/>Аннотация
В данной работе проведенрасчет стального трубопровода для подачи кислорода в цех. Для этогорассчитываются потери напора на трение и на местных сопротивлениях, поимеющимся данным строится характеристика сети для одного трубопровода. Такжерассчитано уравнение Бернулли для исходных данных.
Для наглядногоотображения графических результатов использован процессор MS Excel. Отчет оформлен в Microsoft Word.
Thesummary
In the givenwork for submission of oxigen calculation of the steel pipeline is lead(carriedout) to shop. For this purpose losses of a pressure on friction and on localresistance pay off, on the available data for one pipeline. Also equationBernoulli for the initial data is designed.
For evidentdisplay of graphic results processor MS Excel is used. The report is made outin Microsoft Word.
/>/>Введение
Под воздухопроводамипонимают обычно трубопроводы для воздуха высокого давления (свыше 0,15 ати),подаваемого нагнетателями и компрессорами. Трубопроводы воздуха низкогодавления, подаваемого вентиляторами, называют воздуховодами.
Воздухопроводыизготавливаются обычно из стальных шовных (водогазопроводных) или бесшовныхгорячекатаных труб; иногда применяются стальные холоднотянутые и холоднокатаныетрубы. Шовные трубы имеют сравнительно невысокое допускаемое давление (собычной стенкой должны выдерживать до 20 кгс/см2), поэтому их применяютв неответственных случаях и умеренных давлениях. При прокладке воздухопроводових сваривают.
Воздуховоды чаще всегобывают сварные или клепанные. При давлении воздуха до 200 – 300 мм их изготовляют из листового железа толщиной от 0,5 – 2 мм и доставляют на место в виде отдельных секций длиной 1 – 3 м. Секции снабжены фланцами и собираются при помощиболтов. Воздуховоды такого типа бывают круглого и прямоугольного сечения(короба). При небольших расходах вентиляторного воздуха, а также при болеевысоком его давлении воздуховоды изготавливают из стальных труб и делаютцельносварными из листовой стали. В ряде случаев воздуховоды делают из кирпича,бетона, железобетона и других материалов (подземные воздуховоды).
В воздухопроводах можетдопускаться скорость в пределах 5 -20 м/с, но рекомендуются значения скоростей12 – 15 м/с.
В данной работе будетрассчитан стальной газопровод, с двумя слоями изоляции – огнеупорным, толщиной 50 мм, и асбестовыми хлопьями, толщиной 40 мм, температура наружной поверхности изоляции (по выборустудента) – 700С. В газопроводе протекает газ – кислород (О2),расход кислорода 450м3/мин. Температуру газа принимаем равной 300С.Давление на выходе из воздухопровода (на входе в конвертерный цех) составляет 12ати.
В ходе гидравлическогорасчета будет найдено давление на входе, а также построена характеристика сетигазопровода.
Данные о коэффициентахсопротивлений, эквивалентная абсолютная шероховатость были взяты из приложенийкниги А.А.Гальнбека ”Водовоздушное хозяйство металлургических заводов”.
В ходе расчетатепломассообмена будут рассчитаны потери тепла в окружающую среду.
Различают три способараспространения теплоты в природе – теплопроводность, конвекция и тепловоеизлучение и два вида теплообмена между телами – конвективный и лучистый.
Под конвекцией понимаютраспространение теплоты в среде с неоднородным распределением температур, осуществляемоемакроскопическими элементами жидкости при ее перемещении. Распространениетеплоты конвекцией всегда сопровождается теплопроводностью, т.е. молекулярнымпереносом теплоты.
Тепловое излучение – этоизлучение, возникающее в результате возбуждения частиц вещества ираспространяющееся в пространстве электромагнитными волнами.
Теплообмен, обусловленныйсовместным действием конвективного и молекулярного переноса теплоты, называютконвективным теплообменом.
При лучистом теплообменепроисходит двойное превращение энергии.
/>/>/>/>Гидравлический расчет для конкретных данных1)Расчет плотности газа при данном давлении и температуре
/>
/>/>
Температура и давлениегаза при нормальных условиях:
То =298 К, po= 1,013·105 Па.
