Гідродинаміка та тепломасообмін в паро-газорідинних апаратах барботажного типу
Гидродинамика и тепломассообмен в паро-газожидкостных аппаратах барботажного типа
Hydrodinamics and heat-mass exchange in steam-gas-fluid bubble exchangers
1. Номер державної реєстрації теми - 0110U001340, НТУУ «КПІ» - 2310-Ф.
2. Науковий керівник - д. т.н., проф. , К, Bezrodny M. K.
3. Суть розробки, основні результати.
(укр.)
Розвинуто теорію процесів гідродинаміки та тепломасообміну при безпосередньому контакті рідкої та газової фаз в особливих умовах проточного барботажного шару, розробленому авторами, який реалізується при одночасній подачі в трубчастий реактор димових газів та охолоджуючої води. В такому реакторі в умовах обмеженого простору реалізується висока відносна швидкість газу та рідини при забезпеченні інтенсивного перемішування останньої та безперервного відведення нагрітої рідини з активної зони реактора.
З’ясована фізична картина взаємодії парогазових включень з охолоджуючою рідиною в активній зоні проточного барботажного апарата, отримані межі геометричних та режимних параметрів характерних режимів течії двофазного газорідинного потоку та на цій основі розроблена карта режимів проточного барботажного шару. Визначено умови режиму роботи проточного барботажного шару без провалу рідини на розподільчій шайбі. Встановлено, що гідравлічний опір реактора, в основному, визначається приведеною швидкістю газової фази, та має характерний мінімум при переході від барботажного режиму до кільцевого.
На основі дослідження поля температур у активній зоні дослідного контактного апарата визначені оптимальні значення геометричних та режимних параметрів активного елемента контактного апарата з проточним барботажним шаром, при яких забезпечується мінімальна матеріалоємність апарата при заданній теплопродуктивності.
Вперше отримані узагальнюючі залежності для середніх коефіцієнтів тепло – та масовіддачі при охолодженні парогазової суміші в проточному барботажному шарі.
Розроблена методика теплового розрахунку контактного утилізатора теплоти паро газової суміші з проточним барботажним шаром, та конструктивні схеми перспективних утилізаторів теплоти відхідних газів теплогенеруючого обладнання.
(рос.)
Развита теория процессов гидродинамики и тепломасcообмена при непосредственном контакте жидкой и газовой фаз в особых условиях проточного барботажного слоя, разработанного авторами, который реализуется при одновременной подаче в трубчатый реактор дымовых газов и охлаждающей воды. В таком реакторе в условиях ограниченного пространства реализуется высокая относительная скорость газа и жидкости при обеспечении интенсивного перемешивания последней и непрерывного отведения нагретой жидкости из активной зоны реактора.
Выяснена физическая картина взаимодействия парогазовых включений с охлаждающей жидкостью в активной зоне проточного барботажного аппарата, получены пределы геометрических и режимных параметров характерных режимов течения двухфазного газожидкостного потока и на этой основе разработана карта режимов проточного барботажного слоя. Определены условия режима работы проточного барботажного слоя без провала жидкости на распределительной шайбе. Установлено, что гидравлическое сопротивление реактора, в основном, определяется приведенной скоростью газовой фазы и имеет характерный минимум при переходе от барботажного режима к кольцевому.
На основании исследования поля температур в активной зоне опытного контактного аппарата определены оптимальные значения геометрических и режимных параметров активного элемента контактного аппарата с проточным барботажным слоем, при которых обеспечивается минимальная материалоемкость аппарата при заданной теплопроизводительности.
Впервые получены обобщающие зависимости для средних коэффициентов тепло - и массоотдачи при охлаждении парогазовой смеси в проточном барботажном слое.
Разработана методика теплового расчета контактного утилизатора теплоты парогазовой смеси с проточным барботажным слоем, и конструктивные схемы перспективных утилизаторов теплоты отходящих газов теплогенерирующего оборудования.
(англ.)
The theory of processes of hydrodynamics and heat and mass transfer is developed at a direct contact liquid and gas phases in the special terms of running bubbling layer, worked out by authors, that will be realized at a simultaneous serve in the tubular reactor of smoke gases and cooling water. In such reactor in the conditions of a limit space the relative high-rate of gas and liquid will be realized at providing of intensive interfusion of the last and continuous taking of the heated liquid from the active zone of reactor.
The physical picture of the interaction steam inclusions is found out with a cooling liquid in the active zone of running bubbling vehicle, the limits of geometrical and regime parameters of the characteristic modes of flow of diphasic gas-liquid stream are got and on this basis the map of the modes of running bubbling layer is worked out. The terms of the mode of operations of running bubbling layer are certain without the failure of liquid on a distributive puck. It is set that hydraulic resistance of reactor, mainly, is determined by resulted
On the basis of research of the field of temperatures in the active zone of an experience pin vehicle the optimal values of geometrical and regime parameters of active element of pin vehicle are certain with a running bubbling layer, at that the minimum resource-demanding of vehicle is provided at set heating capacity.
Summarizing dependences are first got for mid-coefficients warm - and mass transfer at cooling of steam and gas mixture in a running bubbling layer.
Methodology of thermal calculation of pin the utilizing of warmth of steam of gas mixture is worked out with a running bubbling layer, and structural charts of perspective utilizers of warmth of of waste gases of power equipment.
