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1、312化工機(jī)械2014年蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)量的測量計(jì)算劉百強(qiáng)刈陳良才2(1．中國石油化工股份有限公司武漢分公司；2．華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院)摘要針對噴淋區(qū)水風(fēng)逆流的特點(diǎn)，應(yīng)用可在噴淋區(qū)氣水分離、采樣濕空氣并同時(shí)測量噴淋區(qū)干濕球溫度的裝置，編制了計(jì)算涅空氣空氣狀態(tài)參數(shù)和迭代求解反函數(shù)的程序。工業(yè)實(shí)測表明，利用該裝置能有效分離水和空氣，準(zhǔn)確測出噴淋區(qū)空氣的干濕球溫度，并能據(jù)此正確計(jì)算蒸發(fā)式冷凝器噴琳區(qū)蒸發(fā)量、管束區(qū)蒸發(fā)量和填料區(qū)蒸發(fā)量。關(guān)麓詞蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)量溫度測量氣水分離中圈分類號TQ051．6+l文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0254-609

2、4(2014)03旬312-04淋水與空氣混合的兩相流動(dòng)廣泛用于開式冷卻塔、閉式冷卻塔及蒸發(fā)式冷凝器等蒸發(fā)冷卻設(shè)備中。目前，液滴和氣體兩相流的研究主要在數(shù)學(xué)模型的深入、數(shù)值計(jì)算方法的完善以及液滴光學(xué)測量技術(shù)的改進(jìn)與開發(fā)等方面展開¨。，但在氣液混合流場的溫濕度測量方面，進(jìn)展似乎不明顯，這主要是因?yàn)橐旱魏蜌怏w混合在一起，一般的測量方法很難將二者分開舊。。。開式冷卻塔內(nèi)噴淋水與流動(dòng)空氣的換熱主要是在填料區(qū)完成的，但噴淋區(qū)內(nèi)噴淋水與流動(dòng)空氣的換熱并非可以忽略不計(jì)。環(huán)境空氣經(jīng)過噴淋區(qū)時(shí)，淋水肯定有蒸發(fā)，空氣濕度也會增加。填料區(qū)空氣人口溫濕度與環(huán)境空氣

3、溫濕度肯定不同，即噴淋區(qū)的換熱會影響到填料區(qū)的空氣入口邊界條件。與此類似，閉式冷卻塔和蒸發(fā)式冷凝器的換熱雖然主要在管束區(qū)完成，但噴淋區(qū)的蒸發(fā)和換熱也會影響到管束區(qū)空氣人口邊界條件。蒸發(fā)冷卻設(shè)備常規(guī)傳熱設(shè)計(jì)時(shí)，通常將環(huán)境空氣溫濕度條件直接作為空氣進(jìn)入填料區(qū)或管束區(qū)的條件，忽略了空氣經(jīng)過噴淋區(qū)的溫度變化和濕度的增大。也有的研究者或設(shè)計(jì)人員將管束換熱特性乘以一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來反映填料區(qū)或管束區(qū)入口空氣條件與環(huán)境空氣條件的差異"1。這樣簡單處理的原因主要是噴淋區(qū)中空氣與水滴混合在一起，測溫傳感器伸入噴淋區(qū)后，很難做到只接觸空氣而不接觸水滴。若將測溫傳感

4、器放進(jìn)一般的百葉窗，再伸入噴淋區(qū)，雖然百葉窗能阻擋下落水滴進(jìn)入百葉窗，但阻擋不了上行風(fēng)裹挾水滴進(jìn)入百葉窗，打濕測溫傳感器。針對氣水逆向流場的特點(diǎn)，筆者采用了能有效分離空氣與噴淋水滴，可同時(shí)測量空氣干濕球溫度的裝置M]，為計(jì)算冷卻設(shè)備的蒸發(fā)量和蒸發(fā)換熱量提供了可靠的測溫?cái)?shù)據(jù)。1測溫裝置本測溫裝置的設(shè)計(jì)思路是設(shè)法避免水滴接觸測量氣溫的熱電偶，同時(shí)盡量縮小采樣器尺寸，以減少它對氣水主流的干擾。測溫裝置如圖1所示，其中的測氣溫裝置主要由氣水分離的濕空氣采樣器、測氣溫的熱電偶、采樣管和溫度巡檢儀組成。采樣器主體是帶有避雨集氣罩的俯角進(jìn)風(fēng)格柵，裝在其內(nèi)

