A Method for Calculating the Unsaturated Humid Air Flow Section Length in the Mechanical Draft Cooling Tower Sprinkler Channel
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-4-37-43Keywords:
сooling tower sprinkler channel, heat transfer coefficient, mass transfer coefficient, unsaturated humid air flow sectionAbstract
In the channels of mechanical-draft cooling tower sprinklers, a saturated air flow section may appear under certain initial conditions, the mass transfer intensity in which is limited by the steam content in the saturated air. For correctly calculating the heat and mass transfer processes in the cooling tower channel, it is necessary to have a method for determining the unsaturated air flow section length. Publications devoted to studying water cooling processes in the channels of mechanical-draft cooling tower sprinklers do not contain an assessment of the unsaturated air flow section length. A method for determining the unsaturated humid air flow section length in the mechanical-draft cooling tower sprinkler channels is proposed, which is based on the well-known criterion equations for calculating the heat transfer and mass transfer coefficients. The effect the initial air parameters have on the unsaturated air section length is studied, and graphic dependences of the unsaturated air section length are drawn up for each of the analyzed parameters. It is shown that the unsaturated humid air flow section length increases with increasing the initial air temperature. It is also found that the unsaturated air flow section length decreases with a growth in the relative air humidity. An increase in the air flow rate with a constant water flow rate leads to an increase in the unsaturated air flow section length. For the considered sprinkler channel, the saturated air region exists at an air temperature of 15°C and below, and for air temperatures above 25°C there is no saturated air flow section. It is shown that the conclusions drawn about the effect the initial air parameters have on the relative change in the unsaturated air flow section length are valid for channels of various shapes and geometric sizes. The proposed methodology and the results obtained can be used in designing mechanical-draft cooling towers and estimating their efficiency.
References
1. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Прикладные аспекты явлений переноса в аппаратах химической технологии и теплоэнергетики (гидромеханика и тепломассообмен). Казань: Изд-во «Печать-Сервис XXI век», 2015.
2. Лаптев А.Г, Лаптева Е.А. Обобщение гидродинамической аналогии для различных условий обтекания поверхностей // Вестник Казанского технологического университета.2013. Т. 16. № 23. С. 64—69.
3. Buyevich Y.A. The Stress System in a Suspension of Force-free Particles // J. Fluid Mechanics. 1970. V. 3. Pp. 545—570.
4. Fucano T, Furucawa T. Prediction of the Effect of Liquid Viscosity on Interfacial Shear Stress and Frictional Pressure Drop in Wertical Upward Gas-liquid Annular Flow // Intern. J. Multiphase Flow. 1998. Vol. 4. Pp. 587—603.
5. Лаптев А.Г, Лаптева Е.А. Модифицированный метод единиц переноса расчета пленочной градирни // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2018. № 8. Т. 54. С. 14—16.
6. Лаптев А.Г, Лаптева Е.А. Ячеечная модель тепломассопереноса в пленочных блоках оросителей градирни // Вестник Казанского технолог. ун-та. 2015. Т. 18. № 11. С. 181—185.
7. Лаптев А.Г., Фархов Т.М., Дударовская О.Г. Модели турбулентной вязкости и перемешивания в каналах и насадочных проточных смесителях // Журнал прикладной химии. 2013. Вып. 7. Т. 86. С. 1112—1121.
8. Лаптев А.Г., Столярова Е.Ю., Лаптева Е.А. Численное определение эффективности тепломассообмена в пленочной градирне с учетом неравномерности распределения воздуха // Теплоэнергетика. 2020. № 4. С. 52—59.
9. Лаптев А.Г., Столярова Е.Ю., Лаптева Е.А. Определение эффективности пленочной градирни с учетом неравномерности движения фаз // Энергетика и энергосбережение: теория и практика: Сб. материалов IV Всеросс. науч.-практ. конф. 2018. С. 148.1—148.5.
10. Лаптев А.Г., Столярова Е.Ю., Лаптева Е.А. Модель структуры потока и эффективность пленочной градирни с учетом неравномерности распределения фаз // Фундаментальные исследования. 2018. № 11-2. С. 150—154.
11. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Определение тепловой эффективности и высоты блоков оросителей противоточных градирен // Инженерно-физический журнал. 2020. Т. 93. № 3. С. 715—721.
12. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Тепловая эффективность и расчет охлаждения воды в пленочных градирнях // Вода: химия и экология. 2018. № 4—6(115). С. 101—105.
13. Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Лаптева Е.А. Показатели энергоэффективности градирен // Надежность и безопасность энергетики. 2018. Т. 11. № 3. С. 217—221.
14. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Определение тепловой эффективности охлаждения в градирнях // Математические методы в технике и технологиях. 2018. Т. 10. С. 25—28.
15. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Энергетические характеристики пленочных градирен // Результаты современных научных исследований и разработок: Сб. статей Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Наука и просвещение, 2017. С. 46—51.
16. Федяев В.Л., Гайнуллин Р.Ф., Власов Е.М. Эффективность оросительных градирен // Вестник международной академии холода. 2012. № 4. С. 35—39.
17. Гладков В.А., Арефьев Ю.И., Пономаренко В.С. Вентиляторные градирни. М.: Стройиздат, 1976.
18. Берман Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. М.—Л.: Госэнергоиздат, 1957.
19. Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Юрайт, 2011.
20. Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Саввин С.С. Математическая модель охлаждения воды в градирнях с оборотной тягой // Вестник ВГУИТ. 2014. № 1. С. 51—55.
---
Для цитирования: Губарев В.Я., Арзамасцев А.Г., Шарапов А.И., Морева Ю.О. Методика расчета длины участка течения ненасыщенного влажного воздуха в канале оросителя вентиляторной градирни // Вестник МЭИ. 2021. № 4. С. 37—43. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-4-37-43.
#
1. Laptev A.G., Lapteva E.A. Prikladnye Aspekty Yavleniy Perenosa v Apparatakh Khimicheskoy Tekhnologii i Teploenergetiki (Gidromekhanika i Teplomassoobmen). Kazan': Izd-vo «Pechat'-Servis XXI Vek», 2015. (in Russian).
2. Laptev A.G, Lapteva E.A. Obobshchenie Gidrodinamicheskoy Analogii dlya Razlichnykh Usloviy Obtekaniya Poverkhnostey. Vestnik Kazanskogo Tekhnologicheskogo Universiteta.2013;16;23:64—69. (in Russian).
3. Buyevich Y.A. The Stress System in a Suspension of Force-free Particles. J. Fluid Mechanics. 1970;3:545—570.
4. Fucano T, Furucawa T. Prediction of the Effect of Liquid Viscosity on Interfacial Shear Stress and Frictional Pressure Drop in Wertical Upward Gas-liquid Annular Flow. Intern. J. Multiphase Flow. 1998;4:587—603.
5. Laptev A.G, Lapteva E.A. Modifitsirovannyy Metod Edinits Perenosa Rascheta Plenochnoy Gradirni. Khimicheskoe i Neftegazovoe Mashinostroenie. 2018;8;54:14—16. (in Russian).
6. Laptev A.G, Lapteva E.A. Yacheechnaya Model' Teplomassoperenosa v Plenochnykh Blokakh Orositeley Gradirni. Vestnik Kazanskogo Tekhnolog. Un-ta. 2015;18;11:181—185. (in Russian).
7. Laptev A.G., Farkhov T.M., Dudarovskaya O.G. Modeli Turbulentnoy Vyazkosti i Peremeshivaniya v Kanalakh i Nasadochnykh Protochnykh Smesitelyakh. Zhurnal Prikladnoy Khimii. 2013;7;86:1112—1121. (in Russian).
8. Laptev A.G., Stolyarova E.Yu., Lapteva E.A. Chislennoe Opredelenie Effektivnosti Teplomassoobmena v Plenochnoy Gradirne s Uchetom Neravnomernosti Raspredeleniya Vozdukha. Teploenergetika. 2020;4:52—59. (in Russian).
9. Laptev A.G., Stolyarova E.Yu., Lapteva E.A. Opredelenie Effektivnosti Plenochnoy Gradirni s Uchetom Neravnomernosti Dvizheniya Faz. Energetika i Energosberezhenie: Teoriya i Praktika: Sb. Materialov IV Vseross. Nauch.-prakt. Konf. 2018:148.1—148.5. (in Russian).
