Газодинамика

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 2 РАСЧЕТ ИСТЕЧЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ЧЕРЕЗ СОПЛО ЛАВАЛЯ 3 РАСЧЕТ ИСТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА (ГАЗА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ) ЧЕРЕЗ ЩЕЛЕВОЕ СОПЛО 4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДЫМОВОГО ТРАКТА И ДЫМОВОЙ ТРУБЫ 13 4.1

Расчет гидравлических сопротивлений дымового тракта 4.2 Расчет высоты дымовой трубы 18 ВЫВОДЫ 21 ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК 22 ВВЕДЕНИЕ Цель курсовой работы - расширение и закрепление теоретических и практических знаний, полученных при изучении курса. Исходными данными к работе являются: расход природного газа, давл­ние в цеховом газопроводе, давление воздуха, температура воздуха, теоретический расход воздуха, теоретический расход

продуктов горения, расход продуктов горения в параллельном тракте, плотность продуктов горения, суммарное сопротивление параллельного тракта, температура продуктов горения на вы­де из печи, температура продуктов горения после рекуператора, поперечное сечение печи, размеры газопровода и дымового тракта. Необходимость решения поставленной задачи обусловлена широким применением трубопроводов в промышленности для транспортировки газооб­разных и жидких сред, а также дымоотводящих трактов и дымовых труб, обес­печивающих

удаление продуктов сгорания из рабочего пространства различных теплоэнергетических агрегатов Общая гидрогазодинамическая схема объекта приведена на рис. 1. 1 - цеховой газопровод; 2 - подводящий газопровод; 3 - топливосжигающее устройство (горелка) с газовым соплом Лаваля и воздушным щелевым соплом; 4 - камера промтеплоэнергетической установки;

5 - дымоотводящий тракт; 6 - дымовая труба Рис. 1 - Общая гидрогазодинамическая схема объекта 1 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Общая длина газопровода Lобщ = 44 м. Принимаем температуру газа Тг = 293 К (20°С), коэффициент трения λ = 0,02. Начальное абсолютное давле­ние газа (на входе в газопровод):

Рн = (Ргцех)изб + 101300 = 520000 + 101300 = 621300 Па (621,3 кПа). Предельный диаметр газопровода: м. газопровода: D = (1,4 1,6) • D* = (1,4 1,6)-0,0220 = 0,0308 :0,0352 м. Принимаем D = 0,045 м. Расчет потерь давления в газопроводе Схема газопровода приведена на рис.2. 1 2 1-цеховой газопровод;

2 - задвижка; 3 - измерительная диафрагма; 4 - регулирующая заслонка; 5 - горелка; 6 - сопло Лаваля Рис. 2 - Схема газопровода 1.Вход в газопровод: , Па, Где кмс- коэффициент местного сопротивления. Определяем по[1, с. 142] кмс = 0,5 W0- скорость газа, м/с: Давление Ризб, кПа: - в начале участка Ризбн = 520 кПа -в конце участка Ризбк = Ризбн − ∆Рмс = 520 − 3,113 = 516,887

кПа. Эти результаты заносим в строку 1 таблицы 1. Абсолютное давление в конце участка: Рабск = Рабсн − ∆Рмс= 621300 – 3113 = 618187 Па. 2.Трение на участке L1=2м. Абсолютное давление в конце участка: Потери давления на трение составят: ∆Ртр=Рн-Рк=618187 − 612500=5687 Па (5,687 кПа). Избыточное давление в конце участка 1:

Ризбк = Ризбн − ∆Рмс = 516,881 − 5,687 = 511,2 кПа. Аналогично определены потери давления в местных сопротивлениях и на трение на остальных участках газопровода. Результаты занесены в таблицу 1. Потери геометрического напора на участках 1 и 2: ∆Ргеом = g · h · (ρв − ρг), Где h = L1 + L2 = 2 + 1 = 3м. ρв, ρг – действительные плотности воздуха и газа, кг/м3; кг/м3;

кг/м3; ∆Ргеом=9,8·3·(1,205− 4,564) = −99 Па (−0,099 кПа). Абсолютное давление в конце участка 2: Рабск = Рабсн − ∆Ргеом= 694926 + 99 = 695025 Па. Избыточное давление: Ризбк = Ризбн − ∆Рабс = 479,141+ 0,099 =479,240 кПа. Потери давления в газопроводе составили 226073 Па.

