Водовоздушное аэрозольное охлаждение рядов из цилиндрических элементов в прямоугольном канале

Развитие как тепловой, так и ядерной энергетики в XXI веке привело к значительному увеличению потребности электростанций, работающих по термодинамическому циклу Ренкина, в водных ресурсах для отвода низкопотенциальной теплоты в окружающую среду. Основу современных технологий охлаждения конденсаторов паровых турбин составляют испарительные системы (градирни, брызгальные бассейны, прудыохладители). Испаряющаяся в этих системах в значительных объемах вода требует постоянного восполнения из имеющихся на территории водных источников, а пары воды в зоне размещения электростанций создают повышенную влажность атмосферного воздуха и дополнительные условия для парникового эффекта. Разработка технологий охлаждения с малым потреблением водных ресурсов является важной задачей современной энергетики.

Проведены экспериментальные исследования теплообмена цилиндрических элементов с шахматной компоновкой в прямоугольном канале с мелкодисперсным водным аэрозольным потоком. Получены значения коэффициентов теплоотдачи в зависимости от числа Рейнольдса, степени увлажнения потока для каждого ряда цилиндров. Предложена физическая модель обтекания поверхностей цилиндрических элементов потоком, содержащим аэрозольные частицы воды. Модель позволяет оценить осаждение этих частиц на нагретой поверхности. Произведена оценка относительной массы капельной влаги, оседающей на поверхности цилиндров, в зависимости от плотности орошения для первого, второго и третьего рядов. Получено критериальное уравнение, обобщающее экспериментальные данные в виде зависимости числа Нуссельта от режимных параметров (чисел Рейнольдса и Вебера) и положения элементов в канале. Показано, что микрокапельное увлажнение воздушного потока позволяет повысить эффективность теплообменника в 1,5–3,5 раза. Наибольшее повышение эффективности происходит на двух первых рядах труб, что требует создания конструкции малорядного теплообменника или дополнительного микрокапельного промежуточного ввода воды перед последующими рядами по направлению движения воздушного потока.

1. Chen, G. The efficiency of high-level water collecting cooling tower with the installation of cross wall affect by the evolution of aerodynamic field / G. Chen [et al.] // Applied Thermal Engineering. – 2019. – Vol. 161. – P. 114181.

2. Cortinovis, G.F. A systemic approach for optimal cooling tower operation / G.F. Cortinovis [et al.] // Energy Convers. Manage. – 2009. – Vol. 50. – P. 2200–2209.

3. Sturman, A. Predicting the frequency of occurrence of visible water vapour plumes at proposed industrial sites / A. Sturman, P. Zawar-Reza // Atmospheric Environment. – 2011. – Vol. 45. – Iss. 12. – P. 2103–2109.

4. Мильман, О.О. Воздушно-конденсационные установки / О.О. Мильман, В.А. Федоров. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 208 с.

5. Болдырев, В.М. Похоже, альтернатив для сухих градирен нет / В.М. Болдырев // Росэнергоатом РЭА. – 2008. – № 6. – С. 6–9.

6. Еперин, А.П. О проблеме охлаждения технической воды атомных электрических станций / А.П. Еперин // Биосфера. – 2011. – Т. 3. – № 1. – С. 38–40.

7. Мильман О.О., Ананьев П.А. Сухие градирни и воздушно-конденсационные установки: (обзор) / О.О. Мильман, П.А. Ананьев // Теплоэнергетика. – 2016. – № 3. – С. 3 –14.

8. Kong, Y.Q. Wind leading to improve cooling performance of natural draft air-cooled condenser / Y.Q. Kong [et al.] // Appl. Therm. Eng. – 2018. – Vol. 136. – P. 63–83.

9. Conradie, A. Performance evaluation of drycooling systems for power plant applications / A. Conradie, D. Kröger // Applied Thermal Engineering. – 1996. – Vol. 16. – Iss. 3. – P. 219–232.

10. Wei, H.M. Entransy dissipation based optimization of a large-scale dry cooling system / H.M. Wei [et al.] // Appl. Therm. Eng. – 2017. – Vol. 125. – P. 254–265.

11. Ma, H. Effects of ambient temperature and crosswind on thermo-flow performance of the tower under energy balance of the indirect dry cooling system / H. Ma [et al.] // Appl. Therm. Eng. – 2015. – Vol.78. – P. 90–100.

12. Abed, A.H. Experimental investigation of hydrodynamics and heat transfer of sphere cooling using air/water mist two phase flow / A.H. Abed, S.E. Scheklein, V.M. Pakhaluev // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 552. – P. 012001.

13. Жукаускас, А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке жидкости / А. Жукаускас. – Монография. Вильнюс: Минтис, 1968. – 191 с.

14. Домбровский, Л.А. Инерционное осаждение частиц из газодисперсного потока в окрестности точки торможения / Л.А. Домбровский // ТВТ. –1986. – Т. 24. – Вып. 3. – C. 558–563.

15. Моренко, В. Влияние турбулентности потока вязкой жидкости на гидродинамические характеристики и теплообмен обтекаемых тел / В. Моренко, В.Л. Федяев // Проблемы энергетики. – 2010. – № 7– 8. – С. 558–563.

16. Абед А.Х., Щеклеин С.Е., Пахалуев В.М. Интенсификация теплообмена воздушных теплообменников аварийного расхолаживания и сухих градирен АЭС с использованием водовоздушного аэрозоля (тумана) / А.Х. Абед, С.Е. Щеклеин, В.М. Пахалуев // Известия вузов Ядерная энергетика. – 2019. – Т. 3. – С. 16–27.