Влияние впрыска воды на на вакуум и гидравлическое сопротивление в конденсаторе

Аннотация

Актуальность: системы дополнительного впрыска воды, применяемые для улучшения вакуума в промышленных конденсаторах, обычно устанавливаются во входной части конденсатора. Распыленные капли воды начинают взаимодействовать с потоком пара уже во входной зоне, создавая местное гидравлическое сопротивление. Определение величины этого местного сопротивления и его влияния на общий вакуум является важной научно-практической задачей.

Цель: точный расчет местного гидравлического сопротивления, возникающего из-за капель воды, распыляемых форсунками, установленными во входной части конденсатора, и оценка его влияния на вакуум конденсатора.

Методы: в исследовании был проанализирован двухфазный поток во входной части горизонтального конденсатора с 168 трубками (площадь входа пара 0.24 м², площадь живого сечения между трубками 0.13 м²). Расход пара составлял 806 кг/ч = 0.224 кг/с, давление 4 кПа, плотность 0.028 кг/м³, скорость на входе 33.3 м/с. Расход дополнительной воды составлял 279 кг/ч (0.0775 кг/с), давление перед форсункой 0.2 МПа (2.0 бар), скорость капель 14.0 м/с, диаметр капель 1.0 мм. Были рассчитаны концентрация капель, сила аэродинамического сопротивления, сопротивление турбулентного перемешивания. Проанализировано изменение сопротивления в зависимости от изменения параметров (расход воды, диаметр капель, скорость пара, давление форсунки, тип схемы).

Результаты: местное гидравлическое сопротивление во входной части составляет 1.83 Па (0.00183 кПа). Это всего лишь 0.44% от общего двухфазного сопротивления (0.413 кПа). Влияние на вакуум составляет 0.014 мм рт. ст. При увеличении расхода воды со 100 кг/ч до 300 кг/ч входное сопротивление возрастает с 0.66 Па до 1.96 Па. При увеличении диаметра капель с 0.5 мм до 1.5 мм сопротивление уменьшается с 2.05 Па до 1.73 Па. При увеличении скорости пара с 25 м/с до 40 м/с сопротивление возрастает с 1.10 Па до 2.46 Па. При увеличении давления форсунки с 0.1 МПа до 0.4 МПа сопротивление незначительно уменьшается с 1.88 Па до 1.76 Па. Среди типов схем наибольшее сопротивление наблюдается при противоточной схеме относительно потока пара (2.05 Па), наименьшее – при прямоточной (1.83 Па). Хотя противоточная схема несколько увеличивает сопротивление, она улучшает теплообмен и повышает эффективность конденсации. Анализы показывают, что капли воды поглощают кинетическую энергию пара, резко уменьшая его объем, что положительно влияет на общую гидравлическую проводимость устройства.