10. Laptev A.G., Stolyarova E.Yu., Lapteva E.A. Model' Struktury Potoka i Effektivnost' Plenochnoy Gradirni s Uchetom Neravnomernosti Raspredeleniya Faz. Fundamental'nye Issledovaniya. 2018;11-2:150—154. (in Russian).
11. Laptev A.G., Lapteva E.A. Opredelenie Teplovoy Effektivnosti i Vysoty Blokov Orositeley Protivotochnykh Gradiren. Inzhenerno-fizicheskiy Zhurnal. 2020;93;3:715—721. (in Russian).
12. Laptev A.G., Lapteva E.A. Teplovaya Effektivnost' i Raschet Okhlazhdeniya Vody v Plenochnykh Gradirnyakh. Voda: Khimiya i Ekologiya. 2018;4—6(115):101—105. (in Russian).
13. Laptev A.G., Farakhov M.I., Lapteva E.A. Pokazateli Energoeffektivnosti Gradiren. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2018;11;3:217—221. (in Russian).
14. Laptev A.G., Lapteva E.A. Opredelenie Teplovoy Effektivnosti Okhlazhdeniya v Gradirnyakh. Matematicheskie Metody v Tekhnike i Tekhnologiyakh. 2018;10:25—28. (in Russian).
15. Laptev A.G., Lapteva E.A. Energeticheskie Kharakteristiki Plenochnykh Gradiren. Rezul'taty Sovremennykh Nauchnykh Issledovaniy i Razrabotok: Sb. Statey Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Penza: Nauka i Prosveshchenie, 2017:46—51. (in Russian).
16. Fedyaev V.L., Gaynullin R.F., Vlasov E.M. Effektivnost' Orositel'nykh Gradiren. Vestnik Mezhdunarodnoy Akademii Kholoda. 2012;4:35—39. (in Russian).
17. Gladkov V.A., Aref'ev Yu.I., Ponomarenko V.S. Ventilyatornye Gradirni. M.: Stroyizdat, 1976. (in Russian).
18. Berman L.D. Isparitel'noe Okhlazhdenie Tsirkulyatsionnoy Vody. M.—L.: Gosenergoizdat, 1957. (in Russian).
19. Komissarov Yu.A., Gordeev L.S., Vent D.P. Protsessy i Apparaty Khimicheskoy Tekhnologii. M.: Yurayt, 2011. (in Russian).
20. Bityukov V.K., Tikhomirov S.G., Savvin S.S. Matematicheskaya Model' Okhlazhdeniya Vody v Gradirnyakh s Oborotnoy Tyagoy. Vestnik VGUIT. 2014;1:51—55. (in Russian).
---
For citation: Gubarev V.Ya., Arzamastsev A.G., Sharapov A.I., Moreva Yu.O. A Method for Calculating the Unsaturated Humid Air Flow Section Length in the Mechanical Draft Cooling Tower Sprinkler Channel. Bulletin of MPEI. 2021;4:37—43. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-4-37-43.
2. Лаптев А.Г, Лаптева Е.А. Обобщение гидродинамической аналогии для различных условий обтекания поверхностей // Вестник Казанского технологического университета.2013. Т. 16. № 23. С. 64—69.
3. Buyevich Y.A. The Stress System in a Suspension of Force-free Particles // J. Fluid Mechanics. 1970. V. 3. Pp. 545—570.
4. Fucano T, Furucawa T. Prediction of the Effect of Liquid Viscosity on Interfacial Shear Stress and Frictional Pressure Drop in Wertical Upward Gas-liquid Annular Flow // Intern. J. Multiphase Flow. 1998. Vol. 4. Pp. 587—603.
5. Лаптев А.Г, Лаптева Е.А. Модифицированный метод единиц переноса расчета пленочной градирни // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2018. № 8. Т. 54. С. 14—16.
6. Лаптев А.Г, Лаптева Е.А. Ячеечная модель тепломассопереноса в пленочных блоках оросителей градирни // Вестник Казанского технолог. ун-та. 2015. Т. 18. № 11. С. 181—185.
