Механизмы генерирования тепла в РИА, результаты испытаний

Здесь приведены выдержки из статьи Промтова М.А. Механизмы генерирования тепла в роторном импульсном аппарате (2114)

Механизмы нагрева

Многоступенчатый теплогенераторРоторные импульсные аппараты (РИА), используемые, в основном, для интенсификации гидромеханических и массообменных процессов, применяются также и как генераторы тепловой энергии [1, 2]. В РИА нагреваемая жидкость подается поддавлением в полость ротора, проходит через отверстия ротора, межцилиндровый зазор, отверстия в статоре и выводится из аппарата через рабочую камеру. При вращении ротора, его отверстия периодически совмещаются с отверстиями в статоре, что вызывает периодические пульсации потока жидкости. В результате этого в жидкости возникают импульсы давления и разрежения, интенсивная кавитация, развитая турбулентность, большие сдвиговые напряжения.

В целом можно выделить два механизма нагрева жидкости в РИА:

    • за счёт кавитации
    • и за счёт мехнического трения.

Более подробно: См.статью Механизмы генерирования тепла в роторном импульсном аппарате (2114)

Нагрев за счёт кавитации

Механизм получения тепловой энергии за счет кавитации основан на её вторичных нелинейных эффектах в жидкости. Акустическая кавитация представляет собой эффективное средство концентрации энергии звуковой волны низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. В момент схлопывания кавитационного пузырька, давление и температура газа достигают значительных величин.

Энергия, сообщаемая жидкости за счет схлопывания кавитационных пузырьков, прямо пропорциональна их количеству. Степень развитости кавитации определяет индекс кавитации, показывающий отношение объема кавитационного облака к общему объему жидкости в активной рабочей зоне [1]. При развитой кавитации значение индекса кавитации стремится к единице.

Нагрев за счёт трения

Вторым механизмом генерирования тепла в РИА является нагрев жидкости за счет трения в зазоре между ротором и статором. Величина теплообразования зависит от количества энергии, диссипируемой в зазоре. При вращении ротора РИА жидкость нагревается за счет диссипации энергии. Определить температуру нагрева жидкости за промежуток времени  можно исходя из теплового баланса.

Количество тепла, переданное жидкости за счет трения в зазоре, равно количеству энергии, диссипируемой в зазоре при вращении ротора. Затраты энергии на вращение ротора можно определить по методикам рассчета, рекомендуемыми авторами работ [4, 5]. При малой величине зазора расход жидкости через зазор mз значительно меньше общего расхода m через РИА. Поэтому в реальных условиях часть жидкости, проходящая через зазор и нагревающаяся в нем, затем смешивается с основным потоком, и поэтому повышение температуры жидкости, прошедшей через зазор, незначительно и зависит от соотношения mз и m.

Результаты испытаний

Для определения коэффициента теплопроизводительности и КПД нами были произведены экспериментальные исследования по нагреву воды в одно-, двух- и четырехступенчатом РИА. Исследования проводились на установке, включающей: РИА, емкость, насос, расходомер, датчики температуры, счетчик электроэнергии. Вода нагнетается в РИА из емкости насосом, затем направляется обратно в емкость. При работе установки контролировались следующие параметры: температура в емкости и на выходе из РИА; давление на входном и выходном патрубке РИА; расход воды; потребляемая мощность. При работе с многоступенчатым РИА, насос не использовался. Многоступенчатый РИА включал в себя две и четыре ступени соответственно. Каждая ступень состоит из лопастного колеса, ротора и статора. Многоступенчатый РИА представляет собой совмещенную конструкцию центробежного насоса и РИА. Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду, все оборудование и трубопроводы были теплоизолированы.

Первая серия экспериментов была произведена на одноступенчатом РИА с водой массой 22кг и 44кг. По результатам экспериментов были получены зависимости температуры воды и потребляемой мощности от времени. Графики зависимостей приведены на рис. 1.

Вторая серия экспериментов по нагреву воды массой 230кг и 340кг проводилась в двухступенчатом РИА. Третья серия экспериментов по нагреву воды массой 250кг и 310кг проводилась в четырехступенчатом РИА. По результатам экспериментов были получены зависимости температуры воды и потребляемой мощности от времени. Графики зависимостей приведены на рис. 2.

Зависимость температуры от времени, 1-ступ. Зависимость температуры от времени, многоступ.

Значения коэффициента теплопроизводительности и КПД

Параметр Одноступенчатый

РИА

Двухступенчатый

РИА

Четырехступенчатый РИА
Масса воды Масса воды Масса воды
22кг 44кг 230кг 340кг 250кг 310кг
Коэф.теплопроизводительности 1,71 1,81 1,75 1,78 1,73 1,60
КПД 0,519 0,652 0,548 0,706 0,547 0,576

Анализ графических зависимостей по нагреву воды в роторных импульсных теплогенераторах показывает, что основным фактором нагрева является кавитация. На это указывает нелинейность кривых роста температуры воды. При увеличении температуры воды растет давление насыщенных паров внутри кавитационных пузырьков, что уменьшает их энергию при сжатии, и, следовательно, интенсивность нагрева.

Результаты испытаний установки опреснения ДЭВА показал, что наилучшие результаты нагрева достигаются при температуре меньше 80ºC.

Более подробно: Механизмы генерирования тепла в роторном импульсном аппарате (2114), Роторный кавитационный теплогенератор (5179)

 

Перейти на страницу \»Гидродинамический теплогенератор РИА-Т\»

Обработка воды

Вода до и после очистки |Water before and after DEWA

Роторно-импульсные аппараты (РИА) обеспечивают дебактеризацию загрязнённой воды, изменяет пространственные структуры цепочек молекул воды (разрывает их), изменяет pH в сторону увеличения (более щелочная),  увеличивает активность воды и т.д. Таким образом, РИА может быть использован в качестве оборудования водоподготовки перед котельными агрегатами, отопительными системами, либо системами дальнейшей очистки воды.

Многократное прохождение воды через РИА (циклически) приводит к её нагреву. Наиболее эффективный нагрев происходит до температуры 76..79°C. Данный эффект использован в комплексе по опресенению воды ДЭВА.

Вода до и после очистки в ДЭВАКомплексы ДЭВА на базе РИА, обеспечивают опреснение воды с солёностью вплоть до 150 г/л, при этом дополнительные системы водоподготовки не требуются. Комплекс ДЭВА является источником дистиллированной воды, которая в дальнейшем может быть использована как для получения питьевой воды, так и использована как дистиллят.

Скачать статью Промтова М.А. Методы и устройства для комплексной кавитационной обработки жидкостей (1621)