Послідовність розрахунку киплячого шару

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технічна теплофізика»

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

До проведення практичних занять і виконання домашніх індивідуальних завдань

з дисципліни “Типові технологічні об’єкти”

(для студентів груп АУПм, АУПмі)

ЗМІСТ

1. РОЗРАХУНОК ЕЖЕКТОРА 4

2. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ КИПЛЯЧОГО ШАРУ 8

3. ВИЗНАЧЕННЯ ПЛОЩІ РОБОЧОЇ ПОВЕРХНІ ТЕПЛООБМІННОГО АПАРАТА 11

4. РОЗРАХУНОК СКЛАДУ ПРОДУКТІВ КИСНЕВОЇ КОНВЕРСІЇ ПРИРОДНОГО ГАЗУ І ТЕМПЕРАТУРИ ПРОЦЕСУ 15

5. РОЗРАХУНОК СКЛАДУ ЛЕТКИХ ПРИ ТЕРМІЧНІЙ ОБРОБЦІ ТВЕРДОГО ОРГАНІЧНОГО ПАЛИВА 18

6. ВИЗНАЧЕННЯ МЕТУЛУРГІЙНОЇ ДОВЖИНИ МБЛЗ І МАКСИМАЛЬНО ПРИПУСТИМИХ ШВИДКОСТЕЙ РОЗЛИВКИ В ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД ПАРАМЕТРІВ РОЗЛИВКИ ЗАГОТОВОК 21

7. ПОБУДОВА МАТЕРІАЛЬНОГО ТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСІВ ПРОЦЕСУ ГАЗИФІКАЦІЇ 24

ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 29

Додаток А Схема ежектора 30

1 РОЗРАХУНОК ЕЖЕКТОРА

Послідовність розрахунку газового ежектора

Схему газового ежектора приведено в додатку А. Повний набір характеристик необхідних для розрахунку газового ежектора включає в себе: об’ємні витрати серед (н.ф.у.) V₁ і V₂, їх густини (н.ф.у.) r₁ і r₂, масові витрати G₁ і G₂, температури t₁ і t₂, тиски Р₁ і Р₂, а також тиск змішаного потоку на виході з ежектора Р₃.

Далі визначається орієнтовне значення коефіцієнта інжекції u=G₂/G₁, обчислюється відношення тисків ежектованої і ежектуючої серед Р₂/Р₁.

Наступним шагом є визначення температури змішаного потоку (°C) і його витрати за дійсних умов (м³/с):

, ,

де с₁, с₂, с₃ – теплоємності відповідно ежекуючої середи при її температурі t₁, ежектованої середи при її температурі t₂ і змішаного потоку при його температурі t₃. Процедура визначення температури t₃ носить ітераційний характер.

В залежності від технології виготовлення ежектора задаються значення коефіцієнтів швидкості сопла, камери змішання, дифузора і входу до камери змішання. На практиці в більшості випадків приймають наступні значення коефіцієнтів швидкості: f₁=0,95, f₂=0,975, f₃=0,9, f₄=0,925.

Далі, використовуючи рівняння, що описує роботу струнних апаратів цього типу визначається оптимальне значення співвідношення площ перерізів сопла і камери змішання.

,

де k – показник адіабати середи, що витікає (ежектуючої середи);

l_r– газодинамічна функція швидкості (вибирається у відповідних таблицях в залежності від відношення тисків ежектованої і ежектуючої серед) [1];

q_r – газодинамічна функція (вибирається у відповідних таблицях в залежності від відношення тисків ежектованої і ежектуючої серед) [1];

DPs=P₃-P₂ –напір, що утворюється ежектором, кПа.

Наступним кроком визначаємо дійсну швидкість витікання ежектуючої середи із сопла (м/с) і критичну швидкість витікання (м/с).

,

де R–газова постійна для середи, що витікає, обчислюється як відношення універсальної газової постійної R_m (8314 Дж/(кмоль×К)) і молярної маси середи M_c (кг/кмоль).

Порівнюючи знайдені значення швидкості витікання і критичної швидкості робимо висновок про режим витікання: докритичний (w₁<w_cr), критичний (w₁=w_cr) або надкритичний (w₁>w_cr).

Далі в цих методичних вказівках аналізуємо лише випадок з докритичним витіканням ежектуючої середи.

Визначаємо щільність середи, що витікає (кг/м³) в вихідному перерізі сопла:

Виходячи з цього обчислюємо площу перерізу вихідної частини сопла (м²): .

Використовуючи обчислене значення оптимального відношення площ перерізів вихідної частини cопла і камери змішання, визначимо площу перерізу камери змішання (м²): .

Визначивши площі перерізів вихідної частини сопла і камери змішання обчислюємо їх діаметри (для круглого перерізу ).

З конструктивних або технологічних міркувань обираємо значення швидкості змішаного потоку на виході з дифузору w_3f (15-20 м/c) і обчислюємо площу перерізу вихідної частини дифузору (м²): , де – щільність змішаного потоку на виході з дифузору.

