Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті
Отримані значення коефіцієнтів тепловіддачі від теплоносія (вуглекислий газ) до плівки рідини для діапазону швидкостей 9,3...12,5 м/с в каналі роторно-дискового плівкового випарного апарату. Получены значения коэффициентов теплоотдачи от теплоносителя (углекислый газ) к пленке жидкости для диапазона...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2015
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142229 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті / О.М. Ободович, Л.І. Ружинська, С.І. Костик, Н.М. Булах // Промышленная теплотехника. — 2015. — Т. 37, № 6. — С. 22-28. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142229 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Ободович, О.М. Ружинська, Л.І. Костик, С.І. Булах, Н.М. 2018-09-30T15:32:07Z 2018-09-30T15:32:07Z 2015 Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті / О.М. Ободович, Л.І. Ружинська, С.І. Костик, Н.М. Булах // Промышленная теплотехника. — 2015. — Т. 37, № 6. — С. 22-28. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 0204-3602 DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.6.2015.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142229 66.047 Отримані значення коефіцієнтів тепловіддачі від теплоносія (вуглекислий газ) до плівки рідини для діапазону швидкостей 9,3...12,5 м/с в каналі роторно-дискового плівкового випарного апарату. Получены значения коэффициентов теплоотдачи от теплоносителя (углекислый газ) к пленке жидкости для диапазона скоростей 9,3...12,5 м/с в канале роторно-дискового пленочного испарительного аппарата. Heat emission factors from carbonic acid gas to liquid for gas speed about 9,3...12,5 m/s in the rotary-disk tape evaporative apparatus canal. uk Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные аппараты Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті Features of heat forced convection in a rotor-disc film evaporator Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті |
| spellingShingle |
Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті Ободович, О.М. Ружинська, Л.І. Костик, С.І. Булах, Н.М. Тепло- и массообменные аппараты |
| title_short |
Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті |
| title_full |
Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті |
| title_fullStr |
Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті |
| title_full_unstemmed |
Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті |
| title_sort |
особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті |
| author |
Ободович, О.М. Ружинська, Л.І. Костик, С.І. Булах, Н.М. |
| author_facet |
Ободович, О.М. Ружинська, Л.І. Костик, С.І. Булах, Н.М. |
| topic |
Тепло- и массообменные аппараты |
| topic_facet |
Тепло- и массообменные аппараты |
| publishDate |
2015 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Features of heat forced convection in a rotor-disc film evaporator |
| description |
Отримані значення коефіцієнтів тепловіддачі від теплоносія (вуглекислий газ) до плівки рідини для діапазону швидкостей 9,3...12,5 м/с в каналі роторно-дискового плівкового випарного апарату.
Получены значения коэффициентов теплоотдачи от теплоносителя (углекислый газ) к пленке жидкости для диапазона скоростей 9,3...12,5 м/с в канале роторно-дискового пленочного испарительного аппарата.
