Приближенный тепловой и гидравлический расчеты регенератора

Изменения температур потоков и насадки в элементе регенератора, объемом dV, описываются математическими соотношениями:

                                                                  (4.1)

где a_V –коэффициент теплоотдачи, отнесенный к 1 м³ объема регенератора; G, Cp – массовый расход и теплоемкость потока; Т, Т_Н – температуры потока и насадки; e, r_Н, С_Н – свободный объем, плотность и теплоемкость насадки.

Второе уравнение системы (4.1) выражает изменение температуры насадки во времени и подчеркивает нестационарный характер процессов в регенераторе. Нестационарность Т_Н приводит к появлению температурного гистерезиса (расхождения) между температурой насадки в периоды теплого и холодного дутья. Температурный гистерезис DТ_гис уменьшает температурный напор при теплообмене и общее уравнение теплопередачи для регенератора – аналог уравнения (3.6) – должно записываться так:

,                                                                                      (4.2)

где k_V – коэффициент теплопередачи, отнесенный к 1 м³ объема регенератора, DТ – средняя разность температур между потоками.

Эффективность работы регенератора (кпд) определяется недорекуперацией DТ_H на теплом конце аппарата (как теплообменника) и равна

h = 1 – DТ_H / (T_В.Вх – Т_Обр.Вх) = 1 – t_H,                                                            (4.3)

где t_H – относительная недорекуперация.

Исследования системы (4.1) показало, что DT_гис и кпд регенератора являются функциями безразмерных параметров – приведенной длины и приведенного времени. Введем безразмерные (приведенные) параметры для регенератора в целом:

средняя приведенная длина

;                                                                      (4.4а)

среднее приведенное время

             ,                                                      (4.4б)

здесь k_vсp — среднее значение объемного коэффициента теплопередачи, Вт/(м³К); V – объем регенератора, м³; G0 — массовый расход газа в обратном потоке, кг/с; Ср_о— средняя удельная теплоемкость обратного потока, Дж/(кг. К); t — продолжительность полупериода, с; (e_cв)_Ср - среднее значение свободного объема насадки, м³/м³; r_Н — плотность материала насадки, кг/м³; с_н— средняя удельная теплоемкость материала насадки, Дж/(кг. К). В соотношениях предполагается, что коэффициент теплопередачи k_V = a_V / 2.

Значения (DТ–DT_гис)/ DТ – относительного температурного напора могут быть определены по рис. 4.2.

РРис. 4.2. Величина относительного температурного напора в зависимости от приведенных величин L и П.

Для насадки конкретного типа с определенной геометрией обычно известны эмпирические соотношения между кпд h и параметрами L, P_.

 Для дисковых насадок с углом наклона гофр 60° и отбором петлевого потока из средней части

,                (4.5)

где n — отношение водяных эквивалентов прямого и обратного потоков:

n = Wn/Wo = (G_B Cp_B) / (G_O Cp_O);   

m = Gп/Gв — доля петлевого потока в перерабатываемом воздухе.       

Соотношение (4.5) справедливо при L = 75 ... 400; П = 14,5 ... 58; m = 0,05 ... 0,15 и n =  0,9 ... 1,0.

Методика теплового расчета регенератора базируется на использовании уравнений (4.2 … 4.5). Ввиду того, что V зависит DТ и DT_гис, которые определяются через L и П, необходимо выполнять итерационные расчеты в следующей последовательности.

1. Выбираются параметры насадки r_Н, С_Н и e_св. Принимаются значения скоростей потоков и по соотношениям (4.6 … 4.8) вычисляют a_v.

2. Принимают продолжительность полупериода t и объем регенератора V. Вычисляют по формулам (4.4) значения L и П.

3. По рис. 4.2. находят DТ_гис и по формуле (4.2) вычисляют объем регенератора V. Сопоставляют это значение с принятым в пункте 2. При наличии расхождений корректируют объем регенератора V и повторяют расчет с п.2.

4. Вычисляют h регенератора по формуле (4.5). Проверяют соответствие недорекуперации ранее принятому значению DТ_Н. При расхождениях повторяют расчет с п.2.

 

Средний (по высоте диска) объемный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м³.К) рассчитывается по соотношению

a_v = Nu_vl / d_e²,                                                                              (4.6)

где l—теплопроводность газа, Вт/(м. К); d_e - эквивалентный диаметр, м.

Геометрия насадки существенно влияет на величину a_v.

Результаты исследований теплообмена и гидравлического сопротивления регенераторов с дисковой насадкой разной геометрии обобщены в виде зависимостей

Nu_v = A Re^a f(b, d_e, e_св, d, t, b).                                          (4.7)

Так для регенераторов с каменной насадкой

Nu_v = 0.3 Re^0.8 e_св^0,75.

Для регенераторов с насадкой из гофрированной ленты

.

Тут принято d₀ = 0,4 мм, t₀ = 3,14 мм.

Число Рейнольдса определяется скоростью фильтрации w_ф

w_ф = 4G/(pe_свD²),                                                                          (4.8)

Re = w_ф d_e/ m .

Здесь m — динамическая вязкость газа при средних параметрах,Па-с; w_ф —массовая скорость фильтрации, кг/(м²×с); она может быть определена и из следующего соотношения

 w_ф = w_nr_n/e_св,

где w_n — средняя (по площади сечения пустого регенератора) скорость потока газа, приведенного к нормальным условиям. Рекомендуемые значения w_n для регенераторов с дисковой насадкой 2,6—2,8 м/с; для регенераторов с каменной насадкой - 1,0 ... 1,2 м/с; r_n —плотность газа при нормальных условиях. Диаметр регенератора D, м, определяют по выбранному значению w_n, исходя из заданного секундного расхода газа V, м³/с, приведенного к нормальным условиям:

.                                                                               (4.9)

По этим данным можно определить коэффициенты теплоотдачи и геометрические размеры регенератора.

Гидравлическое сопротивление насадок регенератора ВРУ при отсутствии на насадке кристаллов воды и СО₂ рассчитывается по формуле

                                                                                 (4.10)

Коэффициент сопротивления x определяется соотношением для дисковых насадок

x = 77.5 Re^-0.8 e_CB (d / d₀)^0.01,      при Re<300;                      

x = (0,37 + 135/Re) e_CB (d / d₀)^0.01 при Re>300.                               (4.11)

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: