2.2.2 Гидродинамический расчет

2.2.2.1 Исходные данные

Параметры елового опила

Вход в сушилку

Абсолютная влажность w_a1=66,7 %

Эквивалентный диаметр d_э=2,5·10^-3м

Плотность при w_a1 [см.2, таблица 4]r_м1=720 кг/м³

Фактор формы Ф=0,35

Выход из сушилки

Абсолютная влажность w_а2=23,5 %.

Плотность при w_а2 [см.2, таблица 4]r_м2=535 кг/м³.

Параметры сушильного агента

Вход в сушилку

Расход L₁=0,99 кг/с

Температура t₁=530°C

Влагосодержание х₁=0,018 кг/кг

Теплосодержание J₁=600 кДж/кг

Плотность [см.6, приложение 2] r_t1=0,425 кг/м³

Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] m_t1=37,24·10^-6Па·с

Выход из сушилки

Расход L₂=1,04 кг/с

Температура t₂=95°C

Влагосодержание х₂=0,153 кг/кг

Теплосодержание J₂=506 кДж/кг

Плотность [см.6, приложение 2] r_t2=0,847 кг/м³

Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] m_t2=20,18·10^-6Па·с

Средние значения параметров для сушилки:

L_ср=0,5(L₁+L₂)=0,5(0,99+1,04)=1,02 кг/с;

t_cp=0,5(t₁+t₂)=0,5(530+95)=313°C;

x_cp=0,5(x₁+x₂)=0,5(0,018+0,153)=0,086 кг/кг;

r_tcp=0,5(r_t1+r_t2)=0,5(0,425+0,847)=0,636 кг/м³;

m_tcp=0,5(m_t1+m_t2)=0,5(37,24+20,18)·10^-6=28,71·10^-6 Па·с;

w_acp=0,5(w_a1+w_a2)=0,5(66,7+23,5)=45,1 %;

r_мcp=615 кг/м³приw_acp=45,1 % [см.2, таблица 4];

l_tcp= 0,163 Вт/(м·К) приt_cp=313°C[см.2, таблица 7].

2.2.2.2 Диаметр трубы-сушилки

Объемный расход сушильного агента:

на входе в сушилку при t₁=530°C и х₁=0,018 кг/кг:

V_t1=L₁(1+x₁)/r_t1=0,99(1+0,018)/0,425=2,37 м³/с.

на выходе из сушилки при t₂=95°C и х₂=0,153 кг/кг:

V_t2=L₂(1+x₂)/r_t2=1,04(1+0,153)/0,847=1,42 м³/с.

Далее расчет производим при средних значениях:

V_tср=L_cр(1+х_ср)/r_tср=1,02(1+0,086)/0,636=1,74 м³/с.

Критерий Архимеда:

Ar=(d_э)³r_tсрr_мсрg/m²_tср=(2,5·10^-3)³·0,636·615·9,81/(28,71·10^-6)²=72737.

Критерий Рейнольдса для условий витания:

Re_вит=Ar/(18+0,61Ar^0,5)= 72737/(18+0,61·72737^0,5)=399.

Скорость витания шарообразной частицы:

(w_вит)_шар= Re_витm_tср/d_эr_tср=399·28,71·10^-6/2,5·10^-3·0,636=7,2 м/с.

Скорость витания реальной частицы опила:

w_вит=(w_вит)_шарФ^0,5=7,2·0,35^0,5=4,3 м/с.

Фактическая скорость сушильного агента в сушилке:

w_cp=Kw_вит=1,6·4,3=6,9 м/с.

Диаметр трубы-сушилки:

D=(V_tcp/0,785w)^0,5=(1,74/0,785·6,9)^0,5=0,567 м.

Принимаем трубу Æ600×16 мм по [5, таблица 8]D=0,568 м.

Действительная скорость сушильного агента:

w_г=V_tcp/(0,785D²)=1,74/(0,785·0,568²)=6,9 м/с.

2.2.2.3 Длина трубы-сушилки

Скорость движения частиц материала:

w_м=w_г-w_вит=6,9-4,3=2,6 м/с.

Концентрация материала (опила) в сушильном агенте:

w_г/[(L₁+L₂)(1+x_cp)w_м]=(0,53+0,39)·6,9/[(0,99+1,04)(1+0,086)·2,6]=

=1,1 кг/кг.

Критерий Re_витпоw_г:

Re_вит=w_гd_эr_tср/m_tср=6,9·2,5·10^-3·0,636/28,71·10^-6=382.

Критерий Нуссельта:

Nu=0,62(Re_вит)^0,5=0,62·382^0,5=12.

Объемный коэффициент теплоотдачи:

a_v=6Nul_tcpr_tcp/d_э²r_м=6·12·0,163·1,1·0,636/(2,5·10^-3)²·615=2136 Вт/(м³К)

Средняя разность температур:

Dt_cp=[(t₁-q₁)-(t₂-q₂)]/ln[(t₁-q₁)/(t₂-q₂)] K.

Объем трубы-сушилки:

V_c=(Q_и+Q_м)/Dt_cpa_v=(366+50,7)·10³/171·2136=1,2 м³

Длина зоны сушки:

l_зс.=V_c/0,785D²=1,2/0,785·0,568²=4,7 м.

Длину трубы от места ввода сушильного агента до места ввода влажной стружки принимаем l_m=2 м.

Длина участка разгона:

l_p=0,5w_гD=0,5·6,9·0,568=2 м.

Общая длина трубы-сушилки:

l=l_зс+l_m+l_p=4,7+2+2=8,7 м.

2.2.2.4 Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки

Потери давления при движении чистого сушильного агента на трение и местные сопротивления:

DP_г=0,5w_г²r_tcp(1+l_гl/D+x_мс)=0,5·6,9²·0,636(1+0,167·8,7/0,568+2,39)=90 Па,

где l_г=64/Re_вит=64/382=0,167.

Местные сопротивления трубы-сушилки принимаем по [см.5, таблица 12] и в соответствии с рисунком 1:

вход в трубу, ξ_вх=1 1 шт.

отвод α=90°, ξ_от=0,39 1 шт.

выход из трубы, ξ_вых=1 1 шт.

Σx_м.с=x_в.х+x_от+x_вых=1+0,39+1=2,39.

Потери давления на трение при движении материала (опила):

DР_м=0,5l_м(l/D)w_г²r_tcp=0,5·0,02·1,1(8,7/0,568)·6,9²·0,636=5 Па,

где l_м– коэффициент трения;l_м=0,01-0,03.

Потери давления на поддержание опила во взвешенном состоянии:

DР_под=lr_tcpg=8,7·0,636·9,81·1,1=60 Па

Потери давления на разгон опила до скорости движения w_м=2,6 м/с:

DР_раз=0,5x_разw_г²r_tcp=0,5·1,5·1,1·6,9²·0,636=25 Па,

где x_раз– коэффициент сопротивления разгона материала,x_раз=1-2; принимаемx_раз=1,5.

Общее гидравлическое сопротивление трубы-сушилки:

DР_с=DР_г+DР_м+DР_под+DР_раз=90+5+60+25=180 Па.

Размеры трубы-сушилки

Диаметр: Æ600×16 мм;

Длина: l=8,7 м;

Гидравлическое сопротивление: DR_с=180 Па.