Heat emission factors from carbonic acid gas to liquid for gas speed about 9,3...12,5 m/s in the rotary-disk tape evaporative apparatus canal.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142229 |
| citation_txt |
Особливості тепловіддачі при вимушеній конвекції в роторно-дисковому плівковому випарному апараті / О.М. Ободович, Л.І. Ружинська, С.І. Костик, Н.М. Булах // Промышленная теплотехника. — 2015. — Т. 37, № 6. — С. 22-28. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT obodovičom osoblivostíteplovíddačíprivimušeníikonvekcíívrotornodiskovomuplívkovomuviparnomuaparatí AT ružinsʹkalí osoblivostíteplovíddačíprivimušeníikonvekcíívrotornodiskovomuplívkovomuviparnomuaparatí AT kostiksí osoblivostíteplovíddačíprivimušeníikonvekcíívrotornodiskovomuplívkovomuviparnomuaparatí AT bulahnm osoblivostíteplovíddačíprivimušeníikonvekcíívrotornodiskovomuplívkovomuviparnomuaparatí AT obodovičom featuresofheatforcedconvectioninarotordiscfilmevaporator AT ružinsʹkalí featuresofheatforcedconvectioninarotordiscfilmevaporator AT kostiksí featuresofheatforcedconvectioninarotordiscfilmevaporator AT bulahnm featuresofheatforcedconvectioninarotordiscfilmevaporator |
| first_indexed |
2025-11-25T22:26:20Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:26:20Z |
| _version_ |
1850563410445467648 |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №622
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
УДК 66.047
ОСОБЛИВОСТІ ТЕПЛОВІДДАЧІ ПРИ ВИМУШЕНІЙ КОНВЕКЦІЇ В
РОТОРНО-ДИСКОВОМУ ПЛІВКОВОМУ ВИПАРНОМУ АПАРАТІ
Ободович О.М.1, док. техн. наук, Ружинська Л.І.2, канд. техн. наук, Костик С.І.1,2, канд. техн. наук,
Булах Н.М.2
1 Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. Желябова, 2а, Київ, 03680, Украина
2 Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», просп. Перемо-
ги, 37, корпус 4, Київ, 03056, Украина
Отримані значення коефіцієн-
тів тепловіддачі від теплоносія
(вуглекислий газ) до плівки рідини
для діапазону швидкостей 9,3...12,5
м/с в каналі роторно-дискового
плівкового випарного апарату.
Запропоноване модифіковане
критеріальне рівняння тепловіддачі
при вимушеній конвекції для
роторно-дискового плівкового ви-
парного апарату, яке може бути ви-
користано для підвищення точності
інженерних розрахунків параметрів
тепловіддачі тепломасообмінного
обладнання.
Получены значения коэффици-
энтов теплоотдачи от теплоносителя
(углекислый газ) к пленке жидкости
для диапазона скоростей 9,3...12,5
м/с в канале роторно-дискового
пленочного испарительного ап-
парата.
Предложено модифициро-
ванное критериальное уравнения
теплоотдачи при вынужденной кон-
векции для роторно-дискового пле-
ночного выпарного аппарата, кото-
рое может быть использовано для
повышения точности инженерных
расчетов параметров теплоотдачи
тепломассообменного оборудова-
ния.
Heat emission factors from
carbonic acid gas to liquid for gas
speed about 9,3...12,5 m/s in the
rotary-disk tape evaporative apparatus
canal.
The modified criterion equation
of heat transfer in forced convection
rotary disc film evaporator, which
can be used to improve the accuracy
of engineering calculations of heat
and mass transfer parameters of heat
transfer equipment.
Бібл. 8, рис. 7.
Ключові слова: тепловіддача, вимушена конвекція, роторно-дисковий плівковий випарний апарат,
тепломасообмін.
В основу досліджень поставлена задача роз-
рахунку коефіцієнтів критеріальних рівнянь
Нуссельта для установки, яка призначена для
концентрування термолабільних матеріалів,
основним апаратом якої є роторно-дисковий
плівковий випарний апарат (РДПВА), зображе-
ний на рис. 1.
Розміщені на валу апарату диски приво-
дяться в обертовий рух за допомогою приводу.
Нижня частина дисків, занурена в об’єм розчи-
ну, що концентрується, при обертанні захоплює
частину рідини (плівку) і виносить її в зону кон-
такту з теплоносієм. Вважаємо, що в процесі
теплообміну вся кількість тепла йде на процес
випарювання вологи з плівки, при цьому поверх-
ня диску не нагрівається.
Для здійснення необхідних процесів
тепломасообміну газоподібний теплоносій
направляється в канали, що утворюються між
паралельно розташованими дисками. Теплоносій
напрямляється в бік протилежний до обертання
дисків, що сприяє інтенсифікації теплообмінних
процесів.