Температура и давлениегаза:
р = 12 ати = 12·9,81·104Па = 11,8·105 Па,
Т = 30+273 = 303 К.
/>/>
2) Определение расчетных скоростей на отдельных участках
В данной работе заданобъемный расход Q=450м3/мин.
/>
Пусть W=12 м/с (рекомендованная скоростьгаза в кислородопроводе)
Тогда:
/>
Стандартная стальнаятруба d1 = 0,9м = 900мм.
Расчетная скорость:
/>,
что также входит вдиапазон рекомендованных значений (11~15 м/с)
При расширении задаемсяменьшей сокростью/>
/>
/>
Тогда:
Стандартная стальнаятруба d2 = 1м = 1000мм.
Расчетная скорость:
/>,3)Определение потерь напора на участках
Для расчетакинематической вязкости необходимо сначала рассчитать динамическую вязкость.
μо =0,082·10-3 Па·с — динамическая вязкость газа при 0 оС;
T = 303 К — температура газа;
С = 114 — постоянная длякислорода.
/>
Тогда:
/>,
где ρ – плотностьгаза, μ – динамическая вязкость газа
1 участок. Для определения режима движения напервом участке рассчитаем число Рейнольдса:
/>
Re1>Reкр(2320),следовательно режим движения турбулентный.
Рассчитаем толщинуламинарного подслоя:
/>
Абсолютнаяшероховатость ∆=1мм.Тогда ∆ больше δ, имеем область гидравлически шероховатых труб.
Для гидравлическишероховатых труб λ рассчитывается по формуле Никурадзе
/>
Определим коэффициентсопротивления b на первом участке.
Коэффициенты местныхсопротивлений принимаем равными:
Ξвентили =5*2=10;
ξповорот на 90 =4·1,2=4,8;
Следовательно, ∑ξ= 14,8.
Длина первого участка=450м
Таким образом потери натрение составят
/>
Тогда местные потерисоставят:
/>
2 участок. Для определения режима движения навтором участке рассчитаем число Рейнольдса:
/>
Re2>Reкр=2320, следовательно режим движениятурбулентный.
Рассчитаем толщинуламинарного подслоя:
/>
Абсолютная шероховатость ∆=1мм.Тогда ∆ больше δ, имеем область гидравлически шероховатых труб.
Коэффициент трения λ2определяем по формуле Никурадзе:
/>
Определим коэффициентсопротивления b на втором участке.
Коэффициенты местныхсопротивлений принимаем равными:
ξвентиля=5.
ξповорот на 90 =1,2;
ξрезкоерасширение = />.
Длина второго участка />
Таким образом потери натрение составят
/>
Тогда местные потерисоставят:
/>
Общие потери составят
/>
4) Уравнения Бернулли иопределение давления на входе
При заданном давлении навыходе уравнение Бернулли позволяет определить давление на входе, котороенеобходимо знать для построения характеристики сети.
Уравнение Бернулли дляизотермического процесса:
/>
Выберем два сечения 1-1 и2-2, для них /> Будем исходить из того чторежим у нас изотермический T=const. Также учтем />.
Тогда уравнение приметвид:
/>
Подставляем известныезначения, для этого необходимо перевести давление из ати в Па, т.е. р = 12 ати= 12·9,81·104 Па = 11,8·105 Па,
Т = 30+273 = 303 К.
/>
Т.е. водород необходимоподавать в сеть под давлением 12,08 ати чтобы потребляемое давление было 16,1ати, что в Па не составляет шести процентов от Рнач. Следовательно нужнопересчитать потери и изменить скорость подачи кислорода для получения нужногорезультата.1)Расчет плотности газа при данномдавлении и температуре
/>/>
/>/>
/>Температура и давление газа принормальных условиях:
/>
То =298 К,/>po= 1,013·105 Па.
/>
Температура и давлениегаза:
/>
р = 12 ати = 12·9,81·104Па = 11,8·105 Па,
/>Т = 30+273 = 303 К.
/>/>
2) Определение расчетных скоростей наотдельных участках
В данной работе заданобъемный расход Q=450м3/мин.
