8. Опис конструкції й методика розрахунку рд

1. Опис рд та де. Вимоги, які висувають до них

Кожна РД має як характерні риси конструкції, так і елементи з тим самим функціональним призначенням. Для приклада розглянемо функції деталей РД, призначеної для вивчення гідравлічного опору й коефіцієнта теплообміну в кільцевому каналі із зовнішнім обігрівом (рис. 8.1).

Дослідний елемент складається із двох деталей, що утворюють вертикальний кільцевий канал, а саме зовнішньої трубки 5, що обігрівається, і внутрішньої трубки 6, що не обігрівається. На кінці зовнішньої трубки 5 посаджені й приварені конічні наконечники 3, що є ущільнюючими елементами в зборі із вхідною 7 і вихідною 2 камерами. Внутрішня поверхня зовнішньої трубки оброблена розгорткою і піддана хімічному поліруванню. Потреба в теплообмінній поверхні такої малої шорсткості обумовлена тим, що на ДЕ вивчається залежність гідравлічного опору від незалежних факторів експерименту й необхідністю одержання можливо більш точних експериментальних даних.

Трубка, що обігрівається 5, і внутрішня трубка 6 виготовлені з такою точністю, щоб відхилення їхніх діаметрів по довжині не перевищувало 0, 01 мм. Така точність виготовлення також обумовлена необхідністю одержати максимально можливу точність зміни значень й у концентричному кільцевому каналі.

Для обігріву зовнішньої поверхні каналу шини, які підводять електричний ток, 9 та 10 приварені до нижньої камери 7 і до трубки 5.

Внутрішня трубка 6 відцентрована у трубі 5 за допомогою спеціальних упорів.

У декількох перетинах внутрішньої трубки 6 зроблені отвори, у які вставлені й запаяні срібним припоєм імпульсні трубки 4. Для виключення похибок виміру перепаду тиску поверхня внутрішньої трубки ретельно зачищена. Імпульсні лінії виведені до вимірювальних приладів через верхню частину внутрішньої трубки 6.

Температура середовища на вході в ДЕ та на виході з нього виміряється термопарами 8 і 1.

У декількох перетинах по довжині труби, що обігрівається, на зовнішній поверхні встановлені термопари для виміру температури стінки. Термопари ізольовані від стінки слюдою товщиною 0,01 мм.

Нижня камера 7 служить для закріплення ДЕ й підведення теплоносія.

З верхньої камери 2 відводиться двофазна суміш. Ця камера служить для закріплення РД до каркаса НДУ.

Для компенсації температурного подовження труби, що обігрівається, 5 нижня камера не закріплена, і теплоносій до неї підводиться по трубі, що компенсує подовження ДЕ.

Для того щоб електричний струм не проходив через трубку 6, ущільнення вихідної камери й упори, що центрують, зроблені із ізоляційного матеріалу.

Оснащення ДЕ й РД датчиками вимірів потрібних величин не повинне впливати на фізичні процеси в ДЕ.

Рисунок 8.1 – Дослідний елемент

2. Розрахунок де

Для довгострокового контакту ДЕ з теплоносієм необхідно, щоб метал був корозійностійким. Стінки мають високі температури (до 500...600 °С), тому метал не повинен окислятися і мати достатню міцність.

Сталь для виготовлення РД і ДЕ можна вибрати по [7; 12], де досить докладно описані експлуатаційні, механічні й фізичні властивості сталей й інших металів.

Для визначення допустимого напруження для сталі, з якої буде виготовлений ДЕ, необхідно знати максимальну температуру стінки ДЕ . Вона заздалегідь невідома, але її можна визначити приблизно, °С,

, (8.1)

де - температура насичення при заданому тиску, °С; - перепад температури в стінці ДЕ при наявності внутрішніх джерел теплоти, = 50...150 °С.

Для стінки ДЕ без внутрішніх джерел теплоти .

Подовження ДЕ при обігріві, м:

, (8.2)

де - коефіцієнт лінійного розширення; для сталі 12Х18Н10Т у межах 20...500 °С ; для інших сталей і металів значення наведені в [19, табл. 9.4].

Товщину стінок ДЕ розраховують по [19; 21].