РОЗДІЛ 2
ОСНОВНІ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Характеристика експериментального стенда
Лабораторний експериментальний стенд з дослідження процесів гідродинаміки та теплообміну (рис. 2.1, 2.2) в трубчастому тепломасообмінному елементі реальних, промислових розмірів [86] складається з наступних систем та вузлів:
1) тепломасообмінний елемент;
2) верхній та нижній розподілювачі;
3) краплевідбійник;
4) система подачі газу;
5) система подачі рідини;
6) пристрої регулюючі;
7) пристрої контрольно-замірні.
Трубчастий тепломасообмінний елемент (для скорочення - трубчаста насадка) 1 складається з несучої труби, всередині якої змонтовано завихрювачі контактуючих фаз 2. Висота експериментальної ділянки 1250 мм. Конструкція трубчастого елемента забезпечує можливість легкої заміни варіантів досліджуваної трубчастої насадки та застосування різних діаметрів труб.
Трубчастий тепломасообмінний елемент фіксується за допомогою верхнього 3 та нижнього 4 розподільників. Завдяки розподільникам організовано протитечійний рух у трубчастому елементі контактуючих газової та рідкої фаз. Причому рідина стікає плівкою по внутрішній стінці труби зверху вниз під дією сил гравітації, а газ рухається знизу вверх вздовж осі трубчастого елемента. Для інтенсифікації тепломасообміну між контактуючими фазами всередині трубчастого елемента застосовані турбулізуючі елементи як для рідини, так і для газу. Розподільники закріплені на вертикальній стійці 5, яка, окрім цього, служить несучою основою для контрольно-вимірювальної апаратури та регулювальних пристроїв. Конструкція стійки забезпечує встановлення трубчастого елемента строго вертикально. В розподілювачах встановлено термопари 6-8 для заміру температур контактуючих фаз на вході та на виході експериментальної зони трубчастої
Рис. 2.1. Принципова схема лабораторного експериментального стенда
1 - трубчастий тепломасообмінний елемент; 2 - завихрювачі контактуючих фаз; 3 - верхній розподільник; 4 - нижній розподільник; 5 - несуча стійка; 6 - термопара для визначення вихідної температури газу; 7 - термопара для визначення вхідної температури рідини; 8 - термопара для визначення вихідної температури рідини; 9 - термометри для визначення вхідної та вихідної температур газу; 10 - краплевідбійник; 11 - термостат; 12 - регулюючі вентилі рідини; 13 - ротаметр РС-3; 14 - трійник для відбору проб рідини; 15 - газодувка; 16 - регулюючі вентилі газу; 17 - газовий лічильник G6; 18 - ротаметр РС-5; 19 - диференційний манометр ММН-240
Рис. 2.2. Загальний вигляд дослідного стенда
насадки, а також передбачено відводи для заміру перепаду тиску газу на трубчастому елементі. Імпульсні трубки, для заміру перепаду тиску, змонтовані безпосередньо до і після зони контакту фаз. Дренажні пристрої забезпечують дренаж рідини, яка потрапила в імпульсні лінії. Додатково передбачено патрубки для відбору проб контактуючих фаз для дослідження масообміну.
Верхній розподілювач 3 - це циліндр зовнішнім діаметром 60 мм та висотою 80 мм із вмонтованими в нього штуцерами підводу оливи та під'єднання термопар 7 та гніздом під трубчастий тепломасообмінний елемент. Внутрішня конструкція розподілювача зі спеціальною вставкою дозволяє розподілити потік рідини рівномірно по периметру трубчастого елемента та зафіксувати температуру рідини безпосередньо перед подачею її в трубчастий елемент (рис. 2.3) (номера деталей стенда аналогічні позначенням на рис. 2.1). Для збільшення точності заміру температури потоку рідини, встановлено дві термопари 7 в протилежних точках периметру трубчастого елемента, а їх покази усереднюються.
Безпосередньо на виході газового потоку із верхнього розподільника змонтовано краплевідбійник 10, де від потоку відділяються підхоплені краплі рідини.
Щоб уникнути попадання крапель рідини на термопару, призначену для вимірювання температури вихідного газового потоку 6, що може вплинути на точність вимірювання, передбачено у вихідному патрубку розташування відбійних перегородок.
Нижній розподілювач 4 має циліндричну форму внутрішнім діаметром 98 мм і висотою 150 мм із вмонтованими в нього штуцерами підводу газу і відводу рідини та гніздом під трубчастий тепломасообмінний елемент. Передбачено збір плівки рідини на виході із трубчастої насадки спеціальним вловлюючим пристроєм циліндричної форми в один потік та відведення його окремим каналом. Щоб уникнути небажаного теплообміну між газовим та рідинним потоками до попадання газу в трубчастий елемент вставка виготовлена з фторопласту (рис. 2.4) (номера деталей стенда аналогічні позначенням на рис. 2.1).
Передбачені штуцери для встановлення термопар заміру температури вихідного потоку рідини 8 та для встановлення термометрів заміру температури вхідного газового потоку 9.
Для забезпечення циркуляції рідини, підтримання заданої її температури, перед подачею в трубчастий тепломасообмінний елемент застосовано термостат 11, в конструкцію якого входять:
- нагрівальний елемент, робота якого регулюється контактним термометром через електронний керуючий пристрій;
- перемішувач рідини для її рівномірного нагріву;
- шестерневий насос для подачі рідини в систему.
Витрата рідини регулюється за допомогою системи вентилів шляхом байпасування надмірної кількості рідини назад до термостату. Термостат з'єднаний трубопроводами з верхнім та нижнім розподільниками.
Газ до тепломасообмінного елемента подається газодувкою 15. Подача газу регулюється вентилями 16.
Щоб уникнути втрат тепла в навколишнє середовище, трубчастий елемент, нижній та верхній розподілювачі, а також з'єднувальні трубопроводи покриті відповідним шаром теплоізоляції (пінопласт поліуретановий ПУ-101).
На лабораторному стенді передбачено контроль параметрів контактуючих фаз за допомогою наступних контрольно-вимірювальних приладів:
Витрата повітря вимірювалася лічильником G6 19 з ціною поділки