-
PRLJANJE VAZDUŠNIH KONDENZATORA
REZIME
Upotrebom otvorenog vetro tunela i punokonusne vodene dizne
proučavani su performanse
izmenjivača tečnost/vazduh za uslove vlažne površine. Uzorak je
bio lemljeni izmenjivač sa
saćem u obliku žaluzina. Ispitivani su ukupan kapacitet, pad
pritiska i ponašanje kod drenaže
vode pod uslovima raznih protoka vode i brzina vazduha i sve je
poređeno sa uslovima suvih
površina. Proučavan je i uticaj orijentacije vodenog spreja.
Rezultati su dati u obliku grafika uz
promenljivu količinu vode po jedinici površine kojom se prenosi
toplota. Eksperimentalni podaci
su korišćeni za potvrdu razvijenog modela simultanog prenosa
toplote i mase vlažnog
izmenjivača. Tokom eksperimenta je uočeno prljanje površina
saća, a karakteristike prljanja su
diskutovane u tezi.
UVOD
Jedinice hlađene vazduhom koriste se u kondicioniranju vazduha i
rashladi. Tamo gde nema
dovoljno čiste vode da bi se koristili vodeni kondenzatori
koriste se ACC. Međutim, ACC
pokazuju znatne degradacije performansi kada je temperatura
vazduha visoka. Ovo čini da COP
opada u vazduhom hlađenim sistemma. Efekat dobija na ubrzanju
tokom leta, jer se vrh potreba
za hlađenjem i dešava upravo tada. Dakle, osnovno ograničenje
rada vazdušnih jedinica je visoka
temperatura vazduha. Termičke performanse vazdušnih jedinica
mogu se popraviti ako se
temperatura vazdušne strane smanji.
Dosta napora je uloženo za kontrolu i smanjenje temperature
vazdušne strane u letnjim uslovima.
Opšta metoda je evaporativno hlađenje. To znači isparavanje vode
u nezasićenu vazdušnu struju.
Metoda se koristi od davnina, pa su EH i prirodna ventilacija
kombinovani u starim zgradama
preko kula, visokih krovova, stajaćih voda i fontana.[1]. Ove
metode padaju pod DEH, jer se
isparavanje vode dešava u struji vazduha koja se hladi. ACC
hlađenje freona u cevima treba
klasifikovati kao IEH, pošto dve struje nikad nisu u direktnom
dodiru.[2]. Ovaj rad se bavi
ispitivanjem izmenjivača koji koriste IEH kako bi se hladio
sistem cevi i freona u njima.
1.1 Procenjivanje evaporativno hlađenih izmenjivača u
sistemima
Hosoz i Kilicarsla [3] su sproveli eksperimentalno procenjivanje
performansi rashladnih sistema sa
tri metode hlađenja kondenzatora: vazdušno-hlađenje,
vodeno-hlađenje i hibridno (vazdušno/vodeno)
EH. U tom eksperimentu, kompresorski rashladni sistem je bio
isti, a menjao se samo kondenzator.
Kod EH kondenzatora korišćene su gole cevi izmenjivača uz metodu
hlađenja preplavljivanja vodom
(water deluge). Nalaz potvrđuje da pod istim temperaturama
isparavanja i kondenzacije, sistem sa
vodom hlađenim kondenzatorom ima veći COP nego sa ACC. Međutim,
sistem sa EH nudi COP koji
se može porediti sa sistemom vodom hlađenog kondenzatora pri
niskim temperaturama isparavanja,
uz postignutu minimalnu razliku od 1.5% pri temperaturi
isparavanja od -24°C. Sistem sa ACC daje
15.2% niži COP nego evaporativni kondenzator pri temperaturi
isparavanja od -24°C, i bio bi i niži
kada bi se rad ventilatora uzeo u obzir. Ovaj ohrabrujući
rezultat ukazuje da bi hibridni evaporativni
kondenzator (vazduh/voda) mogao biti vrlo konkurentan u
rashladnom sistemu.
