Перформансе ваздушних хладњака са распршивањем воде

Abstract

Ваздушни хладњаци се у термотехници и процесној техници често примењују у условима када су температуре амбијенталног ваздуха јако високе и знатно више од температура усвојених у прорачунима, па није могуће одвести прорачунску количину топлоте. Потребна топлотна снага се у таквим случајевима може достићи ако се околни ваздух орошава (влажи) распршивањем воде на улазу у апарат, јер се тиме снижава температура ваздуха, па се температурна разлика повећава, као и размењена количина топлоте. Појава слоја влаге на размењивачу топлоте кључно мења топлотне и струјне перформансе оваквих апарата. Детаљнија анализа расположиве литературе показала је да радови у којима се истражује проблематика размене топлоте и супстанције на површини оребреног размењивача топлоте са напрскавањем воде нису бројни, те се доводи у питање могућност реалне примене података доступних у литератури за потребе инжењерских прорачуна при експлоатацији оваквих апарата, односно коју методологију прорачуна коефицијената прелаза топлоте и влаге препоручити као релевантну у одређеним условима. У овој докторској дисертацији испитивани су различити режими рада ваздушних хладњака са оребреним цевима при њиховом напрскавању водом на улазу у апарат. Експериментална истраживања рада предметних размењивача топлоте су спроведена на самостално пројектованој инсталацији, која је направљена и монтирана у оквиру топлотне подстанице Машинског факултета у Београду. Развој физичког и прорачунског модела, заснованог на истовременом транспорту топлоте и супстанције, битан је за одређивање и прорачун релевантних параметара рада размењивача топлоте. Применом теорије сличности, уз одговарајуће статистичке методе, одређене су меродавне критеријумске зависности за израчунавање пада притиска, као и коефицијената прелаза топлоте и супстанције, тј. одређени су изрази погодни за инжењерску праксу. Ова докторска дисертација представља наставак истраживања проблема проналажења поуздане прорачунске процедуре за одређивање коефицијената прелаза топлоте, супстанције и трења за широк опсег Рејнолдсових бројева и различите геометријске карактеристике цевних размењивача топлоте са оребрењем који се испитују на Машинском факултету у Београду.

In HVAC&R and process engineering, air coolers are often used in the conditions when ambient air temperatures are very high and significantly higher than the temperatures accepted in the calculations, and hence it is not possible to remove the calculated amount of heat. In these cases, the required heat can be reached if the surrounding air is humidified by spraying water at the entrance to the apparatus, because this lowers the air temperature, so the temperature difference increases, as well as the amount of exchanged heat. The appearance of a layer of moisture on the heat exchanger crucially changes the thermal performance and flow pattern of such apparatus. A more detailed analysis of the available literature shows that the papers which investigate the problem of heat and substance exchange on the surface of the finned heat exchanger with water spraying are not numerous. Hence, the possibility of real application of data available in the literature is questionable when it comes to engineering calculations in exploitation of these apparatus, as well as to recommending relevant methodology for calculating the coefficients of heat and mass transfer in certain conditions. This doctoral dissertation examines different operating regimes of air coolers with finned tubes during their spraying with water at the entrance to the apparatus. Experimental research on the operation of these heat exchangers was conducted on a self-designed installation, which was made and installed within the heating substation of the Faculty of Mechanical Engineering in Belgrade. The deployment of a physical and computational model, based on the simultaneous transport of heat and substance, is important for determining and calculating the relevant operating parameters of heat exchangers. Applying the theory of similarity, along with the appropriate statistical methods, the relevant criteria equations for the calculation of pressure drop were determined, as well as the coefficients of heat and mass transfer, i.e. certain equations suitable for engineering practice. This doctoral dissertation is a continuation of research on the problem of finding a reliable calculation procedure for determining the coefficients of heat and mass transfer and the coefficient of friction for a wide range of Reynolds numbers and different geometric characteristics of tubular heat exchangers with fins that are tested at the Faculty of Mechanical Engineering in Belgrade.