Абсолютное давление в конце газопровода: 621300 −226073 = 395227 Па. С учетом 10% запаса потери давления: 226073 · 1,1 = 248680 Па. Тогда абсолютное давление в конце газопровода составит: 621300 – 248680 = 372620 Па. 2 РАСЧЕТ ИСТЕЧЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ВЫСОКСГО ДАВЛЕНИЯ ЧЕРЕЗ СОПЛО ЛАВАЛЯ Критическая скорость (в узком сечении сопла

Лаваля): ; м/с. Максимальная расчетная скорость: ; =428 м/с. Скорость на выходе из сопла Лаваля: Wmax = φ · Wmax = 0,96 · 428 = 411 м/с. где φ – коэффициент, учитывающий потери при истечении газа. Φ = 0,95…0,97. Принимаем 0,96. Для расчета сопла Лаваля используем газодинамические функции. Параметры газа в критическом сечении (λ = 1): &

#8722; давление 202668 Па; −плотность 2,287 кг/м3; − температура 2254 К. Относительная скорость: Параметры газа в выходном сечении: − плотность: кг/м3 − температура: Используя закон неразрывности, определим площади поперечного сечения и диаметры сопла: − в критическом сечении сопла: G= V0г · ρ0 = Wкр · ρкр · fкр, Откуда: м2; м (16,8мм) − в выходном сечении сопла: м2; м (18,9мм).

Длина расширяющейся части сопла: мм (0,012м), Где α – угол раскрытия. α=7…11˚. Принимаем α=10˚. Массовый расход природного газа: G = V0г · ρ0 = 0,27 · 0,714 = 0,1928 кг/с. 3 РАСЧЕТ ИСТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА (ГАЗА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ) ЧЕРЕЗ ЩЕЛЕВОЕ СОПЛО Так как давление воздуха отличается от давления окружающей среды менее, чем на 10%,

то воздух считается газом низкого давления. Плотность и температуру воздуха в процессе истечения принимаем постоянными. Скорость истечения воздуха в этом случае рассчитываем по формуле: , где φ = 0,85…0,9 – коэффициент, учитывающий потери при истечении. Принимаем φ = 0,9; W1 −скорость перед соплом. Принимаем W1=0; ρ – плотность воздуха, приведенная к действительным условиям. кг/м3 Р1− давление воздуха перед соплом:

Р1 = Рв +101,3 = 3,4 + 101,3 = 104,7 кПа (104700 Па). Тогда м/с Скорость истечения при нормальных физических условиях м/с. Площадь F попречного сечения кольцевой щели для истечения воздуха определим из уравнения неразрывности: Gв= V0в · ρ0в = W · ρ · F; , где V0в=α · L0· V0г= 1,15 · 9,52 · 0,27 =2,96 м3/с; тогда м2.

Диаметр D кольцевой щели рассчитаем с учетом наружного диаметра d сопла Лаваля (рис. 3): d = dвых+ 5 = 18,9 + 5 = 23,9 мм (0,0239м). С другой стороны, , откуда м (289мм). 1 - сопло Лаваля; 2 - воздушное щелевое сопло Рис. 3 - Выходная часть горелки Вычертить в масштабе по размерам: dкр=16,8 мм; dВых=218,9мм;

1=12 мм; D=289 мм. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДЫМОВОГО ТРАКТА 4.1 Расчет гидравлических сопротивлений дымового тракта Гидравлический расчет дымового тракта необходим для последующего выбора тягового устройства (дымососа, эжектора, дымовой трубы). Если одно тяговое средство обслуживает несколько параллельных трактов, то выбор его производится по сопротивлению наиболее напряженного тракта (а не по сумме сопротивлений всех

параллельных трактов). Схема дымового тракта приведена на рис. 4. Общее сопротивление дымового тракта рассчитывается как сопротивление газохода низкого давления и состоит из потерь давления на трение, в мест­ных сопротивлениях и потерь геометрического давления (гидростатических сопротивлении): , где ∆Р∑ - общее сопротивление дымового тракта, Па. Потери давления на трение, Па, рассчитываются по формуле: где λ - коэффициент трения для

бетонных и кирпичных каналов при турбулентном режиме движения. λ=0,04…0,05. Принимаем λ=0,04 Рдин – динамическое давление, Па; В − барометрическое давление, кПа; Рст – статическое давление, кПа; для газов низкого давления принимаем В+Рст≈ 101,3 кПа; dг − гидравлический диаметр канала, м, ; П – периметр сечения, м; ; , – расчетный расход газа, м3/с; − присос атмосферного воздуха

к продуктам сгорания; ∆V=(0,2…0,2)% На 1 м длины тракта. Принимаем ∆V= 0,2% Расход дымовых газов: V0пг = V0г · ( V0 +(α−1)) · L0 = 0,27 · (10,52 + (1,15 − 1)) · 9,52 = 3,226 м3/с. Составим таблицу 2 гидравлических сопротивлений дымового тракта. Падение температуры продуктов сгорания составляет 1…1,5˚С/м.

1 - печь; 2 - дымовой канал; 3 - рекуператор; 4 - дымовой шибер; 5 - дымовая труба Рис. 4 - Схема дымового тракта 1.Резкое сужение на выходе из печи представляет собой местное сопротивление. Потери давления в местных сопротивлениях определяется по формуле: , где м/с; м2 м2 Па; Потери давления: Па; Давление продуктов сгорания на выходе из печи: Р=∆Рмс= − 2,91 Па; Результаты заносим в строку 1 таблицы 2. 2.

Трени на участе L1=1 м. ; м3/с; м3/с; Температура газов в конце участка 2: tг=770−1=769˚С; Расчетная скорость: м/с Па; Гидравлический диаметр канала: м; . Потери давления на трение на участке 2: Па; Давление в конце участка 2: Р= −2,91−0,444 = −3,354 Па; 3.Резкий поворот 90˚: Vн=3,226+0,0065=3,233 м3/с ; м/с;

Па; 1,026 · 7,539=7,735 Па. Давление после резкого поворота: Р= −3,354−7,735 = −11,089 Па. 4.Опускание газов на глубину h1=6,1 м. , где ρв и ρг− плотности воздуха и продуктов сгорания при длительных уссловиях. Температура газов в конце участка 2: tг=769−6,1=762,9˚С =51,536 Па; Анологично определены потери давления по остальным участкам дымового тракта.

Потери давления в рекуператоре (строка 8 таблицы 2) определены при средней температуре газов в рекуператоре: (760,9+500)/2=630,5˚С. в тройнике происходит слияние двух потоков дымовых газов: прямого в конце участка L8 и бокового из паралленьного тракта с расходом V2=5,8 м3/с. Поэтому расход газов в тройнике составит: 3,351+0,027+5,8=9,178 м3/с. Поскольку к тройнику (см. строку 19 таблицы 2) проходит тракт с сопротивлением

∆Р2=340 Па, то дальнейший расчет давлений ведем по более напряженному дымовому тракту (строки 19…23). Суммарные потери давления по дымовому тракту составили Па. 4.2Расчет высоты дымовой трубы Расчет высоты дымовой трубы заключается в определении высоты, а также диаметров нижнего (основания) и верхнего (устья) сечений. Ориентировочная высота дымовой трубы: , где Ррасч− расчетное разряжение, создаваемое у основания

дымовой трубы, Па, Ррасч=(1,3…1,5) 1,3…1,5 – коэффициент запаса, учитывающий возможное форсирование работы печи, а также засорение каналов. Принимаем коэффициент запаса равным 1,4. Тогда расчетное разряжение составит: Ррасч=1,4·382,825=535,96 Па. Плотности при действительных условиях: − воздуха при температуре tв=20˚С: кг/м3; − продуктов сгорания при температуре tг=603,1˚С: кг/м3.