Пройшовши зону контакту з теплоносієм,
диски знову занурюються в об’єм. При цьому
зневоднена плівка рідини на диску розчиняється
і переходить в робочий об’єм [1, 2]. Основний
процес, що відбувається в даному апараті, – про-
цес теплообміну, а конкретно – тепловіддачі від
гарячого теплоносія до плівки рідини.
При розрахунках випарників тако-
го типу виникає необхідність використання
критеріальних рівнянь Нуссельта. Для цього
існує безліч довідників та рівнянь для кожного
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №6 23
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
конкретного випадку. Недоліком цих розрахунків
є емпіричний спосіб отримання рівнянь Нус-
сельта та їх узагальнюючий характер, оскільки
дані рівняння є досить наближеними. Через
нагнітання гарячого повітря за допомогою вен-
тилятора в апараті має місце режим вимушеної
конвекції.
Рис. 1. Схема роторно-дискового плівкового випарного апарата.
Мета дослідження: уточнення коефіцієнтів
C і n для режиму вимушеної конвекції в каналі
роторно-дискового плівкового випарного апарату.
На реальному РДПВА були проведені
дослідження. У якості модельної рідини була
обрана вода, у якості теплоносія – двоокис
вуглецю. На критерій Нуссельта досить вагомий
вплив має число Рейнольдса, яке характеризує
режим руху теплоносія в каналі і переважно
залежить від його швидкості.
При роботі на експериментальному
стенді було встановлено, що швидкість по-
току теплоносія, в залежності від положення
заслінки φ, лежить в межах від 9,3 до 12,5 м/с,
при цьому об’ємна витрата теплоносія складає
від 0,0372 до 0,0484 м3/с (рис. 2).
Рис. 2. Характеристики потоку теплоносія: 1– швидкість потоку теплоносія в каналі, м/c;
2 – витрата теплоносія в каналі, м3/c.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №624
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Проведені дослідження на стенді показа-
ли, що при температурі теплоносія 80 оС, тем-
пература розчину, що концентрується, стано-
вить 30...35 оС і швидкості потоку теплоносія
10...12 м/с, при площі поверхні тепломасо-
обміну 0,22 м2, кількість випареної вологи за
одиницю часу складає 1150 мл/год (рис. 3),
а кількість затраченої теплової енергії на
процес випарювання складає 16200 кДж
(3869 ккал).
Рис. 3. Продуктивність установки по випареній волозі, мл/хв.
Виходячи з даних, які були підтверджені
математичним моделюванням і експеримен-
тальними дослідженнями, приймаємо наступні
вихідні параметри:
продуктивність, Gвип.в. – 1,5 кг/год;
температура теплоносія на вході в зону випарю-
вання, t/
m – 80 oC;
температура теплоносія на виході з зони випа-
рювання, t//
m – 60 oC;
температура розчину в апараті, tкр – 35 oC;
температура культурального розчину, який пода-
ється на концентрування, tкр – 15 oC.
Оскільки процес випарювання відбувається
при температурі 80 оС, значення необхідних для
розрахунків величин при цій температурі для
вуглекислого газу рівні: ρCO2
= 1,97 кг/м3;
μСО2 = 1716∙10-8 Па∙с; λСО2 = 0,0204 Вт/м∙К [3].
При температурі стінки 35 оС, тобто в
пристінному до дисків шарі вуглекислого газу,
значення необхідних для розрахунків величин
рівні: ρCO2
= 1,97 кг/м3; μСО2 = 1534∙10-8 Па∙с; λСО2 =
= 0,0176 Вт/м∙К [3].
