空冷機組噴霧增濕霧滴蒸發(fā)的分析與研究

近年來，為解決直接空冷機組在夏季高溫季節(jié)普遍存在出力受限，不能滿發(fā)的問題，很多國內(nèi)已投運的直接空冷機組在空冷凝汽器入口加裝了噴霧增濕裝置（噴濕裝置），見圖1。

其工作原理如下：水經(jīng)過噴嘴霧化形成一定粒徑的霧滴，霧滴在運動過程中與空氣充分混合并迅速蒸發(fā).由于水的汽化潛熱較大，水蒸發(fā)時會大量吸收空氣中的熱量，從而降低空氣的干球溫度。然后，將降溫后的濕空氣送到空冷散熱器，以提高空冷島的換熱量。在該系統(tǒng)中，噴嘴的布置高度，布置角度對該裝置的效率影響非常大。所以，研究霧滴的蒸發(fā)與傳熱是進一步研究噴霧增濕系統(tǒng)的重要基礎。

一、霧滴在靜止環(huán)境下的蒸發(fā)和傳熱分析

霧化水滴在空冷單元內(nèi)的蒸發(fā)過程是非常復雜的物理過程。它涉及到動量、熱量和質(zhì)量的傳遞以及輸運等復雜過程，水霧是由很多不同粒徑的離散小霧滴群所構(gòu)成的，由于氣流的湍流脈動而引起的不規(guī)則運動有可能使很多小水滴相互碰撞聚并成較大水滴。這個過程目前尚無法給出定量的數(shù)學描述。所以要精確地分析水滴的蒸發(fā)過程，必須忽略霧滴之間的聚并和相互作用，然后根據(jù)動量、熱量和質(zhì)量傳遞和輸運的基本原理，結(jié)合適當?shù)亩嘞嗔鲃幽Ｐ?，建立起氣體和霧滴群運動動量方程、氣體和霧滴群之間熱量傳遞的能量方程、霧滴蒸發(fā)的質(zhì)量傳遞的組分守恒方程，最后聯(lián)合求解。

二、強迫對流時霧滴與高溫環(huán)境的蒸發(fā)及傳熱分析

在實際滅火場景中，細水霧從噴嘴噴出后與高溫環(huán)境存在著相對運動，該過程為強迫對流過程，相對速度的存在對霧滴的蒸發(fā)將產(chǎn)生影響，這時液滴周圍不再是球?qū)ΨQ的Stefen，因而，不能再簡單地利用球?qū)ΨQ物理模型。于是，工程上采用“折算薄膜”理論來計算。人為地把問題分成兩步：第一步，先不考慮蒸發(fā)過程。把水滴看作是只和氣流有對流換熱的固球，并把這一對流換熱轉(zhuǎn)換為假想的考值固球的導熱過程；第二步，不考慮對流的存在，只考慮這個假想的有分子導熱和擴散的球?qū)觾?nèi)的蒸發(fā)，從而最后找到蒸發(fā)速率的計算公式。

三、強迫對流時霧滴群的蒸發(fā)及傳熱分析

在實際空冷單元內(nèi)部，高壓水經(jīng)霧化后形成的是液霧，而液霧是由很多不同粒徑的水滴組成的水滴群水滴在蒸發(fā)過程中氣體流度不斷變化，而且在氣流場中水滴的濃度（單位體積中水滴的數(shù)量）分布也不可能很均勻，在噴嘴出口的局部區(qū)域內(nèi)氣流溫度過低，空冷單元內(nèi)氣流速度分布不均而可能存在渦流。這些因素均會導致局部區(qū)域水滴濃度過高的問題。由于無法精確定量上述因素的影響，所以空冷單元內(nèi)霧滴群的蒸發(fā)時間的計算只能根據(jù)經(jīng)驗或?qū)嶋H測試的結(jié)果進行綜合估計。一般蒸發(fā)時間是單顆霧滴在強迫氣流中蒸發(fā)時間的3～5倍。在實際生產(chǎn)過程中空冷單元內(nèi)會出現(xiàn)淋水問題，這主要是由于霧化水滴濃度分布不均、局部區(qū)域過冷或者是小霧滴聚并形成較大水滴而使蒸發(fā)時間延長。所以應該采用小流量多噴頭的布置方式，以及在氣流進口處加裝均流板等措施，對于強化空冷單元內(nèi)增濕效果具有非常重要的作用。

四、結(jié)語

（1）采用“折算薄膜直徑”的方法處理水滴與氣流之間有相對運動的蒸發(fā)過程，對于解決復雜的蒸發(fā)過程具有簡單方便等優(yōu)點。對于工程應用來說精度是可以保證的。（2）強迫對流環(huán)境中霧滴蒸發(fā)所用時間比同溫度下靜態(tài)環(huán)境中的生存時間短，這是因為霧滴在高溫環(huán)境中運動，強化了換熱，加速了霧滴的蒸發(fā)，但計算過程中由于霧滴濃度分布不均、局部區(qū)域過冷或小霧滴聚并形成大水滴等原因，會引起誤差，必須加以修正。（3）本文推得的計算霧滴蒸發(fā)時間的公式，可以用來近似估算空冷單元內(nèi)水滴的蒸發(fā)時間。（4）在已知霧滴直徑，氣流溫度，霧滴溫度等條件下，可以求得霧滴的生存時間，為噴嘴布置高度，布置角度的選取，提供一定的理論依據(jù)。

參 考 文 獻

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