124365 (689987), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

- удельное сопротивление трения (с2/м6);

- удельное местное сопротивление (с2/м6);

- суммарный коэффициент местного сопротивления, равный сопротивлению 6 колен кессона.

Чтобы найти коэффициент трения , необходимо знать режим движения воды (турбулентный или ламинарный) и степень шероховатости трубы, что особенно важно при турбулентном режиме, когда коэффициент трения зависит от того, в каком трубопроводе идет движение - гидравлически гладком или шероховатом.

Расчет критерия Рейнольдса по формуле:

где w- средняя скорость потока (м/с),

d- диаметр трубопровода (м),

- кинематическая вязкость воды ( = 0,478*10-6м2/cек при Т=60° С), Если

Re<2320, то течение ламинарное и коэффициент трения рассчитывается по формуле:

,

а потери напора на трение рассчитываются по формулам Пуазейля или Дарси-Вейсбаха:

(м)

или

(м);

Если Re>2320,то течение жидкости турбулентное и 8-толщина подслоя (мм) будет рассчитываться по формуле:

• если ( - абсолютная шероховатость), то труба гидравлически гладкая и рассчитывается по формуле Блазиуса или Никурадзе:

или

Причем первая дает хорошие результаты при 2320

• если , то труба гидравлически шероховатая и А. рассчитывается по формуле Никурадзе:

где , -эквивалентная шероховатость

для меди =0,0013мм,

для стали =0,225мм

Тогда потери напора на трение будут рассчитываться по формуле Дарси-Вейсбаха:

(м);

В свою очередь местные потери напора в местах локальных возмущений потока рассчитываются по формуле:

(м);

где коэффициент местного сопротивления, характеризующий данное сопротивление.

Зная полное сопротивление кессона можно приступить к расчету сопротивления на первом уровне.

(с2/м5)

Для второго и третьего уровня кессонов сопротивление вычисляются аналогичным образом.

Переходим к расчету общего сопротивления магистрали. Для этого необходимо суммировать три параллельных соединения трубопроводов. Первым находим сопротивление при параллельном соединении участка ВБА и второго уровня кессонов, оно будет равно сопротивлению в точке В.

(с2/м5)

Вторым находится сумма сопротивлений в точке В на участке ЕВ, с третьим уровнем кессонов:

(с2/м5)

Таким образом, мы находим сопротивление в точке К, что будет являтся общим сопротивлением всей системы. Оно находится суммированием сопротивлений в точке Е и на участке КЕ:

(с2/м5)

Потери напора в системе можно легко найти произведением общего сопротивления системы на общий расход. В нашем случае, исходя из всего вышесказанного, эта формула будет выглядеть так:

(м)

Запишем уравнение сети в общем виде:

(м)

В нашем случае приращения пьезометрического и динамического напоров не требуются и равны нулю. Поэтому перепишем уравнение (2.28) для нашего случая:

(м)

Численный расчет

Для того чтобы определить расход жидкости на один кессон необходимо знать площадь поперечного сечения и диаметр трубы кессона.

(м2/с);

(м2);

Диаметр трубы и размеры кессона приняты по справочной литературе.

(м3/с);

Зная расход кессона определяем расчетный расход на участках магистрали БВ, ВЕ, ЕК:

(м3/с).

где - расход на три кессона подключенных между собой

последовательно (см. рис. 4.1.)

Рис. 3. Три уровня кессонов.

(м3/с).

(м3/с).

Теперь необходимо рассчитать диаметры участков магистрали по найденным расходам:

По ГОСТу 3262-62 (трубы медные) ближайший внутренний диаметр будет равен: , поэтому при неизменном расходе

скорость воды на участке магистрали БВ будет равна:

По ГОСТу 3262-62 (трубы медные) ближайший внутренний диаметр будет равен: , поэтому при неизменном расходе

скорость воды на участке магистрали равна: EB будет равна:

По ГОСТу 3262-62 (трубы медные) ближайший внутренний диаметр будет равен: , поэтому при неизменном расходе

скорость воды на участке магистрали равна: КE будет равна:

Сопротивление кессона равно:

Длина трубы кессона равна:

Определим режим движения воды в кессоне:

- движение установившееся турбулентное (критерий Реинольдса рассчитываем по значению кинематической вязкости воды при заданной температуре I = 60°С).

Толщина ламинарного слоя:

Коэффициент эквивалентной шероховатости для труб кессонов возьмем из справочника для бесшовных стальных новых и чистых труб. Он равен 0,02 мм. Видно, что толщина ламинарного слоя больше, чем выступы шероховатости, следовательно, вода в кессонах движется в гидравлически гладком режиме (чего можно добиться, проводя регулярную чистку и своевременную замену кессонов, которые являются одной из наиболее ответственных составляющих конструкции печи).

Коэффициент трения в трубе кессона:

Теперь найдем удельные сопротивления трения и местное сопротивление

для кессона:

Суммарные местные сопротивления в кессоне:

И, наконец, сопротивление кессона:

Рассчитаем потери, длину и сопротивление на первом уровне:

где и

где - длина подводящих (отводящих) труб к кессону;

Так как скорость, диаметры труб, длина кессона, материал из которого сделаны трубы одинаково что на первом, что на втором уровне, следовательно:

т.е.