Кількість тепла, яка необхідна для процесу
концентрування[4]:
год
кДжtсGrGQ рввипввип .... , (1)
де Qвип.в. – необхідна кількість тепла на концен-
трування;
Gвип.в.– кількість випареної вологи в процесі кон-
центрування, кг/год;
r – питома теплота пароутворення при середній
температурі, r = 2430 кДж/кг;
Gp – кількість розчину, яка передається на кон-
центрування, Gp =2,5 кг/год;
с – теплоємність розчину, що концентрується, с =
= 3,927 кДж/кг∙оС;
Δt – різниця температур розчину, що концентру-
ється:
Δt = tкр- t/
кр= 35-15 = 20 оС. (2)
Кількість випареної вологи змінюється від
1,1 до 1,5 л/год. в залежності від зміни швидкості
теплоносія від 9,3 до 12,5 м/с, що в свою чергу
змінює коефіцієнт тепловіддачі.
Тепломасообмінна поверхня однієї дискової
насадки, при діаметрі D = 0,2 м становить ƒ=
= 0,0314 м2.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №6 25
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Реальна поверхня теплообміну при кількості
дискових насадок, зібраних в роторі n = 7 шт, –
Fреал = 0,22 м2.
Коефіцієнт тепловіддачі визначається за фор-
мулою:
α = Qвип.в./FΔt. (3)
Розраховані значення коефіцієнту тепло-
віддачі при різних швидкостях потоку тепло-
носія наведені на графіку (рис. 4).
Рис. 4. Залежність коефіцієнта тепловіддачі від швидкості потоку теплоносія.
Критерій Нуссельта:
n эdNu
. (4)
Критерій Рейнольдса:
Re n эd
, (5)
де dЭ – еквівалентний діаметр каналу для
підведення теплоносія, dЭ = 4S/П = 0,06 м.
Критерій Прандтля:
Pr .c
(6)
Рис. 5. Залежність експериментальних значень критерію Нусельта від числа Рейнольдса.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №626
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Оскільки Re > 10000, то маємо турбулент-
ний рух в каналі. Існує критеріальне рівняння
тепловіддачі при турбулентному русі газу в тру-
бах [4, 5]: 0,25
0,8 0,43 Pr0,021Re Pr .
Prст
Nu
(7)
Оскільки дані для розрахунку критерія Нус-
сельта за цим рівнянням відомі, проведемо дані
розрахунки та визначимо за їх допомогою зна-
чення коефіцієнту тепловіддачі:
n
э
Nu
d
. (8)
Визначені таким чином коефіцієнти
тепловіддачі в діапазоні швидкостей теплоносія
9,3...12,5 м/с наведені на рисунку 6.
Рис. 6. Залежність коефіцієнта тепловіддачі від швидкості потоку теплоносія.
Виходячи з отриманих даних, можна зроби-
ти висновок, що дане критеріальне рівняння не
адекватно описує процес тепловіддачі в РДПВА.
Коефіцієнт n критеріального рівняння Нуссель-
та відповідає за ступінь турбулізації потоку.
Оскільки значення критерію Рейнольдса знач-
но перевищує межу турбулентності було прий-
нято рішення про уточнення коефіцієнтів С і n.
Модифіковане критеріальне рівняння набуває
вигляду:
0,25
0,91 0,43 Pr0,05Re Pr .
Prст
Nu
(9)
Дані, отримані при розрахунках коефі-
цієнту тепловіддачі за останнім рівнянням,
зображені на рисунку 7.
Рис. 7. Залежність коефіцієнта тепловіддачі від швидкості потоку теплоносія,
розраховані за модифікованим критеріальним рівнянням.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №6 27
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Похибка між експериментальними та теоре-
тичними значеннями складає менше 4 %, що є
достатньо хорошим показником.
Висновки
Експерименти показують, що в роторно-
дискових випарних апаратах для підвищення
ефективності тепловіддачі, теплоносій
доцільно подавати зі швидкістю від 9 до
12,5 м/с. Оскільки критеріальні рівняння для
розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі дисків, що
повільно обертаються, відсутні, проведені експе-
рименти дозволили встановити залежність між
коефіцієнтом тепловіддачі α і подачі теплоносія
в даному діапазоні швидкостей ω.
Визначено уточнюючі коефіцієнти
критеріального рівняння Нуссельта для
вимушеної конвекції в каналі роторно-
дискового плівкового випарного апарату.