7. Лаптев А.Г., Фархов Т.М., Дударовская О.Г. Модели турбулентной вязкости и перемешивания в каналах и насадочных проточных смесителях // Журнал прикладной химии. 2013. Вып. 7. Т. 86. С. 1112—1121.
8. Лаптев А.Г., Столярова Е.Ю., Лаптева Е.А. Численное определение эффективности тепломассообмена в пленочной градирне с учетом неравномерности распределения воздуха // Теплоэнергетика. 2020. № 4. С. 52—59.
9. Лаптев А.Г., Столярова Е.Ю., Лаптева Е.А. Определение эффективности пленочной градирни с учетом неравномерности движения фаз // Энергетика и энергосбережение: теория и практика: Сб. материалов IV Всеросс. науч.-практ. конф. 2018. С. 148.1—148.5.
10. Лаптев А.Г., Столярова Е.Ю., Лаптева Е.А. Модель структуры потока и эффективность пленочной градирни с учетом неравномерности распределения фаз // Фундаментальные исследования. 2018. № 11-2. С. 150—154.
11. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Определение тепловой эффективности и высоты блоков оросителей противоточных градирен // Инженерно-физический журнал. 2020. Т. 93. № 3. С. 715—721.
12. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Тепловая эффективность и расчет охлаждения воды в пленочных градирнях // Вода: химия и экология. 2018. № 4—6(115). С. 101—105.
13. Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Лаптева Е.А. Показатели энергоэффективности градирен // Надежность и безопасность энергетики. 2018. Т. 11. № 3. С. 217—221.
14. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Определение тепловой эффективности охлаждения в градирнях // Математические методы в технике и технологиях. 2018. Т. 10. С. 25—28.
15. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Энергетические характеристики пленочных градирен // Результаты современных научных исследований и разработок: Сб. статей Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Наука и просвещение, 2017. С. 46—51.
16. Федяев В.Л., Гайнуллин Р.Ф., Власов Е.М. Эффективность оросительных градирен // Вестник международной академии холода. 2012. № 4. С. 35—39.
17. Гладков В.А., Арефьев Ю.И., Пономаренко В.С. Вентиляторные градирни. М.: Стройиздат, 1976.
18. Берман Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. М.—Л.: Госэнергоиздат, 1957.
19. Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Юрайт, 2011.
20. Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Саввин С.С. Математическая модель охлаждения воды в градирнях с оборотной тягой // Вестник ВГУИТ. 2014. № 1. С. 51—55.
---
Для цитирования: Губарев В.Я., Арзамасцев А.Г., Шарапов А.И., Морева Ю.О. Методика расчета длины участка течения ненасыщенного влажного воздуха в канале оросителя вентиляторной градирни // Вестник МЭИ. 2021. № 4. С. 37—43. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-4-37-43.
#
1. Laptev A.G., Lapteva E.A. Prikladnye Aspekty Yavleniy Perenosa v Apparatakh Khimicheskoy Tekhnologii i Teploenergetiki (Gidromekhanika i Teplomassoobmen). Kazan': Izd-vo «Pechat'-Servis XXI Vek», 2015. (in Russian).
2. Laptev A.G, Lapteva E.A. Obobshchenie Gidrodinamicheskoy Analogii dlya Razlichnykh Usloviy Obtekaniya Poverkhnostey. Vestnik Kazanskogo Tekhnologicheskogo Universiteta.2013;16;23:64—69. (in Russian).
3. Buyevich Y.A. The Stress System in a Suspension of Force-free Particles. J. Fluid Mechanics. 1970;3:545—570.
4. Fucano T, Furucawa T. Prediction of the Effect of Liquid Viscosity on Interfacial Shear Stress and Frictional Pressure Drop in Wertical Upward Gas-liquid Annular Flow. Intern. J. Multiphase Flow. 1998;4:587—603.
5. Laptev A.G, Lapteva E.A. Modifitsirovannyy Metod Edinits Perenosa Rascheta Plenochnoy Gradirni. Khimicheskoe i Neftegazovoe Mashinostroenie. 2018;8;54:14—16. (in Russian).
6. Laptev A.G, Lapteva E.A. Yacheechnaya Model' Teplomassoperenosa v Plenochnykh Blokakh Orositeley Gradirni. Vestnik Kazanskogo Tekhnolog. Un-ta. 2015;18;11:181—185. (in Russian).
