Přestup tepla mezi plynem a kapalinou ve dvoufázových kontaktorech

Abstract

Tato dizertační práce obsahuje: 1) podrobnou rešerši se zaměřením na hydrodynamiku a přenos tepla v probublávané vrstvě, 2) teoretické odvození součinitele přestupu tepla mezi bublinami plynu a kapalinou, 3) experimentální a výpočtové stanovení zádrže a součinitele přestupu tepla mezi plynem a kapalinou v modelovém zařízení pro zvolené podmínky dle provedené rešerše, 4) vzájemné porovnání výsledků získaných z výpočtových vztahů a hodnot experimentálně zjištěných pro zadaný případ. Detailní rešerše obsahuje informace o dvoufázových systémech kapalina – plyn v probublávaných kolonách včetně tvorby bublin, charakteristiky probublávaných kolon, hydrodynamických režimů a zádrže plynu. Rešerše dále obsahuje podrobný přehled vlivu jednotlivých parametrů na průměru bubliny, zádrže, součinitelů přestupu tepla i hmoty, včetně rozsáhlého přehledu korelací pro jejich výpočet. Teoretická část přináší jednak model umožňující vyhodnocení experimentů, při kterých dochází k simultánnímu přestupu tepla mezi bublinami plynu a kapalinou při současném odpařování kapaliny do objemu bubliny, jednak teoretickou analýzu závislosti celkového přestupu tepla pro studovaný případ a vyjádření objemového součinitele přestupu tepla pro studovaný případ a vyjádření objemového součinitele přestupu tepla na hlavních parametrech, především na mimovrstvové rychlosti plynu. V experimentální části jsou prezentovny výsledky měření zádrže, mimovrstvové rychlosti a přestupu tepla při ohřívání plynu probublávaného kapalinovou zádrží kolony. Experimentálně zjištěné hodnoty jsou porovnány s hodnotami získanými z literatury a výsledky vlastního teoretického rozboru. Výsledky jsou ve shodě.

This thesis contains: 1) a detailed research focusing on hydrodynamics and heat transfer in a bubble layer, 2) theoretical derivation of the heat transfer coefficient between gas bubbles and liquid, 3) experimental and computational determination of hold up and volumetric heat transfer coefficient between gas and liquid in a model equipment for selected conditions according to the performed search, 4) comparison of results obtained from computational relations and values experimentally determined for a specified case. The comprehensive search contains information on two-phase liquid-gas systems in bubble columns, including bubble formation, characteristics of bubble columns, hydrodynamic regimes and gas hold up. The research also contains a detailed overview of the influence of individual parameters on the bubble diameter, hold up, heat and mass transfer coefficients, including an extensive overview of correlations for their calculation. The theoretical part presents a model enabling the evaluation of experiments in which simultaneous heat transfer between gas bubbles and liquid exists while evaporating the liquid into the bubble volume occurs, as well as a theoretical analysis of the total heat transfer for the tested case and its expression on the main parameters, particularly on the superficial gas velocity. The experimental part presents the results of measurements of hold up, superficial gas velocity and heat transfer during cooling of the gas bubbled through the liquid in the column. The experimentally determined values are compared with the values obtained from the literature and the results of our own theoretical analysis. The results are in agreement.