Уточнюючі коефіцієнти, введені для конкрет-
ного апарату, підвищують точність інженерних
розрахунків параметрів тепловіддачі та мо-
жуть бути використані при проектуванні
тепломасообмінного обладнання для підвищення
його ефективності роботи.
ЛІТЕРАТУРА
1. Костик С. И. Исследование технических и
теплофизических характеристик универсального
сушильного стенда по обезвоживанию термола-
бильных материалов/ С. И. Костик, А. Н. Ободо-
вич // Молодой ученый. – 2014. – №4. – С. 195–
198.
2. Ободович О. М. Розрахунок теплових та
енергетичних потоків роторно-дискового випар-
ного апарата для зневоднення термолабільних
матеріалів/ О. М. Ободович, С. І. Костик // Меж-
дународный научно-производственный журнал
«Керамика: наука и жизнь» – 2014, 2/23 – С.4–13.
3. Варгафтик Н. Б. Справочник по тепло-
физическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б.
Варгафтик. – М.: Наука, 1972. – 720 с.
4. Лебедев П. Д. Расчет и проектирование су-
шильных установок / П. Д. Лебедев // М.– Л.: Го-
сэнергоиздат, 1963. – 320 c.
5. Уонг Х. Основные формулы и данные по те-
плообмену для инженеров / Х. Уонг – М.: Атом-
издат, 1979. – 216 c.
6. Бухмиров В. В. Расчет коэффициента кон-
вективной теплоотдачи (основные критериаль-
ные уравнения) / В. В. Бухмиров // Иваново:
Государственный энергетический университет,
2007. – 39 c.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №628
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
FEATURES OF HEAT FORCED
CONVECTION IN A ROTOR-DISC FILM
EVAPORATOR
Obodovich A.N.1, Ruzhinskaya L.I.2, Kostyk S.I.1, 2
1Institute of Engineering Thermophysics of the
National Academy of Sciences of Ukraine, vul.
Zhelyabova, 2a, Kyiv, 03680, Ukraine
2National Technical University of Ukraine "KPI",
ave. Pobedu, 37, building 4, Kyiv, 03056, Ukraine
Heat emission factors from carbonic acid gas to liquid
for gas speed about 9,3...12,5 m/s in the rotary-disk
tape evaporative apparatus canal.
The modified criterion equation of heat transfer in
forced convection rotary disc film evaporator, which
can be used to improve the accuracy of engineering
calculations of heat and mass transfer parameters of
heat transfer equipment.
Key words: heat transfer, forced convection, rotary-
disc film evaporator, heat and mass transfer.
1. Kostik S. I. Investigation of the technical
characteristics and thermal drying universal stand
by dehydration termolabile materials / S.I. Kostik,
A.N. Obodovich // Young scientist. – 2014. – №4. –
Р. 195–198. (Rus.)
2. Obodovich O. M. Calculation of heat and
energy flows of disk rotor-evaporator for dehydration
thermally labile materials / O. M. Obodovich, S. I.
Kostik // International scientific journal "Ceramics:
Science and Life" – 2014, 2/23 – Р.4 – 13. (Ukr.)
3. Vargaftik N. B. Handbook on thermophysical
properties of gases and liquids / N.B. Vargaftik // M.:
Nauka, 1972. – 720 р. (Rus.)
4. Lebedev P. D. Calculation and designing of
dryers / P. D. Lebedev // M.— L.: Gosenergoizdat,
1963. – 320 р. (Rus.)
5. Uong H. The basic formulas and data on heat
transfer for engineers / H. Uong - M.: Atomizdat,
1979. – 216 р. (Rus.)
6. Buhmirov V. V. Calculation of the convective
heat transfer (basic criteria equations) / V. V.
Buhmirov // Ivanovo: State Power University, 2007.
– 39 р. (Rus.)
Получено16.05.2015
Received 16.05.2015
|