7. Laptev A.G., Farkhov T.M., Dudarovskaya O.G. Modeli Turbulentnoy Vyazkosti i Peremeshivaniya v Kanalakh i Nasadochnykh Protochnykh Smesitelyakh. Zhurnal Prikladnoy Khimii. 2013;7;86:1112—1121. (in Russian).
8. Laptev A.G., Stolyarova E.Yu., Lapteva E.A. Chislennoe Opredelenie Effektivnosti Teplomassoobmena v Plenochnoy Gradirne s Uchetom Neravnomernosti Raspredeleniya Vozdukha. Teploenergetika. 2020;4:52—59. (in Russian).
9. Laptev A.G., Stolyarova E.Yu., Lapteva E.A. Opredelenie Effektivnosti Plenochnoy Gradirni s Uchetom Neravnomernosti Dvizheniya Faz. Energetika i Energosberezhenie: Teoriya i Praktika: Sb. Materialov IV Vseross. Nauch.-prakt. Konf. 2018:148.1—148.5. (in Russian).
10. Laptev A.G., Stolyarova E.Yu., Lapteva E.A. Model' Struktury Potoka i Effektivnost' Plenochnoy Gradirni s Uchetom Neravnomernosti Raspredeleniya Faz. Fundamental'nye Issledovaniya. 2018;11-2:150—154. (in Russian).
11. Laptev A.G., Lapteva E.A. Opredelenie Teplovoy Effektivnosti i Vysoty Blokov Orositeley Protivotochnykh Gradiren. Inzhenerno-fizicheskiy Zhurnal. 2020;93;3:715—721. (in Russian).
12. Laptev A.G., Lapteva E.A. Teplovaya Effektivnost' i Raschet Okhlazhdeniya Vody v Plenochnykh Gradirnyakh. Voda: Khimiya i Ekologiya. 2018;4—6(115):101—105. (in Russian).
13. Laptev A.G., Farakhov M.I., Lapteva E.A. Pokazateli Energoeffektivnosti Gradiren. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2018;11;3:217—221. (in Russian).
14. Laptev A.G., Lapteva E.A. Opredelenie Teplovoy Effektivnosti Okhlazhdeniya v Gradirnyakh. Matematicheskie Metody v Tekhnike i Tekhnologiyakh. 2018;10:25—28. (in Russian).
15. Laptev A.G., Lapteva E.A. Energeticheskie Kharakteristiki Plenochnykh Gradiren. Rezul'taty Sovremennykh Nauchnykh Issledovaniy i Razrabotok: Sb. Statey Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Penza: Nauka i Prosveshchenie, 2017:46—51. (in Russian).
16. Fedyaev V.L., Gaynullin R.F., Vlasov E.M. Effektivnost' Orositel'nykh Gradiren. Vestnik Mezhdunarodnoy Akademii Kholoda. 2012;4:35—39. (in Russian).
17. Gladkov V.A., Aref'ev Yu.I., Ponomarenko V.S. Ventilyatornye Gradirni. M.: Stroyizdat, 1976. (in Russian).
18. Berman L.D. Isparitel'noe Okhlazhdenie Tsirkulyatsionnoy Vody. M.—L.: Gosenergoizdat, 1957. (in Russian).
19. Komissarov Yu.A., Gordeev L.S., Vent D.P. Protsessy i Apparaty Khimicheskoy Tekhnologii. M.: Yurayt, 2011. (in Russian).
20. Bityukov V.K., Tikhomirov S.G., Savvin S.S. Matematicheskaya Model' Okhlazhdeniya Vody v Gradirnyakh s Oborotnoy Tyagoy. Vestnik VGUIT. 2014;1:51—55. (in Russian).
---
For citation: Gubarev V.Ya., Arzamastsev A.G., Sharapov A.I., Moreva Yu.O. A Method for Calculating the Unsaturated Humid Air Flow Section Length in the Mechanical Draft Cooling Tower Sprinkler Channel. Bulletin of MPEI. 2021;4:37—43. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-4-37-43.
Downloads
Published
2020-12-13
Issue
Section
Industrial Power System (05.14.04)
