Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Хранение и транспортировка криогенных жидкостей...doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
970.24 Кб
Скачать

Расчет времени охлаждения магистралей.

Для расчета времени охлаждения магистрали газообразными продуктами необходимо решить систему дифференциальных уравнений:

- неразрывности;

- движения потока;

- энергии для потока;

- теплопроводности стенок;

- c граничными условиями на внутренней стенке ( теплообмен ) ;

- c граничными условиями на внешней стенке ( теплообмен ) ;

т.е. надо решить систему из шести уравнений.

Данную систему уравнений можно упростить. Введем допущения:

- массовая скорость потока задана;

-  = 0 ( продольная ) ;

-    ( по нормали );

- стенка изолирована от теплопритока с внешней стороны.

Тогда система из двух уравнений:

Т/∂ + W ∂T/∂z = [ 4 ( Tw -T ) ] / ( г Cpг D )

Тw/∂ + [ ( Tw -T ) ] / ( w Cw )=0

Для многих практических задач w = сonst; /( w Cw ) = const.

Первоначальные значения температуры стенки и газа равны между собой и постоянны по длине, а температура потока на входе изменяется скачкообразно, т.е.:

T ( 0,z ) = Tw ( 0,z ) = T0

T ( ,0 ) = Tвх.

Далее вводим новые переменные, безразмерные и :

= ( 4 z ) / ( г Ср г W D ) = ( F z ) / ( G Cp г L ) = 4 St ( z / L ) - приведенная длина;

= [( 4 ) / ( w C w )]·(- z/W ) - приведенное время.

При  z / W

= ( 4 ) / ( w C w ) = [ 4F/(GCpг)] · (W/ L) · [MгCpг/(MwC w)] =

= 4 St Но(M гCpг ) / (M wC w )

F - поверхность трубы, F = D L;

G - расход газа, G = D2 г W / 4;

M г - масса газа в трубе, M г = D2 L г / 4;

Mw - масса трубы, Mw = D L w.

Но – критерий гомохромности

Обычно ( M г Cp г ) / ( M w Cp w )  1, тогда уравнения запишутся так:

T/∂ = Tw -T

-

ξ

∂T /∂ = T w -T

Решение в виде интегралов [2]:

V 1 = ( T0 - T ) / ( T0 - Tвх ) =1 - е-(ξ+η) J0( 2*i√ ξ · η ) dξ

0

η

V 2 = ( T0 - Tw ) / ( T0 - Tвх ) =е-(ξ+η) J0( 2*i√ ξ · η ) dη

0

J0- функция Бесселя мнимого аргумента нулевого порядка.

Т.к. форма аналитических выражений сложна, то для инженерных расчетов используют уже готовые решения в виде графиков или таблиц от переменных  и . [2]

V1

0.5

0

V2

0.5

=0.1

1

=0

0.5

1 10 100 1000 1 10 100 1000

2

5

20

100

100

25

V1 = f1 (,) V2 = f2 (,)

Рис.58

Газификация криогенных жидкостей.

Транспортировка КЖ осуществляется в жидком виде, потребление, например кислорода, – в газообразном.

Газификация под давлением Р = 20 - 40 МПа.

Для этого используют плунжерный насос.

Схема стационарной газификационной установки (СГУ) высокого давления

КЖ

пульт

насос

испарит.

q

Рампа баллоны

ВД

Рис.59

В эксплуатации, для примера, находятся следующие газификационные установки:

CГУ - 7К для кислорода Рмакс = 42 МПа, производительность 260 нм3/ч газообразного кислорода.

СГУ - 8000 - 500 / 200, производительность 500 нм3/ч, объем емкости 8000 дм3/ч, давление Р = 200 кг/см2 ( 220 ).

Автомобильные газификационные установки:

АГУ - 2М, давление Р = 22 МПа, производительность 425 нм3/ч.

АГУ - 8K ( кислородный ), давление Р = 22 МПа,

производительность 425 нм3/ч.

Высокое давление газифицируемой жидкости создается с помощью насоса КЖ.

Н

насос

асос можно делать погружным (см. рис. 60) без всасывающего клапана.

D≤ 1 м

Рис.60

КЖ

Особенность конструкции погружного насоса показана на рис. 61.

Уплотнения (графит для О2)

плунжер

20.0 МПа

КЖ

Из емкости с КЖ

Р≈0.15 МПА

Для переохлажденного кислорода можно использовать конструкцию со всасывающим клапаном (рис. 62). Переохлаждение всасываемого кислорода можно осуществить жидким азотом.

Такая же конструкция кислородного насоса для II ступени.

Коэффициент подачи насоса:

 = V / Vh = 0,9  0,95.

Частота оборотов n = 100 - 400 об/мин.

Рис.61

Рис.62

Если вместо кривошипно-шатунного механизма в насосе использовать кулачковый, то можно менять ход плунжера и тем самым менять производительность.

Газификаторы низкого давления, P ≤ 0.16 МПа.