению, объемному коэффициенту массоотдачи и тепловой эффективности в газовой и жидкой фазах, полученные на макете градирни с пакетом труб (блоком оросителей) с дискретно – регулярной шероховатой поверхностью. Показано согласование результатов расчетов по ячеечной модели с экспериментом. Даны результаты расчета мини градирни с регулярными насадками, применяемые в ректификационных и абсорбционных колоннах.

Ключевые слова: пленочные градирни, моделирование, тепловая эффективность, интенсификация процессов

Список литературы

  1. Пушнов А.С., Цурикова Н.П., Шинкунас С. и др. Совершенствование конструкций контактных устройств для градирен / Под об. ред. А.С. Пушнова, А. Сакалаускаса. Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2020. 382 с.

  2. Сокол Б.А., Чернышев А.К., Баранов Д.А. Насадки массообменных колонн. Москва: Галилея-принт, 2009. 358 с.

  3. Каган А.М., Лаптев А.Г., Пушнов А.С., Фарахов М.И. Контактные насадки промышленных тепломассообменных аппаратов: Казань: Отечество, 2013. 454 с.

  4. Laptev A.G., Farakhov T.M., Basharov M.M. Processes and apparatuses of chemical technol ogies: modeling and modernization of industrial desulfurizing packed columns at refineries // Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2016. T. 52. № 5. C. 472–479.

  5. Скачков И.В., Бальчугов А.В., Рыжов С.О. Гидродинамические исследования технологии газожидкостных процессов на новой регулярной насадке // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 3(35). С. 147–150.

  6. Ramkumar R., Ragupathy A. Optimization of cooling tower performance with different types of packings using Taguchi approach. J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 37. (2015). 929–36.

  7. Rahmati M., Alavi S.R., Tavakoli M.R. Experimental investigation on 486 performance enhancement of forced draft wet cooling towers with special emphasis on the role of stage numbers. Energy Conv Manag. 126. (2016). 971–81.

  8. Raj G., Chandra P., Pathak P.K. Comparative analysis of two different types of fills used in wet cooling tower for higher-scale water with conventional film type fill. Heat Transf-Asian Res. 48. (2019). 493. 4000-15. Г. Радж, П. Чандра, П.К. Патак.

  9. Naik B.K., Muthukumar P. A novel approach for performance assessment of mechanical draft wet cooling towers. Appl. Therm. Eng. 121. (2017). 14–26.

  10. Boyadjiev C.H.R.B., Dzhonova D.B., Popova-Krumova P.G., Stefanova K.V., Pavlenko A.N., Zhukov V.E., Slesareva E.Yu. Liquid wall flow in counter-current column apparatuses for absorption processes with random packings // Bulgarian Chemical Communications. 2020. V. 52. P. 74–79.

  11. Cioncolini A. Pressure drop prediction in annular two-phase flow in macroscale tubes and channels / A. Cioncolini, J.R. Thome // International J. Multiphase Flow. 2017. № 89. P. 321–330.

  12. Ван Л., Ван С., Лу Дж. Исследование модели теплопередачи и влияющих факторов для градирен с поперечным потоком // Журн. прикладных наук и технологий. 14 (2015). 278–82.

  13. Витковская Р.Ф., Пушнов А.С., Шинкунас С. Аэрогидродинамика и тепломассообмен насадочных аппаратов: Лань-Пресс. 2019. 288 с.

  14. Лаптева Е.А., Столярова Е.Ю., Лаптев А.Г. Численное определение эффективности тепломассообмена в пленочной градирне с учетом неравномерности распределения воды и воздуха // Теплоэнергетика. 2020. № 4. С. 52–59.

  15. Дмитриев А.В., Мадышев И.Н., Харьков В.В., Дмитриева О.С., Зинуров В.Е. Экспериментальное исследование влияния наполнителя на теплогидравлические характеристики испарительной градирни. ThermSciEngProg. 22 (2021). 9.

  16. Федяев В.Л., Снигерев Б.А., Моренко И.В., Гайнуллин Р.Ф., Гайнуллина Р.Ф. О модернизации градирен СК-1200 // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2009. № 5–6. С. 43–51.

  17. Ramkrishnan R., Arumugam R. Experimental study of cooling tower performance using ceramic tile packing // Processing and Application of Ceramics. 7. (2013). 21–7. 15.

  18. Laptev A.G., Lapteva E.A. Mathematical model and thermohydraulic characteristics of packed scrubbers of condensation cooling of a gas // J. Engineering Physics and Thermophysics. 2022. T. 95. № 1. C. 257–265.

  19. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976.

  20. Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий. Москва: Энергоатомиздат, 1998.

  21. Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев Л.С. Моделирование и системный анализ биохимических производств. М.: Лесн. Пром-сть, 1985. 280 с.

  22. Laptev A.G., Lapteva E.A. Mathematical models of friction on the surface of phase separation and heat and mass transfer in film units of cooling-tower sprinklers with intensifiers // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2021. T. 55. № 5. C. 906–913.

  23. Laptev A.G., Lapteva E.A. Mathematical models and calculation of the coefficients of heat and mass transfer in the packings of mechanical-draft towers // J. Engineering Physics and Thermophysics. 2017. T. 90. № 3. C. 644–650.

  24. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Определение коэффициентов турбулентного перемешивания в одно- и двухфазных средах по модели Тейлора // Фундаментальные исслед. 2015. № 2–13. С. 2810–2814.

  25. Лаптев А.Г., Ведьгаева И.А. Устройство и расчет промышленных градирен: Казань: КГЭУ, 2004. 180 с.

  26. Bagomedov M.G.-G., Pushnov A.S., Berengarten M.G. Effect of packing type on hydraulic resistance of contact devices // Chemical and Petroleum Engineering. 2019. T. 55. № 5–6. C. 379–383.

  27. Бондарь К.Е. и др. Повышение эффективности тепломассообменных процессов в малогабаритных аппаратах охлаждения воды // Фундаментальные исследования. 2017. № 9. 1. С. 25–29.

  28. Боев Е.В., Афанасенко В.Г., Николаев Е.А., Иванов С.П. Повышение эффективности тепломассообменных насадок промышленных градирен // Газовая промышленность. 2010. № 7(648). С. 85–88.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теоретические основы химической технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал