Ыстық мұнай құбырларын есептеу мысалдары.

Ыстық мұнай құбырына қатысты бірнеше есептерді келтіреміз:

1–мысал. Жылу оқшаулатқыштың қажетті қалыңдығын есептеу. Айдалатын мұнай шығыны, оның сипаттамалары, құбыр аралығының ұзындығы, құбырдың жылулық сипаттамалары, аралықтағы мұнайдың қажет болатын бастапқы және соңғы температуралары берілген. Егер жылу оқшаулатқыш жоқ болса, онда осындай құбыр жұмыс істеге қабілетті ме (яғни ағынның ламинарлы және турбулентті бөліктер ұзындықтарының қосындысы құбыр ұзындығынан кем болмай ма), соны білу керек. Сол сияқты қажет болған жағдайда жылу оқшаулатқыштың керекті қалыңдығын есептеу керек.

Берілгені: Q =0,0801 м³/с; D _н=426 мм; δ _ст=9 мм; L =10км; T _н=353К; T _к=318; T ₀=253; ν ₂₈₃=7000 мм²/с; u =0,081 1/К; λ _н=0,122Вт/(м∙К); c _р=1890 Дж/(кг∙К); ρ ₂₉₃=895кг/м³; β =722∙10^–6 1/К; λ _ст=58,1 Вт/(м∙К); α ₂=14,64 Вт/(м²∙К).

Шешуі: Алдымен турбулентті тәртіптегі құбырдың ішкі α ₁ жылу берілу коэффициентін табамыз (сыртқы α ₂ жылу берілу коэффициенті берілген).

Турбулентті ағын тәртібі ламинарлы болып өзгеретін Т _кр аумалы температура ( =2000 деп аламыз):

Турбуленттік аумақтағы ағынның орташа температурасы:

Т _п= Т _ср.1=

Ағындағы және құбырдың болат қабырғасы температурасындағы (Т _п және Т _ст) мұнай тұтқырлығын табамыз. Т _ст0= Т _ср.2≈ Т _ср.1–20=323К деп жуықтаймыз. Сонда

ν _п 54,9 мм²/с,

ν _ст 274,1 мм²/с.

Т _п және Т _ст температураларындағы Рейнольдс, Прандталь және Грасгоф параметрлері:

=4551,3;

=761,5;

=3801,1.

3165317.

Рейнольдс параметрі (Re_п =4551,3) 2000<Re_п<10⁴ аралықты жатқандықтан,

өрнектерін қолданамыз.

=48,53 Вт/(м²∙К).

Яғни =48,53 Вт/(м²∙К).

Т _ср.2 мәнін қайта есептейміз (тексереміз):

Т _ст= Т _ср.2= =322,0 К, ол мән Т _ст0= Т _ср.2≈ Т _ср.1–20=323К шамасына жуық тұр, яғни есеп дұрыс шығарылып жатыр.

Ламинарлы аумақтағы ағынның орташа температурасы:

Т _ср.1= Т _п= =325,3К;

Т _ст0= Т _ср.2≈ Т _ср.1–20=305К.

ν _п 226,7 мм²/с,

ν _ст 1178,1 мм²/с.

Т _п және Т _ст температураларындағы Рейнольдс, Прандталь және Грасгоф параметрлері:

=1102,9;

=3142,6;

=16334,7.

185863.

Рейнольдс параметрі (Re_п =1102,9) Re₁<2000 аралықты жатқандықтан,

Яғни α _1л=36,47 Вт/(м²∙К).

Т _ср.2 мәнін қайта есептейміз (тексереміз):

Т _ст= Т _ср.2= =308,6 К, ол мән Т _ст0= Т _ср.2≈ Т _ср.1–20=305К шамасына жуық тұр, яғни есеп дұрыс шығарылып жатыр.

Құбырдың толық жылу берілу коэффициентін турбулентті және ламинарлы ағын тәртіптері үшін анықтаймыз. Құбырдың ішкі диаметрі:

D = D _н–2 δ _ст=426–2∙9 мм=408 мм=0,408 м.

Турбулентті тәртіпте:

=0,21121,

11,604 Вт/(м²∙К).

Ламинарлы тәртіпте:

= 0,22791,

10,754 Вт/(м²∙К).

Турбулентті тәртіптегі құбыр бөлігінің ұзындығы:

=2067,2м;

Ламинарлы тәртіптегі құбыр бөлігінің ұзындығы:

=2003,8м.

Температура бастапқы 353К шамадан соңғы 318К мәніне дейін азаятын құбыр бөлігінің ұзындығы L _т+ L _л=2067,2+2003,8=4071м<10000м= L. Яғни мұнай құбырдың соңына талап етілген 318К температурадан төмен температурамен барады екен, демек жылу оқшаулатқыш қажет. L ұзындықты құбыр бойындағы мұнай температурасын бастапқы 353К шамадан соңғы 318К мәніне дейін азаюды қамтамасыз ететін Шухов параметрінің мәні:

=0,43078.

