Цель исследования
На основе литературного обзора контактных аппаратов для тепловлажностной обработки воздуха определим основные направления по совершенствованию их конструктивного исполнения.
Установки СВК могутсодержатьследующиеосновные блоки: фильтры, смесительные камеры, узлы утилизации теплоты, секции тепловлажностной обработки воздуха и др. Универсальным основным элементом является узел тепловлажностной обработки воздуха. Этотепломассообменное устройствоповерхностного или контактного типа. Конструктивное исполнение контактного узлаоказывает большое влияние на энергопотребление. Классификация контактных аппаратов подробно рассмотрена в работе[1]. Наибольшее применение в СКВ получили аппараты контактного типа:камеры форсуночногораспыления и аппараты с орошаемой насадкой (камеры сотового орошения).
Рассмотрим контактные аппараты с орошаемой насадкой (рис.1). В качестве насадочных тел (рис.1а) применяются древесная и металлическая стружка, кольцевая насадка (кольца Рашига, Берля, Палля), керамзит, а также различные пористые материалы. Свободная укладка материала, как правило, применяется в орошаемых насадках высотой до 0,4 м. При увеличении высоты наблюдается проседание смоченного материала в слое и ухудшение эффективности адиабатного увлажнения воздушной среды. Это отсутствует в контактных аппаратах с орошаемой насадкой из гигроскопичного материала,уложенного и связанного в пакет при постоянной форме каналов, например из склеенных листов гофрированного тонкого картона, предварительно пропитанного специальными растворами, которые предотвращают процесс биологического разложения (гниения) (рис.1б).Благодаря применению гигроскопичного материала в орошаемых слоях удаётся получить высокую эффективность процессов адиабатного увлажнения воздушного потока при малых коэффициентах орошения. Вода на орошение материала насадки подаётся через перфорированные лотки (поддон), расположенные сверху.Требуемое давление в водяном контуре при работе насоса определяется, главным образом, высотой подъёма воды к оросительным устройствам.
Рис. 1.Схема контактных аппаратов с насадкой:
а – насыпная насадка; б – насадка из гигроскопичного материала;
1 – верхний поддон; 2 – шаровая/листовая насадка; 3 – нижний поддон;
4 – циркуляционный насос
Установлено[4], что при эксплуатации камер сотового орошения расход электроэнергии может быть уменьшен до 35 раз по сравнению с камерами форсуночного распыления.Эффективность работы увлажнителей с орошаемой насадкой, их эксплуатационный ресурс в большой степени зависят от качества воздуха. Имеет место двойной негативный эффект: наличие солей в воде приводит к «засолению» насадки, а остатки пыли и бактерий из воздуха также оседает на ней.
К основным недостаткам камер сотового орошения следует отнести:
· «засоляемость» и загрязняемость насадки, что вызывает необходимость производить периодическуюрегенерацию (промывку) или замену насадки;
· невозможность полного слива воды при отключении приточной установки, что увеличивает вероятность бактериального заражения воздушной среды;
· неравномерное орошение насадки, что ухудшает условия увлажнения и приводит к выносу капель за пределы аппарата;
· большую инерционность процесса увлажнения[1].
Основными достоинствами камер увлажнения с орошаемой насадкой являются:
· относительная простота конструкции;
· дополнительная очистка воздуха от пыли и газов;
· снижениепотребляемой мощности насоса в водяном контуре;
· компактность.
В этой связи совершенствование и модернизация контактных устройств, с применением орошаемых насадок, представляет практический интерес.
Для проведения научных исследований, направленных на повышение эффективности контактного аппарата с пленочной насадкой, на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» разработан и смонтирован экспериментальный стенд. При конструировании нового контактного узла применен эффект вибрации. Контактный аппарат(рис.2) оснащён механическим вибровозбудителем и упругим основанием.
При прохождении водной среды по поверхности листовой насадки, в режиме вибрации достигается отрыв частиц воды от стекающего слоя.
Рис. 2.Схема контактного аппарата с насадкой пленочного типа с вибровозбудителем:
1 – вибровозбудитель; 2 – верхний поддон с водой; 3 –листовая насадка; 4 – нижний поддон с водой; 5 – упругое основание; 6 – циркуляционный насос
При этом увеличивается поверхность контакта воздуха и воды. Контакт воздушной среды происходит с плёнкой воды, стекающей по листовой насадке, а также с поверхностью капель, струек воды, образующихся при вибрации насадки. Это интенсифицирует массоперенос водяных паров в воздушный поток. Согласно уравнению массообмена количество диффундируемого вещества пропорционально поверхности массопереноса
dM=κdF∆cр.dτ, (1)
гдеdM – количество диффундируемого вещества (паров воды), кг;κ – коэффициент массопередачи, с/м; dF - приращение поверхности массопереноса, м2; ∆cр. – средняя движущая сила,Па; dτ – продолжительность контакта рабочих сред, с.
Для описания работы контактного узла в режиме вибрации и выбора режимных параметров рассмотрим основные уравнения процесса колебания материальной частицы. Характеристиками вибровозбудителя являются частота и амплитуда колебаний [2; 3].
Колебания рабочего органа происходят
согласно синусоидальному закону. Координата (
)
колеблющейся точки рабочего органа (контактного аппарата)отсчитывается от её
среднего положения и связана с текущим значением времени (τ) выражением[2]
, (2)
гдеτ- значение времени, с; А – амплитуда
колебаний, мм; 
-
угловая частота, рад/с; φ – начальная фаза колебаний.
Угловая
частота ,
рад/с может быть выражена через период колебаний T, c,и частоту колебанийf, Гц
. (3)
Скорость вибрации 
,
м/с, определяется по уравнению
. (4)
Согласно уравнению (4) амплитуда скорости равна
υmax=Aω. (5)
Вибрационное ускорение 
точки
определяется по формуле
. (6)
Амплитудное значение точки рабочего органа вычисляется по уравнению
αmax=Aω2. (7)
В качестве измерительных приборов колебательных процессов используют различные виброметры: виброметр К1, FLUKE805 и др.Онислужат дляпроведения измерения виброскорости, мм/с, в стандартном диапазоне частот от 10 до 1000 Гц [6].
В настоящее время проводятся экспериментальные исследования по изучению возможностей варьирования оценочных характеристик процесса вибрации насадки на лабораторном стенде.
Вывод
Приведены сведения по контактным аппаратам для тепловлажностной обработки воздуха и оценочные характеристики вибрационных процессов, позволяющиецеленаправленно осуществлять научные экспериментальные исследования по разработке эффективных устройств, характеризующихся пониженным энергопотреблениеми ресурсосбережением.
Рецензенты:
Еремкин А.И. д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, г.Пенза;
Береговой А.М. д.т.н., профессор, профессор кафедры «Городское строительство и архитектура», г.Пенза.