-
Procenjivana je efikasnost izmenjivača po drugom zakonu od
strane Qureshi i Zubair pri raznim
uslovima.[4] Autori su poredili definiciju po drugom zakonu
efikasnosti Wepfera i Bejana i
zaključili da je drugi pristup bolji u ovom sistemu. Exergy
analiza je sprovedene za tri različita
odnosa vazduh/voda, tj za 1.00, 0.75 i 0.50, na bazi
evaporativnog uređaja sa Slike 1, i
evaporativnog kondenzatora sa Slike 2. Primećeno je da
efikasnost drugog zakona raste
monotono kako raste ulazna WBT za oba sistema. Nalazi govore da
efikasnost drugog zakona
kod sistema nije manja od 0.98 i da kod evaporativnog
kondenzatora nije manja od 0.95 unutar
određenog opsega ulaza i mrtvih stanja koja su specificirali
autori. Zaključeno je da se procesi u
ovim evaporativnim izmenjivačima toplote približavaju
termodinamičkoj reverzibilnosti. Rad
pokazuje da ukupna efikasnost drugog zakona isparivačkih
izmenjivača nije osetljiva na
varijacije temperatura mrtvog stanja i RH. Zbog toga visoka
efikasnost izmenjivača nije pod
značajnim uticajem osobina mrtvog stanja.
Goswami i drugi su sproveli eksperimente na kućnim klimama sa EH
kondenzatorima koji
koriste isparivačke medijume (pads)[5]. Kapacitet erkondišna bio
je 8.8 kW. Primarnom sistemu
su dodati medijum, izvor vode i pumpa, a zatim su poređene
performanse evaporativne rashlade
sa baznim sistemom koji nije imao vodu. Pokazalo se da dodavanje
isparivačkog dela na
kondenzator štedi 20% struje. Po cenama materijala i struje iz
tog perioda retrofit kondenzator se
otplaćuje za dve godine. U ovoj analizi autori su pretpostavili
da se sistem EH koristi leti u
danima kada je DBT=33.3°C, a WBT=23.9°C, i da radi 12 sati
dnevno 7 meseci. Međutim, na
mnogim mestima malo je takvih dana, pa je rok isplate
investicije u praksi znatno duži.
Hajidavalloo je izveo sličan eksperiment na kondenzatoru
prozorske klime [6]. Ovaj sistem je
kompaktniji. Autor je tvrdio da je novi sistem oborio potrošnju
struje za 16% i povećao COP za
55% na DBT=45°C i WBT=24°C.
Procenu različitih metoda poboljšanja rashlade uradili su
Kutscher i Costenaro [7], za vazduhom
hlađenu geotermalnu elektranu u Nevadi. Na Slici 3 je model
elektrane koji predviđa da visoka
DBT leti može da dovede do pada proizvodnje i od 50%, u
poređenju sa zimskim
performansama. Autori su razvili model procene troškova i
performansi za 4 različita pristupa
EH, i to: podhlađivanje prskanjem diznama, Muntersovim
medijumima podhlade, sprej diznama,
i Muntersovim hibridnim medijumima podhlade sa direktnim
preplavljenim hlađenjem. Model je
pokazao da sve 4 metode podižu letnju proizvodnju barem 36%, a
da hlađenje preplavljivanjem
daje proizvodnju veći od zimske. Model je pokazao da je prosto
vreme povrata investicije za
hlađenje preplavljivanjem bilo 1 godina, što ukazuje da je to
najekonomičniji pristup.
Spomenuto je da bi pranje i skupa zamena cevi zbog naslaga i rđe
na saću moglo biti
zabrinjavajuća stvar koju treba rešavati.
1.2 Problemi koje treba rešiti
Jedna od najvećih briga kod EH je prljanje. Qureshi i Zubair su
proučavali uticaj prljanja na
termičke performanse evaporativnih kondenzatora.[8] Razvili su
model rasta naslaga i prljavštine
koji je dokazan kroz eksperimentalne podatke, i zatim su uparili
taj model sa svojim modelom
hlađenja kako bi predviđali efikasnost izmenjivača pod uslovima
prljanja. Njihov zaključak je da
temperatura vode ima veći uticaj na performanse hlađenja nego
ulazna WBT. Iz tog modela,
predvideli su pad efikasnosti od 50% i 70% zbog prljanja
evaporativnih sistema rashlade i samih
-
kondenzatora, respektivno. Dali su sugestije da se u fazi
projektovanja u obzir uzme faktor
prljanja, kako bi se kompenzovao pad efikasnosti.
