Автор: Алимова Лола Адиловна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (112) апрель-2 2016 г.

Дата публикации: 16.04.2016

Статья просмотрена: 16 раз

Библиографическое описание:

Алимова Л. А. Применение численного метода для исследования гидродинамики градирни // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 172-174.



В статье приведён расчёт в котором была использована модель несжимаемая жидкость, которая предназначена для моделирования течения газа (жидкости) при больших числах Рейнольдса и при малых изменения плотности.

Ключевые слова: градирня, охлаждение воды, уравнений Навье-Стокса, численное моделирование.

Испарительное охлаждение воды используется в оборотных системах водоснабжения промышленных предприятий 1.

Компактные вентиляторные градирни наиболее эффективны с технической точки зрения, так как обеспечивают более глубокое и качественное охлаждение воды, выдерживая большие удельные тепловые нагрузки.

Процесс охлаждения происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха. При испарении 1 % воды, температура оставшейся массы понижается на 5,48 °C 2.

Общее количество испаряющейся воды увеличивается с возрастанием поверхности контакта воды и воздуха, поэтому конструкции компактных вентиляторных градирен, в которых происходит испарительное охлаждение, предусматривают увеличение поверхности испарения путём создания большого зеркала жидкости, раздробления ее на струи и капли или образования тонких плёнок, стекающих по поверхности насадок. Возрастание интенсивности тепло- и массообмена при испарении достигается также повышением скорости газовой среды относительно поверхности жидкости. Однако увеличение этой скорости не должно приводить к чрезмерному уносу жидкости газовой средой и значительному повышению гидравлического сопротивления компактной вентиляторной градирни.

Часто наиболее надёжную информацию о физическом процессе можно получить путём непосредственных измерений. С помощью экспериментального исследования на полномасштабной установке можно определить поведение объекта в натурных условиях.

Численное решение задачи даёт подробную и полную информацию. С его помощью можно найти значения всех имеющихся переменных (таких, как скорость, давление, температура, концентрация, интенсивность турбулентности) во всей области решения. В отличие от эксперимента для расчёта доступна практически вся исследуемая область и отсутствуют возмущения процесса, вносимые датчиками при экспериментальном исследовании. Очевидно, что ни в одном экспериментальном исследовании невозможно измерить распределения всех переменных во всей исследуемой области. Поэтому, даже если проводится экспериментальное исследование, большое значение для дополнения экспериментальной информации имеют результаты численного решения.

Если с помощью численного решения изучаются закономерности физического процесса, а не сложные инженерные задачи, можно сконцентрировать внимание на нескольких существенных параметрах этого процесса и исключить все несущественные явления. При этом можно моделировать многие идеализированные условия, например, двухмерность, постоянство плотности, адиабатическую поверхность или бесконечно быструю реакцию. При экспериментальном исследовании даже с помощью довольно тщательного эксперимента не всегда можно достичь таких идеальных условий [3].

В настоящей работе представлены результаты расчётов трёхмерного турбулентного течения в полимерном оросителе компактных вентиляторных градирен. Численное моделирование выполнено для условий, принятых при проведении экспериментов.

С целью определения влияния размера и расположения оросителя на интенсивность теплообменных процессов в компактной вентиляторной градирне выполнен вычислительный эксперимент с использованием пакета FlowVision 4.

В качестве характерной области теплообмена рассматривался участок оросителя, расположенный в градирне. Форма данной области принята прямоугольной с вертикально направленной осью. Высота оросителя в градирне — 2 м, размер разреза — 0,50,75 м. На нижнем торце оросителя задана скорость восходящего воздушного потока, равная 1 м/с. Стенки градирни являются непроницаемыми.

Отметим, что, приведённые выше, параметры назначены в качестве граничных условий решения рассматриваемой задачи из условия максимального соответствия реальным процессам теплообмена в компактных вентиляторных градирнях.

Данные, полученные в результате численного моделирования по распределению в расчётной области скорости воздуха, приведены на рис. 1. Расчёты выполнены на основе модели совершенного газа. Принималось, что течение описывается системой стационарных трёхмерных уравнений Навье-Стокса и энергии, осреднённых по Рейнольдсу.

Сравнение результатов расчётов по программе FlowVision и экспериментальных данных свидетельствует о хорошем качественном и количественном предсказании поля скоростей и давление в оросителе градирни. С достаточной для практики точностью воспроизведена зона существенного повышения давления вблизи входа воздуха в ороситель и правильно предсказана форма распределения скоростей в канале и за выходом из оросителя. Картина распределения давления, полученного с использованием пакета FlowVision, качественно совпадает с данными эксперимента, однако в количественном выражении программа FlowVision даёт в среднем на 3 % заниженные по сравнению с экспериментом значения.

а) б)

Рис. 1. Распределение изолиний давления (а) и полей векторов скоростей (б) воздуха на поверхности оросителя в компактной вентиляторной градирне.

С использованием исследовательской программы FlowVision выполнены расчёты трёхмерного турбулентного течения в оросителе компактной вентиляторной градирни.

Сравнение с экспериментом показало, что при использовании модели турбулентности вычислительные системы позволяют хорошо предсказать структуру течения в канале оросителя, достаточно точно разрешая детали вторичных течений.

Литература:

  1. Пономаренко В. С., Арефьев Ю. И. Градирни промышленных и энергетических предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1998. — 376 с.
  2. Бэрджер Р. Влияние насадки градирен на экономические результаты их работы / Нефтегазовые технологии, 2000, № 6.
  3. S. Patankar «Numerical heat transfer and fluid flow». Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1980.
  4. FlowVision. Система моделирования движения жидкости и газа. Версия 2.3.3. Руководство пользователя, 1999–2007.
Основные термины (генерируются автоматически): компактной вентиляторной, компактной вентиляторной градирни, охлаждение воды, экспериментальном исследовании, компактных вентиляторных градирен, трёхмерного турбулентного течения, компактной вентиляторной градирне, использованием пакета flowvision, Испарительное охлаждение воды, качественное охлаждение воды, исследования гидродинамики градирни, уравнений Навье-Стокса, Компактные вентиляторные градирни, численного решения, поверхности контакта воды, моделирования течения газа, оросителе компактной вентиляторной, сопротивления компактной вентиляторной, противоположном движению воды, испарения части воды.

Ключевые слова

численное моделирование., градирня, охлаждение воды, уравнений Навье-Стокса

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос