1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
В [1] обозначены пути повышения эффективности теплообмена в криогенных газификаторах атмосферного типа. В частности, экспериментальной проверке в первую очередь подлежат методы особой компоновки панелей и различного рода покрытия газификационных панелей.
Теоретический прогноз по оценке влияния схем компоновок и различного рода покрытий газификационных панелей малоэффективен из-за сложности протекающих процессов. В обоих вариантах интенсификации теплообмена имеются механизмы противодействия, которые трудно поддаются теоретическому анализу.
С учетом изложенного, целью экспериментального исследования является:
получение тепломассообменных характеристик газификационной секции, составленной из выпускаемых промышленностью теплообменных панелей;
сопоставление и оценка эффективности процесса газификации различных схем включения панелей и приемов интенсификации наружного теплообмена;
изучение влияния на ведение процесса газификации конструктивных и климатологических факторов окружающей среды.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД
 |
Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки
|
|
Общий вид экспериментальной установки и ее схема приведены на рис. 1 и 2, соответственно.
Установка включает газификационную секцию, состоящую из шести теплообменных панелей, укрепленных в каркасе из профильного уголка 2. Заданный шаг между панелями 1 фиксируется с помощью крепежных растяжек. В верхней и нижней части теплообменной секции расположены коллекторные трубы 3, соединенные с газификационными панелями посредством гибких шлангов 4.
Поток газифицируемого продукта пропускали через газовый счетчик 5, установленный на трубе, выхода потока из газификацинной секции. После подогревателя 6, представляющего собой водяную ванну с погруженным туда змеевиком, на трубе сброса установлен регулировочный вентиль 7, обеспечивающий стабилизацию расходного режима и заданный уровень давления газификации при малых производительностях.
Подача жидкого криопродукта осуществляется от стационарного резервуара-хранилища 8.
Рис. 2. Схема экспериментального стенда
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Метрологическое обеспечение стенда.
Основными контролируемыми параметрами на схеме стенда являются температура, давление, расход, влажность воздуха.
Температуру окружающего воздуха и воды в ванне измеряли с помощью ртутных термометров с ценой деления 0,1 °С. Температуру стенки панели и потока на выходе из газификационной секции измеряли медь-константановыми термометрами, которые подключали к электронному автоматическому потенциометру, позволяющему вести непрерывное считывание показаний в течение опыта. Расход воздуха измеряли с помощью счетчика ротационного действия. Давление газифицируемого продукта контролировали по техническому манометру, входящему в пульт управления резервуара-хранилища.
Кроме того, измеряли толщину слоя криоосадка (метрический глубиномер), влажность воздуха (сухой и мокрый термометры), давление воздуха (барометр-анероид).
Последовательность и условия проведения испытаний.
Подготовка к началу испытаний заключалась в установке газификационных панелей согласно схеме испытаний и фиксации заданного шага между ними. Далее, установив заданное давление газификации в резервуаре, подавали сжиженный азот в газификационную секцию.
В процессе газификации через каждые 15 мин измеряли и записывали следующие параметры:
расход паров газифицируемого продукта по расходомеру;
температуру воздуха (термометром);
температуру потока на выходе из газификационной секции (термопарой);
температуру стенки газификационной панели (термопарой);
влажность воздуха (сухим и мокрым термометрами);
барометрическое давление воздуха;
толщину слоя инея;
температуру воды в водяной ванне (термометром).
Стабилизацию температуры воды в водяной ванне осуществляли методом слива-налива. В течение опыта проводили визуальные наблюдения за процессом формирования криоосадка. Опыты проводили на открытом воздухе на территории хоздвора института (МГУПБ, Москва).
Схемы компоновки газификационных панелей в условиях опытов.
Испытанию подлежали три схемы включения газификационных панелей:
параллельное включение (рис. 3, а),
двухходовое включение (рис. 3, 6) и
схема чередования панелей с прямоточным направлением движения воздуха и газифицируемого криопродукта (рис. 3, в).
Рис. 3. Схемы компоновки газификационных панелей
Параллельное включение предусматривает прохождение потоком всех газификационных панелей одновременно снизу вверх, сбор паров в верхнем коллекторе и выпуск их через змеевиковый подогреватель и счетчик в атмосферу.
Двухходовое включение связано с делением всей теплообменной секции, точнее ее панелей, на две равные части, каждую из которых поток проходит последовательно. Таким образом, первая часть секции является холодной, вторая - теплой. В этом случае массовая скорость газифицируемого продукта в каждой панели возрастает в 2 раза.
Схема чередования панелей устанавливает последовательность размещения (встраивания) газификационных панелей таким образом, что одна "теплая" панель находится между двумя холодными. Как и в предыдущей схеме, массовый расход газифицируемого продукта через каждую панель будет примерно в 2 раза выше, чем в варианте параллельного включения.
Сравнение эффективности схем газификации проводится по значению величины недорекуперации на теплом конце испытательной секции. При прочих равных условиях наименьшая величина недорекуперации будет отвечать наиболее эффективной схеме газификации.
Литература:
1. Вакуумно-испарительные холодильные установки, теплообменники и газификаторы техники низких температур. /Маринюк Б.Т./ М.: Энергоатомиздат, 2003. - 208 с.: ил.
