Технические науки/ 2.Механика.

К.т.н., доцент Н.Т.Сейтханов, Д.О.Толыбаева, М.А.Жусупалиев, С.М. Ерменов

ЮКГУ им.М.Ауезова, г.Шымкент, Казахстан

МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ТЕПЛОМАССООБМЕННОМ АППАРАТЕ С КОНИЧЕСКОЙ ТАРЕЛКОЙ.

Исследования авторов [1] показали, что существует достаточно большое влияние на гидравлическое сопротивление аппарата геометрических параметров контактных элементов. Так же существует необходимость проведения дополнительных теоретических и практических исследований в данном направлении.

С целью оценки гидравлического сопротивления контактного элемента с пеной и без нее проведем теоретический анализ.

Рассмотрим энергетический баланс газового потока, проходящего через перфорированный конус пенно-вихревого аппарата и создающего исходный вращающийся вихревой слой. Если полагать, что энергия газового потока расходуется на раскручивание и подъем жидкости, местные потери при прохождении тангенциальных отверстий конуса и преодоление противодавления вращающегося потока, то уравнение энергетического баланса запишется следующим образом:

(1)

где ΔР - перепад давления в аппарате; L, G - массовые расходы жидкости и газа, поступающих в аппарат; ρ_г - плотность газа; ξ_к, ξ_п - коэффициенты гидравлического сопротивления перфорированного конуса и пенного слоя соответственно.

Для приведения балансового соотношения (3) к безразмерному виду разделим обе его части на . Получим

(2)

где - число Эйлера;

Отношение тангенциальной скорости вращения пенного слоя к скорости газа в отверстиях пропорционально доли живого сечения конуса, т.е.

(3)

где k - некоторая эмпирическая величина.

С учетом этого уравнение (1) примет вид:

(4)

или

(5)

Определим коэффициент ξ_п, характеризующий величину давления вращающегося слоя пены на поверхность контактного элемента [2] в его среднем сечении :

(6)

Так как , то

(7)

Откуда

(8)

Первое слагаемое уравнения (5) характеризует потери давления газового потока при прохождении отверстий конуса. Второе слагаемое учитывает потери газового потока во вращающемся газожидкостном слое. Анализ показал, что оно определяется, главным образом, критерием Фруда и долей живого сечения конуса и мало зависит от удельного расхода жидкости.

При продувке аппарата газом без подачи орошающей жидкости («сухой» режим): L = 0, ξ_п = ξ_г (коэффициент сопротивления вращающемуся газовому потоку), h_n = 0, . Таким образом . В условиях турбулентного режима, при постоянной геометрии контактного элемента значение остается практически постоянным.

Уравнение содержит неизвестный параметр k, который определяется экспериментально.

Выводы по главе

1. Разработана математическая модель движения пенного слоя по внутренней поверхности конического перфорированного контактного элемента. Данная модель позволяет оценить радиальный профиль осевой компоненты скорости пенно-вихревого потока и гидравлическое сопротивление перфорированного конуса с пеной и без нее.

2. Теоретически показано, что при числах Fr < 0,3 в осевом потоке возникают области с восходящим и нисходящим движением пены вдоль образующей конуса. Это означает, что наряду с вращательно-поступательным движением, имеет место циркуляция вихревого слоя внутри конического контактного элемента. Данное явление способствует интенсификации тепломассообменных процессов.

Литература:

1. Балабеков О.С., Алтаев М.А., Мейрбеков А.Т. Расчет гидравлического сопротивления газопылеуловителя с коническим перфорированным контактным элементом и ДЗКФ // Вестник ТарГУ им.М.Х.Дулати “Природо-использование и проблемы антропосферы”, №1, Тараз.2004,с 41-47.

2. Инновационный патент. № 22887. РК. Контактное устройства для массообменных и пылеулавливающих процессов. / Жусупалиев М.А., Волненко А.А., Сейтханов Н.Т., Ерменов С.М.; опубл. 15.09.2010. бюл.№ 9.