Kompaktni izmenjivači imaju prednosti usled poboljšanih
termičkih performansi i obično se
koriste u HVAC&R sistemima. Međutim, da bi se ublažili
problemi naslaga i rđe, izmenjivači se
projektuju kao gole cevi i to je uobičajeno za vazdušno/vodene
evaporativne kondenzatore čime
se ipak ograničavaju performanse sistema. Korozija se može
smanjiti ako se koristi čista voda,
čime se omogućava korišćenje kompaktnih i unapređenih
kondenzatora. Nedavni razvoj
membranske tehnologije pročišćavanja omogućava proizvodnju čiste
vode (gde je uklonjeno
89% Kalcijum Karbonata, i do 95% NF) po ukupnoj ceni proizvodnje
od 0.56 $/m³ uvek kada
posedujemo nisko termalnu energiju [9]. Ovaj razvoj čini
kompaktne izmenjivače, posebno
izmenjivače sa ravnim cevima i saćem, obećavajućim. Trebalo bi
sprovesti istraživanja kako bi
se kvantifikovale performanse isparivačkih kondenzatora tipa
vazduh/voda na kompaktnim
izmenjivačima.
Preveliko prskanje je još jedan problem koji treba razmotriti
kada se koristi hibridna metoda
vazduh i voda u EH.[7] Slivanje vode može biti problem za
okolinu, slično kao otpadna procesna
voda. Ako se doda sistem za sakupljanje i recirkulaciju vode,
raste potreban prostor i cena, što
nije poželjno. Bolji pristup je optimizacija količine vode koja
se prska u odnosu na radne uslove
kako bi se izbeglo preveliko prskanje.
U ovim eksperimentima razvijen je laboratorijski model i
izmenjivač hibridnog hlađenja
(vazduh/voda), Slika 4, kako bi mu se istražile performanse. Tu
se uključuje kvantifikacija brzine
isparavanja, promena kapaciteta i promena pada pritiska.
Rezultati eksperimenata korišćeni su za
potvrdu modela evaporativnog hlađenja koga je razvila Jessica
Bock et al. [10]. Za distribuciju
vode korišćen je atomizer sa vazdušne strane. Upotrebljen je
kompaktni izmenjivač sa ravnim
cevima i saćem kako bi se istražio proces hlađenja na površini
izmenjivača, pošto je ključ analize
hibridnog sistema hlađenja predviđanje performansi EH. Opšti
cilj je optimizacija dizajna
hibridnog izmenjivača uz minimalnu potrošnju vode.
1.3 Psihometrijski proces
Psihometrijski dijagram raznih procesa vlaženja dat je na Slici
5. Svih pet procesa daju istu
rashladu na kondenzatoru i kreću iz stanja okoline, što je tačka
0 na DBT=24°C, i RH=36%.
Slučaj A (0-A) je osnova poređenja, što je suvo vazdušno
hlađenje bez evaporacije. Slučaj B (0-
B1-B2) ima evaporativnu podhladu sa efikasnošću zasićenja od
100%, što opisuje idealno
hlađenje sa medijumom za isparavanje (DEH). Slučaj C (0-C1-C2)
je testiran u eksperimentu,
koji je kombinacija podhlađivanja (0-C1) i hlađenja
preplavljivanjem (C1-C2). Slučaj D (0-D1-
D2) je tradicionalno EH preplavljivanjem. Teorijska ukupna
potrošnja vode može se izračunati iz
razlike apsolutne vlage između tačke 0 i krajnje tačke x u
svakom od slučajeva.