Рассчитаем сопротивление на участке ВБА. Для этого аппроксимируем сопротивление первого уровня и участка ВБ:

Найдем режим движения жидкости на участке ВБ:

- турбулентное установившееся движение

Толщина ламинарного слоя:

Коэффициент эквивалентной шероховатости для трубы магистрали

возьмем такой же. как для труб кессонов (0,02 мм).

Таким образом, удельное сопротивление трения (или по длине) и удельное местное сопротивление будет равно:

Следовательно, получим сопротивление на участке ВБ:

И рассчитаем сопротивление на участке ВБА:

Найдем сопротивление на участке ЕВ:

- турбулентное установившееся движение

Коэффициент эквивалентной шероховатости для трубы магистрали

возьмем такой же. как для труб кессонов (0,02 мм).

Таким образом, удельное сопротивление трения (или по длине) и удельное местное сопротивление будет равно:

Сопротивление на участке ЕВ равно:

где и потери на тройнике и отвод соответственно.

Найдем сопротивление на участке КЕ:

- турбулентное установившееся движение

Коэффициент эквивалентной шероховатости для трубы магистрали

возьмем такой же. как для труб кессонов (0,02 мм).

Таким образом, удельное сопротивление трения (или по длине) и удельное местное сопротивление будет равно:

Сопротивление на участке ЕК равно:

где и - потери на тройнике, внезапное расширение.

Переходим к расчету общего сопротивления магистрали. Для этого необходимо суммировать три параллельных соединения трубопроводов. Первым находим сопротивление при параллельном соединении участка ВБА и второго уровня кессонов, оно будет равно сопротивлению в точке В.

Вторым находится сумма сопротивлений в точке В на участке ЕВ, с третьим уровнем кессонов:

Таким образом, мы находим сопротивление в точке К, что будет являться общим сопротивлением всей системы. Оно находится суммированием сопротивлений в точке Е и на участке КЕ:

Полный напор в нашем случае сложится из геометрического и потерянного напоров. Первый легко найти по приведенной пространственной схеме водоснабжения. Таким образом:

Это и есть полный напор, который должен развивать насос для обеспечения заданного режима водопотребления данной сетью. Напорная характеристика данной сети приведена на графике.

Расчет потерь тепла

Мы имеем: толщину задней стенки кессона равную коэффициент теплопроводности стенки , температуру воды внутри системы охлаждения при её работе равную t=50ºC, температуру окружающей среды t=10ºC.

Учитывая эти и другие значения находим потери тепла в окружающую среду.

Но для этого сначала необходимо вычислить плотность теплового потока по формуле:

,

где и - соответственно температура поверхности пластины и теплоносителя (температура набегающего потока), - коэффициенты теплопроводности строительного кирпича.

У стальной стенки трубы имеется термическое сопротивление, но оно чрезвычайно мало и поэтому, без ущерба может быть отброшено. Находим q:

,

где коэффициент теплопроводности строительного кирпича взятый из начальных условий с учётом температур равны: .

Площадь поверхности кессона находим из его линейных размеров взятых из технической литературы:

.

Вследствие всего тепловой поток, отнимаемый системой охлаждения будет равен:

.

Рассчитываем коэффициенты теплоотдачи от воды к стенке.

Критерий Re для трубопровода мы рассчитывали при расчёте характеристики сети.

Так как это турбулентный режим (Re>2320), то необходимо воспользоваться формулой:

Nu=0,021Re0.8

Рассчитываем при коэффициенте теплопроводности воздуха по формуле:

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности материала (стенки) к окружающей среде. Для расчета коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции пользуются формулой:

Но при теплообмене за счет свободной конвекции воздуха можно пользоваться упрощенным уравнением. Для горизонтальных цилиндров, определяющий размер - наружный диаметр цилиндра.

В нашем случае наружный диаметр равен d=0,058м, следовательно пользуемся формулой:

Рассчитаем тепловой поток на единицу длины.

Для расчёта теплового потока на единицу длины трубопровода воспользуемся формулой:

где: -коэффициент теплоотдачи от воды к стенке; 1-теплопроводность стали: 1=17,5 Вт/м*град; - теплопроводность изоляции =0,15 Вт/м*град; -коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающей среде; d1- внутренний диаметр; d2- наружный диаметр трубы; d3- диаметр трубы с изоляцией; t1- температура воздуха t1=250С; t2-температура наружного воздуха t2=100С.

Необходимо учитывать термическое сопротивление стальной стенки трубы, но оно чрезвычайно мало и поэтому может быть отброшено.

Заключение

В данной работе проведен полный расчет системы водяного охлаждения кессонов печи жидкой плавки. Результатом расчетов является построенная напорная характеристика нашей сети. В ходе выполнения задания были рассчитаны такие величины как, число Рейнольдса, коэффициенты трения, местного сопротивления, потери напора и т.д. для кессонов рядового и фурменного, участков стояков и коллектора, всей системы охлаждения в целом, была построена характеристики сети. Итогом курсовой работы стал расчёт потерь тепла.

2

Характеристики

Список файлов курсовой работы