Жылу оқшаулағыш материалы ретінде пенополиуретан ППУ–30 материалын алсақ, онда 2.6–кестеден пенополиуретанның жылу өткізгіштік коэффициенті

λ_из=0,052 Вт/(м∙К) екендігін білеміз. Сонда ағын аралас тәртіпте жүретін құбырдағы жылу оқшаулатқыштың диаметрі:

=442 мм. Сонда мұнай құбырдың соңына талап етілген 318К температурамен жетуді қамтамасыз ететін жылу оқшаулатқыштың қалыңдығы:

мм.

2–мысал. Жылу және сорап стансаларының сандарын табу. Айдалатын мұнай шығыны, оның сипаттамалары, құбырдың жалпы ұзындығы, құбырдың жылулық сипаттамалары, аралықтағы мұнайдың қажет болатын бастапқы және соңғы температуралары берілген. Жылу және сорап стансаларының сандарын табу керек.

Берілгені: Q =0,131 м³/с; D _н=426 мм; δ _ст=10 мм; L _тр=950км; T _н=347К; T _к=303К; T ₀=276; ν ₂₆₃=12400 мм²/с; ν ₃₅₃=24 мм²/с; c _р=2050 Дж/(кг∙К); ρ ₂₉₃=935кг/м³; α _1т=55,2 Вт/(м²∙К); α _1л=27,2 Вт/(м²∙К); К _т=3,4 Вт/(м²∙К); К _л=2,26 Вт/(м²∙К), Δ z =200 м.

Шешуі:

Құбырдың ішкі диаметрі:

D = D _н–2 δ _ст=426–2∙10 мм=406 мм=0,406 м.

Вискограмма тіктігінің коэффициенті:

=0,0694155 1/К.

Турбулентті ағын тәртібі ламинарлы болып өзгеретін аумалы температура ( =2000 деп аламыз):

=322,1 К.

T _к < T _кр < T _н, яғни 303<322,1 <347 К болғандықтан, ағын аралас тәртіпте жүреді.

(2.53) – өрнегінен Шу _л/ Шу _т= К _л/ К _т болатындықтан, ламинарлы тәртіпте анықталатын Шухов параметрінің өрнегі табылады:

0,8218;

Турбулентті тәртіпте:

Шу _т= =1,2363.

Жылу стансаларының арасы (2.52) – формуладан табылады:

=71619 м.

Турбулентті тәртіптегі құбыр бөлігінің ұзындығы:

=25064 м.

Ламинарлық ағын бөлігінің ұзындығы:

=71619–25064=46555 м.

Бастапқы температурадағы мұнай тұтқырлығы:

ν _н 36,4 мм²/с.

Турбулентті тәртіптегі құбыр бөлігіндегі арынның жоғалуы:

, ;

282,1 м.

Ламинарлы тәртіптегі құбыр бөлігіндегі арынның жоғалуы:

, ;

52,2 м.

Температуралық түзетулер:

,

х ₁= х _т1= =–1,1309;

х ₂= х _т2= =–0,7337.

шамасын анықталған интегралды сандық интегралдауды әдісімен (компьютерлік бағдарламаны пайдалана отырып) есептейміз:

= =0,1739. Сонда

=0,4822;

Ламинарлы бөліктегі түзету:

,

х ₁= х _л1= = –3,1090;

х ₂= х _л2= = –1,8223.

= =0,1739. Сонда

=8,6313.

Арынның жалпы екі бөліктегі (L жылу стансалар аралығындағы) жоғалуы екі қосынды көмегімен табылады:

586,8 м.

Жылу стансаларының саны:

n _тс =L _тр/ L _тс = =13,26.

Арынның бүкіл L _тр құбыр ұзындығындағы жоғалуы:

7781 м;

Арынның толық жоғалуы:

Н =Δ z+ = 200+7781 = 7981м;

Берілген беріліске сәйкес (Q =0,131 м³/с, Q _сағ= 0,131∙3600 = 471,6 м³/сағ) негізгі сорап ретінде НМ 500–300 сорабын таңдаймыз. Бұл сораптың екеуін, немесе үшеуін стансада тізбектей жалғауға болады. Стансадағы шекті арын:

=699 м, яғни үш сорап бұдан көп арын беретіндіктен (құбыр шыдас бермейді), стансада екі сорап қойылады. Сонда станса арыны шамамен 300∙2=600 м болады, ал сорап стансаларының саны:

=13,3.

Стансалар санын үлкен жаққа дөңгелектейміз:

n _тс=13,26≈14; n _тс=13,3≈14.

Олардың саны бірдей болып шықты. Яғни әрбір станса сораптық–жылу стансасы түрінде болу керек.

Дата добавления: 2015-07-14