Трёхфазная модель тепло- и массообмена в компактной вентиляторной градирне с трубчатым оросителем и оценка её адекватности

Аннотация

Актуальность: градирни систем оборотного водоснабжения во многом определяют энергетическую эффективность тепловых электрических станций, а также предприятий химической, нефтехимической и пищевой промышленности. В жарком и сухом климате Узбекистана при температуре воздуха выше 40 °С глубина охлаждения воды резко снижается, что ведёт к ухудшению режима работы технологического оборудования. Для предприятий с ограниченной площадью перспективны компактные вентиляторные градирни, для которых разрешение противоречия между компактностью и энергетической эффективностью является актуальной задачей. Широко применяемые модели Меркеля и Поппе не учитывают косвенного предварительного охлаждения воздуха в трубчатой насадке, поэтому требуется разработка более точной расчётной модели.

Цель: разработка трёхфазной математической модели тепло- и массообмена в компактной вентиляторной градирне с оросителем из полых горизонтальных труб, идентификация её эмпирических коэффициентов по экспериментальным данным и оценка адекватности модели.

Методы: последовательная редукция трёхмерной многофазной системы уравнений к одномерной инженерной модели; решение краевой задачи методом коллокации четвёртого порядка.

Результаты: идентифицированы параметры модели (C_K = 1,86; K₁ = 700 Вт/(м³·К); K₂ = 0,624 кг/(м³·с)), согласующиеся с независимо полученным по методу Меркеля значением β_xv = 0,567 ± 0,019 кг/(м³·с) в пределах 10 %. Расхождение расчёта с экспериментом составило MAPE = 0,8 % по температуре охлаждённой воды и 5,5 % по тепловой мощности. В 15 испытаниях, проведённых в самые жаркие дни 2023–2025 гг., глубина косвенного предварительного охлаждения воздуха в трубах составила Δ = 1,60…2,56 К (в среднем 2,02 К), а её линейная зависимость от температуры атмосферного воздуха (R² = 0,989) совпала с параметром модели с точностью 1,2 %.