5、部的熱電偶經(jīng)過采樣管與溫度巡檢儀相連。這樣，就能測量噴淋區(qū)空氣溫度。+劉百強(qiáng)，男，1969年3月生，高級工程師。湖北省武漢市，430082。第41卷第3期化工機(jī)械313圖l噴淋區(qū)氣水分離和測溫裝置示意1——采樣器；2——采樣點(diǎn)氣溫?zé)犭娕迹?——膠塞；4——溫度巡檢儀；5——干球溫度熱電阻；6——濕球溫度熱電阻；7——引風(fēng)管；8——引風(fēng)機(jī)；9——水盒由于水的密度遠(yuǎn)大于空氣密度，空氣在俯角進(jìn)風(fēng)口會折流而走，而水滴在離心力的作用下被沖到采樣器壁面上，并在表面張力作用下聚集成大水滴，然后在重力作用下沿器壁向下流動(dòng)，最后由采樣器底孔排出。即使少數(shù)慣性

6、較小的小水滴附著在熱偶桿表面，由于水滴稀疏和來量很少，熱偶表面也不可能形成水膜，且在液固附著力和表面張力作用下，細(xì)小水滴基本不流動(dòng)，不會打濕熱偶的感溫頭，且會在流動(dòng)空氣的作用下蒸發(fā)消失。所以，該裝置能對噴淋區(qū)空氣溫度tm進(jìn)行準(zhǔn)確有效的測量。該裝置測量噴淋區(qū)內(nèi)空氣濕球溫度tM的原理是：用風(fēng)機(jī)將氣水分離后采樣器內(nèi)的濕空氣抽至引風(fēng)管內(nèi)的干濕球溫度計(jì)；待系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，巡檢儀記錄引風(fēng)管內(nèi)的干球溫度t：曲和濕球溫度t：。。，輸入到程序中，算出含濕量d：；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，從采樣器到引風(fēng)管干濕球溫度計(jì)處若風(fēng)量連續(xù)穩(wěn)定，則含濕量不變，那么采樣器處的含濕量

7、d。=d：；由采樣器處的空氣干球溫度tm和含濕量d。，可利用程序算出采樣器處的空氣濕球溫度t?。采樣器放在不同位置，就可測出不同位置處的空氣含濕量，進(jìn)而算得空氣流動(dòng)路線上不同截面之間的含濕量之差和蒸發(fā)量。2蒸發(fā)量的計(jì)算圖2所示的是石油化工廠制氫裝置中的蒸發(fā)式冷凝器，首先采用上述測量方法測量噴淋區(qū)和管束區(qū)空氣干濕球溫度，然后計(jì)算噴淋區(qū)和管束區(qū)各自的蒸發(fā)量。圖2蒸發(fā)式冷凝器及測量截面示意圖l——環(huán)境截面；2——噴淋區(qū)空氣出I：1截面；3——管束區(qū)空氣出1：3截面蒸發(fā)式冷凝器的工況條件為：大氣壓100lOOPa水箱水溫29。C環(huán)境氣溫25℃空冷器

8、換熱管束迎面風(fēng)速2．5m／s干空氣質(zhì)量流量Q。。65．0318kg／s314化工機(jī)械2014年因?yàn)榭諝飧蓾袂驕囟扰c氣壓的高低有關(guān)，故需測出有關(guān)截面的氣壓值和對應(yīng)的引風(fēng)管氣壓值(表