U poređenju sa hlađenjem na suvo Slučaj A, sve metode EH
(slučajevi B, C i D) obaraju na kraju
DBT. Međutim, podhlada daje vrlo mali pad DBT, kako se vidi u
slučaju B. Hlađenje
preplavljivanjem može jako smanjiti DBT u krajnjoj tački, ali
tradicionalno hlađenje
-
preplavljivanjem (Slučaj D) troši mnogo više vode nego slučaj C,
i može previše podhladiti
izmenjivač u uslovima većih vrućina i manjih vlaga. Bolje
rešenje je ono u slučaju C, koje
snažno smanjuje DBT uz manju potrošnju vode. Drugi problem sa
hlađenjem preplavljivanjem je
taj što se voda gravitaciono kreće i širi nadole po izmenjivaču,
pa mogu nastati previše vlažne
tačke u gornjoj zoni i suve u donjoj zoni. Ovaj problem se lako
prevladava u Slučaju C gde se
voda atomizira i uniformno raspoređuje u vazduhu čime se
obezbeđuje ravnomerno i efikasno
hlađenje izmenjivača. U ovom eksperimentu voda je atomizirana u
droplete prosečnog prečnika
20 μm i ravnomerno raspoređena u punom konusu prskanja. Manji
deo vode podhlađuje vazduh
na svom putu ka izmenjivaču, dok veći deo kvasi površinu saća
kako bi se obezbedilo
evaporativno hlađenje preplavljivanjem.
Slika 1. Evaporativnin hladnjak (cooler)[4]
-
Slika 2 Evaporativni kondenzator [4]
Slika 3: Proizvodnja elektrane u funkciji temperature ambijenta
kod predložene binarno-ciklusne
geotermalne elektrane u Empire, Nevada. [7]
Slike 4: Hibridni EH izmenjivački sistem
-
Slika 5: Poređenje različitih opcija hlađenja: A, bez
evaporacije; B, samo podhlada; C,
podhlada plus hlađenje preplavljivanjem; D, hlađenje samo
preplavljivanjem.
2 EKSPERIMENTALNA METODA
2.1 Eksperimentalna postavka
Eksperimenti sa lemljenim izmenjivačima sa ravnim cevima i saćem
izvedeni su u otvorenom
vetro-tunelu. Proučavani su i uslovi suve i vlažne površine. Na
Slici 6 je šematski prikazan vetro-
tunel sa freonskim kolom. Ambijentalni vazduh se uvodi kroz usis
i suženje, ide preko dizni,
preko ispitnog izmenjivača, aksijalnog ventilatora i kasnije
preko vazdušne protočne dizne
napušta tunel. Poprečni presek vetro-tunela je 305 mm x 203 mm.
Čeona površina testiranog
izmenjivača bila je 203 mm x 202 mm. Slika 7 šematski pokazuje
ravnocevni, izmenjivač sa
saćem u obliku žaluzina: (a) uvećani čeoni pogled, (b) poprečni
presek saća u obliku žaluzina.
Detaljne dimenzije date su u Tabeli 1. Dvodimenziono suženje i
difuzor u odnosu 1.5 instalisani
su odmah ispred i iza testiranog izmenjivača. Svi kanali cevi,
rezervoari, izmenjivači i većina
delova vetro-tunela (od vodenih dizni do izlaza) su toplotno
izolovani od okoline. Vetro-tunel je
duplo izolovan zatvoreno ćelijskom elastomerskom penom tipa
Buna-N/PVC ukupne debljine
2.5 cm. Kanalni sistem trostruko je izolovan trakom od
polietilenske pene ukupne debljine 1 cm.
Sa strane vazduha, vodena dizna (sa uglom konusa 18°) locirana
je 28 cm pre izmenjivača, i
postavljena u centar tunela. Temperatura vazduha meri se
spojenim termoparovima (thermopile)
-
u mrežu T-type thermocouples (12 kanala pre, 29 kanala posle).
Senzor RH lociran je na ulazu
test sekcije kako bi merio ulaznu vlagu; i T i RH se snima i
memoriše. Manometri se koriste za
merenje pada pritiska na izmenjivaču. Iza test sekcije, jedna
duga standardna radijusna dizna
ASME i davači diferencijalnog pritiska se koriste za merenje
masenog protoka vazduha.
Sa strane cevi, koristio se rastvor etilen-glikola (56 wt%) kao
fluid za prenos toplote. Ulazne i
izlazne temperature rastvora merene su sa 4 termopara (dva za
ulaz i dva za izlaz). U napojnoj
petlji, PID-regulisani elektrogrejač greje tečnost. U povratnoj
liniji, koristio se merač masenog
protoka na bazi Coriolisovog-efekta za merenje protoka.
