CC BY
19
© О.В. Замыикий, 2003
УЛК 621.515
О.В. Замыикий
О ГИЛРОЛИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ГАЗОЖИЛКОСТНОЙ СИСТЕМЫ В КОНТАКТНЫХ ВОЗЛУХООХЛАЛИТЕЛЯХ ТУРБОКОМПРЕССОРА
Существенным недостатком штатных воздухоохладителей турбокомпрессора является быстрое ухудшение охлаждения воздуха из-за загрязнения теплообменных поверхностей. Этого недостатка лишены воздухоохладители контактного типа, работающие при непосредственном соприкосновении сред [1].
Одним из факторов ограничивающих производительность контактных воздухоохладителей турбокомпрессора является нарушение гидродинамической устойчивости газожидкостной системы в центробежном сепараторе-каплеуловителе, что проявляется повышенным уносом жидкости.
Механизм образования вторичных капель при этом следующий. В силу вязкостного трения газ захватывает частицы жидкости, деформируя ее поверхность с образованием волн. Если силы поверхностного натяжения меньше сил, определяемых скоростным напором газа, то с гребней волн отрываются капли, происходит их унос, т. е. нарушение гидродинамической устойчивости газожидкостной системы. Отрыв капель происходит на границе между газом и жидкостью, т. е. в зоне действия сил вязкостного трения - ламинарной зоне, для которой коэффициент трения определяется законом Пуазёйля, далее капля быстро покидает ламинарную зону и попадает в турбулентную. Однако уноса не будет, если вес капли равен силе, обусловленной скоростным напором.
Данный процесс моделируется при помощи критерия гидродинамической устойчивости Ку-тателадзе [2]
тт 0,5
и сРв , (1)
( \0,25 ’
где Се - тангециальная скорость в центробежном пространстве сепаратора, м/с; рв - плотность воздуха, кг/м3; ош - коэффициент поверхностного натяжения воды, Н/м; рш - плотность воды, кг/м3; д - ускорение свободного падения м/с2.
При этом отсутствие уноса в сепараторе-каплеуловителе может быть обеспечено если критерий гидродинамической устойчивости не превышает некоторое критическое значение (Ки<Кир).
Лабораторные исследования контактного воздухоохладителя турбокомпрессора проведены с целью определения критического значения критерия Кута-теладзе, на специально созданной опытной установке (рисунок). Сжатый воздух из компрессора подается в воздухонагреватель 1, где доводится до необходимой температуры. Далее поступает в смесительное устройство, включающее трубу Вентури 2 и трубу 3, где происходит смешивание с холодной водой подаваемой из бака 11 и ее дробление, затем водовоздушная смесь поступает в центробежный сепара-тор-каплеуловитель 4. Нагретая вода направляется в сборный бак 14, а охлажденный воздух в измерительный коллектор 6 и далее в атмосферу. Температура воздуха регулируется изменением напряжения на воздухонагревателе посредством лабораторного автотрансформатора. При помощи вентиля 5 поддерживается необходимое рабочее давление воздуха. Вентиль 15служит для регулирования расхода воздуха.
Центробежный сепаратор 4 из корпуса, и крышки с прозрачной вставкой, изготовленной из орга-
РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕЛОВАНИЙ ГИЛРОЛИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ГАЗОЖИЛКОСТНОЙ СИСТЕМЫ В КОНТАКТНОМ ВОЗЛУХООХЛАЛИТЕЛЕ (Т„, = 18 °С, ТВ1=135 °С, ТМ1 = 38,5 °С, ЭМ, = 0,0189 кг/кг)
Давление воздуха абсолютное, Рв1, МПа Расход воздуха массовый, 0в^103, кг/с Скорость воздуха в сепараторе, ив, м/с Конечная температура воды, и2, °С Конечная температура воздуха, 1в2, °С Конечное влагосодер-жание, х10-3, <3„2, кг/кг Критерий газожидкостной устойч., Ки Наличие уноса жидкости, (- нет, + есть)
0,23 9,68 24,64 19,2 39,2 7,65 7,67 +
- 8,84 22,47 19,2 39,0 7,58 7,0 +
- 7,90 20,07 19,0 38,6 7,51 6,25 +
- 6,84 17,35 19,0 38,0 7,42 5,41 -
- 5,59 14,13 18,8 37,2 7,3 4,41 -
0,4 7,51 18,95 19,0 37,8 3,30 7,8 +
- 6,86 17,28 19,0 37,4 4,27 7,12 +
- 6,14 15,43 19,0 37,0 4,23 6,36 +
- 5,31 13,34 18,8 36,4 4,17 5,51 -
- 4,34 10,86 18,6 35,6 4,11 4,49 -
0,72 5,61 14,04 19,0 36,2 2,4 7,78 +
- 5,02 12,54 18,8 35,8 2,38 6,95 +
- 4,34 15,43 18,8 35,0 2,35 6,02 +
- 3,55 10,84 18,6 34,2 2,31 4,9 -
- 2,51 6,21 18,4 32,8 2,24 3,46 -
нического стекла, что обеспечивает возможность проведения визуальных наблюдений.