/>
Пусть W=15 м/с (рекомендованная скоростьгаза в кислородопроводе)
Тогда:
/>
Стандартная стальнаятруба d1 = 0,8м = 800мм.
Расчетная скорость:
/>,
что также входит вдиапазон рекомендованных значений (12~15 м/с)
При расширении задаемсяменьшей сокростью/>
/>
/>
Тогда:
Стандартная стальнаятруба d2 = 0,9м = 900мм.
Расчетная скорость:
/>,
что также почти входит вдиапазон рекомендованных значений (12~15 м/с)3)Определение потерь напора научастках
Для расчетакинематической вязкости необходимо сначала рассчитать динамическую вязкость.
μо =0,082·10-3 Па·с — динамическая вязкость газа при 0 оС;
T = 303 К — температура газа;
С = 114 — постоянная длякислорода.
/>
Тогда:
/>,
где ρ – плотностьгаза, μ – динамическая вязкость газа
1 участок. Для определения режима движения напервом участке рассчитаем число Рейнольдса:
/>
Re1>Reкр(2320),следовательно режим движения турбулентный.
Рассчитаем толщинуламинарного подслоя:
/>
Абсолютнаяшероховатость ∆=1мм.Тогда ∆≤δимеем область гидравлически гладких труб.
Для гидравлически гладкихтруб λ рассчитывается по формуле Блазиуса:
/>
Определим коэффициентсопротивления b на первом участке.
Коэффициенты местныхсопротивлений принимаем равными:
Ξвентили =5*2=10;
ξповорот на 90 =4·1,2=4,8;
Следовательно, ∑ξ= 14,8.
Длина первого участка=450м
Таким образом потери натрение составят
/>
Тогда местные потерисоставят:
/>
2 участок. Для определения режима движения навтором участке рассчитаем число Рейнольдса:
/>
Re2>Reкр=2320, следовательно режим движениятурбулентный.
Рассчитаем толщинуламинарного подслоя:
/>
Абсолютная шероховатость ∆=1мм.Тогда ∆ больше δ, имеем область гидравлически шероховатых труб.
Коэффициент трения λ2определяем по формуле Никурадзе:
/>
Определим коэффициентсопротивления b на втором участке.
Коэффициенты местныхсопротивлений принимаем равными:
ξвентиля=5.
ξповорот на 90 =1,2;
ξрезкоерасширение = />.
Длина второго участка />
Таким образом потери натрение составят
/>
Тогда местные потерисоставят:
/>
Общие потери составят />/>
4) Уравнения Бернулли иопределение давления на входе
При заданном давлении навыходе уравнение Бернулли позволяет определить давление на входе, котороенеобходимо знать для построения характеристики сети. Уравнение Бернулли дляизотермического процесса:
/>
Выберем два сечения 1-1 и2-2, для них /> Будем исходить из того чторежим у нас изотермический T=const. Также учтем />.
Тогда уравнение приметвид:
/>
Подставляем известныезначения, для этого необходимо перевести давление из ати в Па, т.е. р = 12 ати= 12·9,81·104 Па = 11,8·105 Па,
Т = 30+273 = 303 К.
/>
Т.е. водород необходимоподавать в сеть под давлением 12,08 ати чтобы потребляемое давление было 19,2ати.5)Построение характеристики сети
Для построенияхарактеристики сети необходимо вычислить коэффициент b, из формулы
/> имеем />, где
/>
/>, где />
Уравнение напорнойхарактеристики сети записывается следующим образом:
H=a+(c+b)·Q2, где />
/>-коэффициент сопротивлениятрубопровода.
/>.
Теперь необходимопостроить график H(Q), построение выполняем в Microsoft Excell. Характеристика сети показана на рисунке .
Для данного трубопроводауравнение характеристики сети имеет вид:
/>
/>/>/>Заключение
В данном курсовом проектебыл рассчитан стальной кислородопровод от кислородной станции до конвертерногоцеха. В гидравлическом расчете было определено значение давления на входе P=12,08 ати и построена характеристикасети кислородопровода, представлен её график.
Для данной сетикоэффициент трения 0,026