Тогда ориентировочная высота дымовой трубы составит:м. Уточненное значение H, м, рассчитывается с учетом потерь давления в дымовой трубе, изменения температуры газов по высоте трубы, конусности стола трубы: , где – tв= tв1−0,007 ·−средняя по высоте трубы температура наружного воздуха; tв1 − температура воздуха у основания трубы; tв1=20˚С; tв = 20 − 0,007 · 67 = 19,5˚С (292,5

K); t1 – температура продуктов горения у основания трубы, ˚С; t1 = tг = 603,1 ˚С (876,1К) (строка 23 таблицы 2); t2 – температура продуктов горения в устье трубы, ˚С; t2= t1−δ · = 603,1 − 67 = 536,1˚С (809,1 K); δ = 1˚С/м – падение температуры на 1м высоты трубы; tг − средняя по высоте трубы температура газов, ˚С; tг = 0,5(t1 + t2) = 0,5(603,1 + 536,1) = 539,6˚С

(842,6 К); dср− средний диаметр дымовой трубы, м; Диаметр устья рассчитывается по скорости газов на выходе из трубы W02=2…4 м/с. Из соображений удобства обслуживания диаметр устья трубы должен быть не менее 800 мм. Принимаем W02=3 м/с. Расчет диаметра устья производится по суммарному расходу дымовых газов (строка 23 таблицы 2): откуда м. Диаметр основания трубы: dосн = 1,5 dуст = 1,5 · 1,986 = 2,979 м.

Средний диаметр дымовой трубы: dср = 0,5(1,986 + 2,978) = 2,483 м. Скорость продуктов сгорания у основания трубы: м/с. Тогда уточненная высота дымовлой трубы составит: м. Окончательная высота дымовой трубы 75 м. а) результаты расчета газопровода: давление в цеховом; газопроводе − 520 кПа; общее сопротивление газопровода -− 84,747 кПа; давление газа перед горелкой

− 636,55кПа; расход природного газа − 0,37 м /с. б) результаты расчета сопла Лаваля Сечение Параметры Р, кПа G, кПа V0, м3/с f, мм2 d, мм W, м/с Т, К критическое 202,668 0,1928 0,27 221 16,8 304 254 выходное 101,325 0,1928 0,27 280 18,9 411 215 Р1 = 372,620 кПа; Т1=293 К; R=523Дж/(кг·К); k=1,31 в) результаты расчета истечения воздуха: коэффициент расхода воздуха − 1,15; расход воздуха − 2,96 м /с; давление воздуха перед горелкой

– 3,4 кПа; температура воздуха −340°С; площадь щелевого сечения − 0.06497 м2; діаметр щели – 0,289 м; скорость истечения при НФУ − 46 м/с; скорость при действительных условиях − 99 м/с. г) результаты расчета дымового тракта: расход продуктов горения − 9,290 м /с; общее сопротивление расчетного тракта − 382,825 Па; сопротивление, выбранное для расчета дымовой трубы – 535,96

Па; диаметр устья трубы − 1,986 м; диаметр основания − 2,979 м; ориентировочная высота − 67 м; уточненная высота − 74,1 м; окончательная высота − 75 м. ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК 1.Шелудченко В.И Кравцов В.В Курбатов Ю.Л. Гидрогазодинамика До­нецк, 1997 194 с. 2.Методические указания к выполнению курсовой работы по гидрогазодина­мике. Сост. Ю.Л.Курбатов Донецк: ДГТУ 2000 -

31 с.