Sistem prikupljanja podataka sastoji se od 4 NI 9213 modula za
ulaz termoparova i jednog NI
9205 modula za senzor RH i ulaz davača pritiska. Ovi ulazi su
vezani na računar pomoću šasije
USB NI cDAQ-9178. Procesna promenljive u realnom vremenu
(očitanja termoparova, davača
pritiska i RH) se proračunavaju i prikazuju pomoću Labviewa.
2.2 Procedura testiranja i analiza nesigurnosti
Sa strane cevi temperatura se održava na blizu 46°C pomoću PID
kontrolisanog elektrogrejača, a
protok se drži na 0.154 kg/s pomoću pumpe sa promenom brzine.
Temperatura vazduha bila je
sobna, prilično stabilna oko 23°C. Čeona brzina vazduha
kontrolisana je ventilatorom i držana ne
jednoj od tri vrednosti: blizu 1.8 m/s, 2.3 m/s, ili 3.2 m/s.
Protok punokonusne dizne za prskanje
(BETE sifonska-fed maglena dizna) regulisan je preko regulatora
pritiska. Konus dizne je 18°,
po proizvođaču. Voda je ubacivana iz baždarenih cilindara van
vetro-tunela i prskana unutar
njega. Korišćene su dve različite sprej dizne: 1/4XA 00 SR 250 A
za uslove niskog protoka i
1/4XA 00 SR 400 A za uslove visokog protoka. Potrošena voda
merena je promenom nivoa u
menzurama. Temperatura vode u njima merena je pomoću 6
termoparova potopljenih u vodu na
raznim dubinama, a prosek je uziman kao ulazna temperatura vode
u dizni za prskanje.
Pomoću sistema akvizicije snimaju se uzorci i pravi srednja
vrednost svakih 5 sekundi sa oko
100 uzoraka. Ako su podaci u realnom vremenu konstantni unutar
merne nesigurnosti u 10
trajanju od minuta to se smatra za uslov ustaljenog stanja. Za
svako ustaljeno stanje podaci se
snimaju u 8-minutnom periodu, kako bi se obezbedilo dovoljno
uzoraka za usrednjavanje.
Zabeleženi podaci su ulazne i izlazne temperature sa cevne
strane; ulazna temperatura i RH
vazduha, temperatura iza izmenjivača i pad pritiska na dizni. U
isto vreme, voda koja se cedi sa
test sekcije sakuplja se i meri u graduisanim cilindrima
(baždarene menzure). Promena
zapremine vode u tim cilindrima koji napajaju sprej dizne takođe
se beleži. Tokom eksperimenta,
promena zapremine vode u cilindrima koji napajaju te dizne menja
napojni pritisak vode, čime se
izaziva mala promena masenog protoka; ovaj efekat ne narušava
ranije opisan kriterijum za
određivanje uslova ustaljenog stanja, i u obzir se uzima u
analizi nesigurnosti.
Eksperimentalni uslovi dati su u Tabeli 2. Kao konstantne uzeti
su maseni protok tečnosti, ulazna
temperatura tečnosti i ulazna temperatura vazduha. Podaci su
snimani za čeone brzine vazduha
od 1.8, 2.3 i 3.2 m/s. Za svaku brzinu, beleže se ustaljeni
podaci za različite protoke vode. Uslovi
za suvu površinu (0 g/s je maseni protok sprej dizne) uzimaju se
uvek pre prskanja vode. Zatim
se dizna uključuje i maseni protok vode menja.
-
Jednačine eksperimenta u vetro-tunelu i deo EES programa dati su
u Dodacima A i B
respektivno.
Temperature tečnosti merene su termoparovima montiranim sa
spoljne strane aluminijum cevi
ulaza i izlaza, pomoću poliamidne trake Arctic Silver 5 za
izolaciju. Pošto termoparovi nemaju
direktan kontakt sa tečnošću dešava se sistematska greška (bias
error) zbog prenosa toplote
između cevi i laboratorije. Svi dobijen podaci su korigovani za
tu grešku pomoću analize koja je
dalje opisana.