Довжина дифузора і камери змішання визначається на базі наступних рекомендованих співвідношень: довжина камери змішання повинна складати – 4-6 діаметрів камери змішання, довжина дифузора обирається такою, щоб забезпечити кут розкриття дифузора 10-11°.

Площі перерізів патрубків, що підводять ежектуючу і ежектовані середи визначаються в залежності від дійсних витрат цих серед і прийнятих швидкостей руху. Швидкості руху для обох серед (w₁ і w₂) можна прийняти на рівні 10-12 м/с. Дійсні витрати визначаються як . Тоді площі перерізів патрубків відповідно визначимо як і . А діаметри визначимо, як це було зроблено для вихідної частини сопла і камери змішання.

Завдання по розрахунку газового ежектора

Визначити основні конструктивні характеристики газового ежектора, якщо витрата ежектуючого потоку (повітря) складає V₁ м³/год (н.ф.у.), його температура t₁°С, тиск р₁ кПа; при наступних параметрах потоку, що ежектується (повітря): витрата V₂ м³/год (н.ф.у.), температура t₂ °С, тиск р₂ кПа. Тиск змішаного потоку складає р₃ кПа. Визначені геометричні характеристики ежектора необхідно нанести на відповідну схему. Чисельне значення вихідних даних для кожного з варіантів приведено в таблиці 1. Теплоємність повітря в залежності від температури знаходимо в відповідних довідкових таблицях [2].

№ вар.	V1, м^3/год	V2, м^3/год	t1, °С	t2, °С	р1, кПа	р2, кПа	р3, кПа

Таблиця 1 – Вихідні дані для розрахунку ежектора

2 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ КИПЛЯЧОГО ШАРУ

Послідовність розрахунку киплячого шару

Розрахунок параметрів киплячого шару починається з визначення особливої характеристики матеріалу – відносної поверхні (м²/м³), яка обчислюється як , де d – середній діаметр гранул матеріалу, м.

Відомо, що кипіння шару має місце лише в визначеному інтервалі швидкостей руху дуттєвого агента. Шар починає переходити від статичного стану до кипіння при так званій першій критичній швидкості w_сr, а при значно більшому значенні швидкості (швидкості вітання) w_v киплячий шар перестає існувати, бо гранули матеріалу виносяться з зони киплячого шару разом з дуттєвим агентом.

Для визначення критичних швидкостей використовуються критерії Архімеда і Рейнольдса. Критерій Архімеда характеризує підйомну силу, що діє на гранули матеріалу і обчислюється наступним чином

,

де r_м – щільність твердого матеріалу кипіння якого вивчається, кг/м³;

r_д – щільність дуттєвого агента при його тиску та температурі, кг/м³;

n – кінематична в’язкість дуттєвого агента вибрана при його температурі в довідкових таблицях [2], м²/с;

e₀ – порозність шару в статичному стані, являє собою відношення об’єму пустот до загального об’єму шару.

Щільність дуттєвого агента розраховується наступним чином:

,

де r₀ – щільність дуттєвого агента за нормальних фізичних умов, кг/м³;

t –температура дуттєвого агента, °С

P – надлишковий тиск дуттєвого агента, кПа;

B – барометричний тиск, кПа.

Критерій Рейнольдса, що відповідає першій критичній швидкості знаходимо за наступною залежністю: . Тоді перша критична швидкість складає: .

Критерій Рейнольдса, що відповідає швидкості вітання знаходимо за наступною залежністю: . Тоді швидкість вітання складає: .

Витрата дуттєвого агента (м³/с н.ф.у.) визначається в залежності від витрати матеріалу, що оброблюється: , де G – витрата матеріалу, кг/год; n – норма витрати дуттєвого агента, м³/кг.

Дійсна витрата дуттєвого агента (м³/с) визначається за наступною формулою .

Площа решітки (м²) визначається як відношення дійсної витрати дуттєвого агента до обраної приведеної швидкості дуття (віднесеної до одиниці площі решітки).

Значення цієї швидкості треба обирати таким чином, щоб вона забезпечувала стабільне існування киплячого шару: була більшою першої критичної швидкості і меншою ніж швидкість вітання.

Завдання по розрахунку киплячого шару

Визначити діапазон швидкостей при якому існує киплячий шар, а також необхідну площу решітки за наступних вихідних даних: витрата твердого матеріалу, що оброблюється G кг/год, щільність матеріалу r кг/м³, розмір частинок матеріалу d мм, дуттєвий агент – повітря з температурою t °С, надлишковим тиском р кПа, витратою V м³/год (н.ф.у.). Чисельні значення вихідних даних для кожного з варіантів представлені в Таблиці 2. Значення початкової порозності шару прийняти для всіх варіантів рівним 0,4.

Таблиця 2 – Вихідні дані для розрахунку параметрів киплячого шару

№ вар.	G, кг/год	r, кг/м^3	d, мм	t, °С	р, кПа	V м^3/год (н.ф.у.)
			2,5
			3,5
			2,5
			6,5
			3,5
			4,5
			5,5

3 ВИЗНАЧЕННЯ ПЛОЩІ РОБОЧОЇ ПОВЕРХНІ ТЕПЛООБМІННОГО АПАРАТА

Дата добавления: 2015-10-13