Для определения температуры воздуха и воды применяются открытые низкоинерционные термопары в специально разработанном корпусе, установленные в потоке, что позволило повысить точность экспериментов и уменьшить продолжительность опыта. Термопары 16 и 17 служат для измерения начальной температуры воздуха по сухому - Тв1, и мокрому - Тм1 термометру. Термопары 18 и 19 служат для измерения конечной температуры воздуха по сухому - Тв2, и мокрому - Тм2 термометру. Термопары 17и 19 снабжены батистовым чехлом, предварительно смоченным водой. Термопара 20 измеряет конечную температуру воды Тж2. Начальная температура воды в баке 11 определяется ртутным термометром.
Расход воздуха определяется при помощи измерительного коллектора 6 с расходомерным устройством типа труба Вентури 7 и жидкостным дифференциальным манометром 9. Расход воды подаваемой из бака 11 регулируется игольчатым краном 12.
Условия проведения экспериментов
соответствуют как промежуточным, так концевым воздухоохладителям турбокомпрессора: начальное давление воздуха 0,23; 0,4; и 0,72 МПа, со-
ответственно. Расход воздуха варьируется. Массовый расход воды устанавливается 0,08 кг/с.
Эксперименты включают выполнение следующих операций. Включается компрессор. При помощи вентилей 15 и 5 устанавливаются расход и давление воздуха соответственно. Начальная температура воздуха устанавливается лабораторным
Схема лабораторного воздухоохладителя с центробежным сепаратором
форматором. Игольчатым краном
12 устанавливается расход воды. Открывается кран подачи воды
13 и одновременно включается
секундомер. Регистрация
заний дифференциального манометра и потенциометров производится после достижения температурной стабилизации на каждом режиме - определяется по неизменности показаний тенциометров в течение 30 с. тем кран подачи воды 13 крывается и выключается секундомер. Сливается вода из баков 11 и 14 и определяется ее объем при помощи мерного цилиндра.
Расход воздуха расчитывается по показаниям дифманометра. Наличие капельного уноса определяется, по разности между объемом воды прошедшей через установку и паровым уносом (притоком). Начальное и конечное влагосодержание воздуха расчитывается по соответствующим температурам мокрого термометра. Результаты некоторых опытов приведены в таблице.
Установлено, что усредненное критическое значение критерия гидродинамической устойчивости составляет 5,42. Данное значение подтверждено также промышленными испытаниями концевого воздухоохладителя турбокомпрессора К500-61-5.
Это позволяет определить критическую величину проходных сечений центробежного сепаратора по воздуху, действительно из формулы (1), с учетом УГ=С1ГС, следует, что
fc, кр
УсР
0,5
Кикр )
0,25
^крУ~" м>рм>(
где скр - критическая площадь живого сечения проходных сечений центробежного сепаратора, м2; Ус-объемный расход воздуха, м3/с.
Для обеспечения гидродинамической устойчивости газожидкостной системы площадь проходных сечений центробежного сепаратора должна удовлетворять соотношению С>С кр.
Таким образом, получена методика определения геометрических параметров контактных воздухоохладителей турбокомпрессора, с учетом обеспечения гидродинамической устойчивости газожидкостной системы в центробежном сепараторе-каплеуловителе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Замыцкий О.В. Анализ спо-
собов охлаждения при производстве сжатого воздуха для горных машин //
Горный информационно-аналитичес-
кий бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ. -2001.- №10.- С. 67-71.
2. Кутателадзе С.С., Стырико-
вич М.А. Гидродинамика газожидко-
стных систем. - М.: Энергия, 1976.296 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
2
Замыцкий Олег Владимирович- докторант кафедры теплоэнергетики Криворожского технического университета.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
ЗАМЫЦКИИ
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB6_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do
О
Администратор
14.05.2003 16:05:00 6
08.11.2008 22:07:00 Таня
Полное время правки: 11 мин.
Дата печати: 08.11.2008 22:32:00
При последней печати страниц: 2
слов: 1 157 (прибл.)
знаков: 6 596 (прибл.)
