Engineering
Градирня
Охладите воду из конденсатора установки: пусть она дождём стекает через ороситель навстречу воздуху, который вентилятор тянет вверх. Меняйте тепловую нагрузку, вентилятор и погоду: вода никогда не становится холоднее температуры мокрого термометра, а в холодный влажный день над градирней поднимается факел тумана.
Что происходит
Секция вентиляторной противоточной градирни размером 3 × 3 м с оросителем высотой 1,2 м охлаждает воду из конденсатора установки. Вода падает через ороситель, а вентилятор тянет сквозь него воздух вверх; в каждом из двенадцати слоёв воздух приближается к состоянию у поверхности воды: его влагосодержание стремится к влагосодержанию насыщения при температуре воды с числом единиц переноса h_d·a·V/q_a (q_a и q_w — массовые расходы воздуха и воды), а температура — к температуре воды, причём число единиц переноса здесь дополнительно умножается на коэффициент Льюиса 0,92. Большая часть тепла уходит на испарение небольшой доли воды; сколько энтальпии получает воздух, столько теряет вода. Воздух, выходящий из слоя пересыщенным, конденсирует избыток влаги в туман. Водосборный бассейн под оросителем смешивает охлаждённую воду со свежей подпиточной водой и возвращает её в конденсатор.
При нагрузке 600 кВт на 15 кг/с воды и воздухе 25 °C и 50 % (температура мокрого термометра 17,9 °C) вода в бассейне устанавливается на 24,2 °C: перепад температур воды — 9,4 К, а недоохлаждение до температуры мокрого термометра — 6,5 К; испаряется 0,22 кг/с — 0,15 % расхода на каждый кельвин перепада. Вдвое большая нагрузка поднимает температуру в бассейне до 27,1 °C. Более сухой воздух охлаждает сильнее: при влажности 15 % температура воды на выходе из оросителя падает с 25,5 до 23,0 °C, а при вдвое меньшем расходе воздуха поднимается до 29,3 °C. В холодный влажный день при 5 °C и 80 % воздух выходит при 22,4 °C насыщенным и несёт 1,07 г тумана на килограмм — это и есть факел; вода в бассейне устанавливается на 16,1 °C.
Модель: двенадцать слоёв в противотоке, решение методом стрельбы снизу; давление насыщения по формуле Бака; постоянный коэффициент Льюиса; коэффициент переноса 1,8·q_w^0,4·q_a^0,6; бассейн с 4 т воды — один идеально перемешанный объём; мощность вентилятора пропорциональна кубу его скорости; RK4 с шагом 1 с.
Что попробовать
Дождитесь, пока температура в бассейне установится, затем удвойте тепловую нагрузку или сбавьте обороты вентилятора и следите за недоохлаждением. Сделайте воздух сухим, а потом холодным и влажным: появится факел тумана.
Уравнения модуля
Уравнения w_out = w_s(T_w) − (w_s(T_w) − w)·e^(−NTU) T_out = T_w − (T_w − T_a)·e^(−Le·NTU) h = 1006·t + w·(2.501·10⁶ + 1860·t) q_w·c·ΔT_w = q_a·Δh