Reynoldsov broj se menja od 3500 do 4500, pa se koristi
Gnielinski korelacija za forsiranu
konvekciju u turbulentnom protoku kroz cev kako bi se odredio
koeficijent prenosa toplote, a
zatim i termički otpor između fluida u cevi i unutrašnje strane
zida cevi. Termički otpor vezan uz
kondukciju kroz zid cevi računat je iz karakteristika
aluminijuma i dimenzija cevi, a termički
otpor zbog kondukcije kroz izolaciju je takođe izračunat. Uzeta
je konzervativna procena da je
spoljašnja površina izolacije na temperaturi laboratorije:
Sistemska greška
Korigovana izmerena temperatura fluida sa strane cevi je:
Ovo je pojednostavljena korekcija i odnosi se samo na radijalni
prenos toplote konvekcijom i
kondukcijom dok je aksijalni prenos toplote zanemaren i sve
temperature pretpostavljene da su
iste. Kako bi se i ova uprošćavanja na neki način uzela u obzir
u analizi nesigurnosti, uključeno
je dodatno još jedna polovina konzervatuvne procene Δbias u
korigovanu nesigurnost merenja
Δcorrected.
Nesigurnosti merenih parametara dati su u Tabeli 3.
-
Slika 6 Šema vetro tunela
Slika 7: Šematski dijagram izmenjivača sa ravnim cevima i saćem
u obliku žaluzina:
(a) Poprečni presek cev-saće, (b) poprečni presek saća u obliku
žaluzina [11].
Tabela 1: Geometrija ispitivanog izmenjivača
-
Lp razmak žaluzina (mm)
Ll dužina žaluzina (mm)
Θ ugao žaluzina (°)
Fp razmak saća (mm)
Td dubina cevi (mm)
Fd dubina saća (mm)
Fl dužina saća (mm)
δ debljina saća (mm)
Tp razmak cevi (mm)
broj redova cevi
Th visina cevi (mm)
Tl dužina cevi (mm)
Tt debljina cevi (mm)
Tabela 2: Uslovi testiranja
-
POGLAVLJE 3 – REZULTATI I DISKUSIJA
3.1 Potvrđivanje ispravnosti modela
Eksperimentalni podaci za suve i vlažne uslove u tunelu
upoređeni su sa modelom koji je razvila
Jessica Bock et al.[10], što je kombinacija modela podhlade i
modela vlažnog kondenzatora.
Razmak podhlade je fiksan i iznosi 0.27m. RH i T vazduha i
ostatak mase protoka dropleta koji
predviđa model podhlade primenjen je na model vlažnog
kondenzatora kao njen ulazni uslov.
Model vlažnog kondenzatora daje ukupan kapacitet izmenjivača
toplote. Kako se vidi sa Slika 8-
10, ukupan kapacitet je dat u funkciji korišćene količine vode
za nekoliko čeonih brzina vazduha.
Korišćena voda je data kao razlika potrošnje dizne i sakupljene
drenirane vode. Potrošnja vode
od 0 kg/s definiše suv uslov.
Slika 11 je suma predviđanja modela u odnosu na podatke iz
eksperimenta po pitanju ukupnog
kapaciteta izmenjivača. Predviđanja modela slažu se sa
eksperimentom unutar 20 % uz prosečnu
devijaciju od 8.3 %. Model je podržan podacima datim u Dodatku
C.
3.2 Ponašanje dreniranja
Drenirana voda beleži se u vlažnom delu eksperimenta kao bitan
podatak u primenama sa
hlađenjem kondenzatora vodom. Slika 12 prikazuje porast
kapaciteta toplote u odnosu na maseni
protok vode kroz diznu za prskanje. Međutim, uklapanje krive
ukazuje da brzina ovog porasta
ima tendenciju opadanja kako se više vode prska. Ovo asimptotsko
ponašanje je zbog toga što
drenaža raste kako prskanje raste (vidi se na Slici 13), što
ukazuje da stepen prskanja raste brže
nego brzina isparavanja vode. Slika 14 pokazuje odnos između
toplotnog kapaciteta i drenaže.