4. Наявність охоронних документів на об’єкти права інтелектуальної власності.
- Деклараційний патент на корисну модель № 000. Нагрівник текучої рідини./ , Назарова І. О., – опубл. 25.04.2007., Бюл. №5.
- Патент на корисну модель № 000. Нагрівник текучої рідини./ , , Голіяд єв О. Б., – опубл. 27.08.2012., Бюл. №16.
- Патент на корисну модель № 000. Нагрівник текучої рідини. /, , Голіяд М. Н., – опубл. 27.08.2012., Бюл. №16.
- Патент на корисну модель № 000. / , , Семенюк. Панельний випарник., публ. 26.03.2012р. бюл. №6.
- Патент на корисну модель № 000./ , , Поліщук В. Каналізаційна труба., – публ. 26.03.2012р. бюл. №18.
5. Порівняння зі світовими аналогами.
Розробка перевищує світові аналоги по інтенсивності обмінних процесів у контактних тепломасообмінних аппаратах.
6. Економічна привабливість для просування на ринок
Організація охолодження парогазової суміші у розробленому авторами роботи проточному барботажному контактному апараті забезпечить підвищення коефіцієнтів тепло - та масовіддачі в утилізаційних апаратах контактного типу на 20-50%, що дозволить зменшити їх матеріалоємність на 10 – 20% (в порівнянні з кращими світовими аналогами – контактними теплоутилізаторами з активною насадкою), при збереженні заданої продуктивності та економії паливних ресурсів.
7. Потенційні користувачі (галузі, міністерства, підприємства, організації).
Отримані результати можуть бути використані:
- ВАТ „ХІММАШ” м. Коростень (Міністерства хімічної та нафтохімічної промисловості) для розробки утилізаторів теплоти нового покоління.
- Утилізація теплоти є енергозберігаючою технологією міжгалузевого застосування, тому барботажні утилізатори контактного типу можуть використовуватись не тільки в галузях паливно-енергетичного комплексу а й в промисловості, агропромисловому комплексі, транспорті, комунальному господарстві – скрізь, де є джерела теплових викидів.
- Вищі навчальні заклади (Міністерства освіти та науки України), де є кафедри, на яких готують фахівців теплоенергетичних спеціальностей.
8. Стан готовності розробки.
Розроблена методика теплового розрахунку контактного утилізатора теплоти паро газової суміші з проточним барботажним шаром, конструктивні схеми перспективних утилізаторів теплоти відхідних газів теплогенеруючого обладнання, та рекомендації з оптимальних геометричних та режимних параметрів активної зони утилізатора.
9. Існуючі результати впровадження.
Основні положення роботи впроваджені у монографії “Гидродинамика и контактный тепломассообмен в некоторых газожидкостных системах ” та при підготовці інженерів-теплоенергетиків на кафедрі теоретичної та промислової теплотехніки НТУУ "КПІ" включенням їх в курси лекцій “Гідрогазодинаміка” (новий розділ: режими течії двофазного газорідинного потоку в трубах та каналах) та "Спецпитання тепломасообміну" (новий розділ: тепло- та масообмін в теплообмінних апаратах контактного типу).
10. Назва організації, телефон, Е-mail
НТУУ”КПІ”, теплоенергетичний факультет, кафедра теоретичної та промислової теплотехніки,
454-90-92, *****@***net
11. Перелік публікацій за матеріалами досліджень за період виконання розробки
Монографії:
1. , , Н. Гидродинамика и контактный тепломассообмен в некоторых газожидкостных системах – К.: НТУУ «КПИ», 2011.- 408 с.
2. , Притула ефективність теплонасосних схем теплопостачання. //Київ: «Політехніка», 2012. – 208 с.
Статті за кордоном:
1., докт. техн. наук, , инж., , канд. техн. наук, , инж. Межфазный тепломассообмен в проточном барботажном слое //Теплоэнергетика, 2012 , №6, с.61-66.
2.Bezrodny M. K., Goliyad N. N., Barabash P. A., Kostyuk A. P. Interphase Heat-and-Mass Transfer in a Flowing Bubbling Layer. – Thermal Engineering, 2012, Vol. 59, №6, pp.479-484.
Статті в журналах з переліку ВАК:
1. , , О беспровальном режиме работы проточного барботажного слоя. // Зб. «Техническая теплофизика и промышленная теплотехника», Дніпропетровськ, 2010, №2, с.12-21.
2., , Барабаш тепломассообмен в проточном барботажном слое. Часть первая. Теплоотдача.
// Промышленная теплотехника, 2011, т.33 №6. с. 37-43.
3. , , Голияд тепломассообмен в проточном барботажном слое. //Промышленная теплотехника, 2011, №7, с.53-54.
4., , Костюк теплового расчета контактного утилизатора теплоты парогазовой смеси с проточным барботажным слоем. Технічна теплофізика и промислова теплоенергетика»: //збірник наукових праць. – Випуск 3. – Дніпропетровськ, 2011, с. 14-25.
5., Галан ічна ефективність теплонасосних систем повітряного опалення та вентиляції з рекуператором теплоти та рециркуляцією відпрацьованого повітря. //Енергетика: экономіка, технології, екологія, 2012, №1 , с.15-25.
6. , , Барабаш тепло- и массообмен в проточном барботажном слое. Часть 2. Массоотдача. //Промышленная теплотехника, 2012, т.34, №2 , с.33-39.