-
Uočeno je da drenaža raste sa rastom brzine brzine prskanja kako
raste kapacitet. Takav rezultat
sugeriše da na velikim količinama vode za prskanje, treba
koristiti sakupljanje drenirane vode i
sistem recirkulacije.
Podaci eksperimenta sa Slika 13 i 14 pokazuju da pri tri čeone
brzine vazduha u opsegu od 1.8 m/s
do 3.2 m/s, na procenat drenirane vode više utiče količina vode
koja se prska nego brzina vazduha.
Međutim, opaženo je i da čeona brzina vazduha utiče na lokaciju
gde će se voda drenirati. Pri čeonoj
brzini vazduha od 1.8 m/s, veći deo vode se drenira ispred
izmenjivača, ali pri 3.2 m/s, veći deo vode
se drenira sa zadnje strane izmenjivača toplote. Pri brzini od
2.3 m/s slična količina se drenira ispred
i iza izmenjivača.
3.3 Uticaj usmerenja mlaza
Pri čeonoj brzini od 2.3 m/s, testirani su i horizontalno i
usmerenje dignuto 10° nagore od
horizontalnog pri raznim protocima vode. Slika 15 pokazuje
poređenje između ta dva usmerenja
vodenog mlaza. Pune tačke i otvoreni krugovi su podaci
eksperimenta sa horizontalnim
usmerenjem dizne i odgovarajuća predviđanja modela uz uniformnu
raspodelu vode po prednjem
čelu izmenjivača. Trouglovi su eksperimentalni podaci za
usmerenje dizne 10° nagore. Tačke na
mw=0 g/m²s su podaci za suve uslove. Kako se vidi sa Slike 15,
uslovi sa nagibom od 10° naviše
pokazuju 4%-12% veći toplotni kapacitet nego kad su dizne
horizontalne. Rezultat je očekivan
jer usmerenje vode u gornje delove izmenjivača znači dreniranje
iste ka dnu izmenjivača zbog
gravitacije pa je tako verovatnoća vlaženja većih površina veća,
što znači i duže zadržavanje
vode (residence time). Na ovaj način pojačava se prenos latentne
toplote. U horizontalnom
slučaju ugrubo 40% od izmenjivača je vlažno, dok je u slučaju
usmerenja 10° nagore vlažno više
od 50% izmenjivača. Ovo potvrđuje da je usmerenje nagore
efikasnije i da se treba koristiti kod
praktičnih realizacija poboljšanja rada vodenih hlađenjem.
U eksperimentu je meren pad pritiska pod suvim i vlažnim
uslovima. Kako se vidi sa Slike 16,
pad pritiska sa vazdušne strane raste kako raste Reynolds broj.
Vidi se da je pad pritiska pod
vlažnim uslovima postojano viši nego pod suvim uslovima;
međutim, ova razlika nije značajna.
Slika 17 pokazuje da pad pritiska preko izmenjivača uglavnom
zavisi od čeone brzine vazduha i
da jedva zavisi od ukupne količine vode koja se koristi.
3.4 Posmatranje prljanja
Pre i posle tstiranja urađene su slike prednje i zadnje strane
izmenjivača. Poređenjem slika, kao
na Slici 17, vidi se da je na kraju eksperimenta prljanje
postojalo na prednjoj površini ispitivanog
izmenjivača gde je saće bilo vlažno. Međutim, centralna zona, na
koju je stalno usmeren mlaz iz
dizne (pun konus), bila je mnogo manje zaprljana nego okolne
zone. Zona prljanja se vidi na
Slici 18(b).
Slike 18 (a) i 18 (b) su napravljene posle 2 meseca povremenih
testiranja (vreme prskanja manje
od 100 sati). Napomena: za prskanje je korišćena voda iz
slavine, sa visokom koncentracijom
hlora i gvožđa1.
1 Ovo je bitna stvar u celoj priči.
-
Sa leđa izmenjivača, više prljanja se dešava pri dnu, Slika 19.
To je i očekivano pošto se voda
sporo gravitaciono drenira nadole. Što više vode se zadržava u
donjem delu izmenjivača, prljanje
je sve veće.
3.5 Slike
Slika 8: Eksperimentalni i modelom predviđeni podaci pri čeonoj
brzini vazduha od 1.8 m/s [10]
Slika 9: Eksperimentalni i modelom predviđeni podaci pri čeonoj
brzini vazduha od 2.3 m/s [10]
-
Slika 10: Eksperimentalni i modelom predviđeni podaci pri čeonoj
brzini vazduha od 3.2 m/s
Slika 11: Poređenje eksperimentalnih i predviđenih performansi
kondenzatora u kombinaciji
podhlada i hlađenje preplavljivanjem (vidi [10]).
-
Slika 12: Ukupan kapacitet izmenjivača pri čonim brzinama
vazduha od 1.8 m/s, 2.3 m/s i 3.2
m/s i raznim količinama vode. Količina vode je definisana kao
količina vode koja izađe iz sprej
dizne. Uklapanje polinominalne krive (detalji su dati u Tabeli
4) je za sve podatke na crtežu.
Slika 13: Količina vode u odnosu na količinu prskane vode pri
čeonim brzinama vazduha na
izmenjivaču od 1.8 m/s, 2.3 m/s i 3.2 m/s. Količina drenaže
definiše se kao masa drenirane vode.
Voda prskanja je ono što prođe kroz vodenu diznu. Kriva drugog
reda se uklapa za sve podatke
na grafiku uz određenje preseka sa y-osom (detalji u Tabeli
5)
-
Slika 14: Brzina drenaže u odnosu na ukupni kapacitet pri čeonim
brzinama od 1.8 m/s, 2.3 m/s i
3.2 m/s. To je maseni protok-količina drenirane vode. Uklapanje
eksperimentalne krive (detalji u
Tabeli 6) je za sve podatke na grafiku uz presek sa x-osom.
Slika 15: Poređenje ukupnog kapaciteta za dve orijentacije
dizne
-
Figure 16: Poređenje vlažnog testa (sa protokom od 0.12 g/m²s) i
suvog testa pri raznim
brojevima Reynolda.
Slika 17: Pad pritiska na izmenjivaču pri raznim količinama
vode, i tri brzine vazduha: 3.2 m/s,
2.3 m/s and 1.8 m/s.
Slika 18: Čeona površina izmenjivača: (a) pre i (b) posle
vlažnog eksperimenta.
-
Slika 19. Leđa (pogled na izlaznoj strani) izmenjivača: (a) pre
i (b) posle vlažnog testa.
3.6 Tabele
POGLAVLJE 4 - ZAKLJUČCI
Pomoću otvorenog vetro-tunela i vodene dizne sa punim konusom
eksperimentalno su
proveravane performanse varenog aluminijumskog izmenjivača sa
saćem u obliku žaluzina u
sistemu hlađenja preplavljivanjem. Poređeni su kapacitet, pad
pritiska i ponašanje drenirane vode
pod različitim protocima vode kroz diznu i različitim čeonim
brzinama vazduha na izmenjivaču,
i sve je poređeno sa uslovima bez vode (suvim uslovima).
-
Toplotni kapacitet i količina drenirane vode rastu kako se prska
više vode. Pri većim
protocima vode, treba koristiti sakupljanje i recirkulaciju
vode.
Pad pritiska pod vlažnim uslovima je trajno, ali neznatno viši
nego pri suvim uslovima2, a sam
pad pritiska ne zavisi od količine vode koja se koristi u svim
testovima.
Koliko će se vode drenirati više zavisi od količine vode koja
ide kroz diznu nego od brzine
vazduha. Međutim, voda teži da se drenira naniže pri većim
brzinama vazduha u test uslovima.
Proučavan je i uticaj orijentacije sprej dizne; usmerenje nagore
je praktično efikasnije.
Posmatrano je i prljanje tamo gde je saće bilo vlažno. U centru
čeone zone, tamo gde je saće bilo direktno vlaženo konusnim mlazom
(pul konus), bilo je mnogo manje prljanja nego u
susednim zonama. Sa leđa veće prljanje se dešava pri dnu
izmenjivača.3
2 Može se napomenuti. 3 Ako ih ne možeš pobediti ti im se
pridruži. Šta ako namerno dodamo provodni materijal i prljanje
poveća keficijent
povođenja umesto da ga smanji ?