Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Державний вищий навчальний заклад Український державний хіміко-технологічний університет

Методичні вказівки

до виконання розрахункових завдань для студентів 2-го курсу механічних спеціальностей з дисципліни «Гідрогазодинаміка»

Затверджено на засіданні кафедри енергетики Протокол № __ від _________ р.

Дніпропетровськ

2012

Методичні вказівки до виконання домашнього завдання з курсу «Гідрогазодинаміка» для студентів курсу спеціальностей » для студентов II курса специальностей 7.05020201 і 7.05060101 / Дніпропетровськ :УДХТУ, 2012. -15с.

Укладачі: В.Є. Нікольський, канд. техн. наук

В.Г. Чупейдо, канд. техн. наук

С.О. Куманьов

Відповідальний за випуск: М.П. Сухий, канд. техн. наук

1. Розрахунок аеродинамічного опору димового тракту печі і висоти димової труби

Дуже часто зустрічається проста розгалужена мережа як елемент конструкційної схеми нагрівальних печей. Це можуть бути, наприклад, газо- і повітропроводи, що служать для підведення газу і повітря до системи пальників печі, або навпаки, система кнурів і димових каналів, що забезпечує відведення продуктів згорання від декількох печей до однієї димової труби.

1.1. Рух газів у печах

Рух газу в робочому просторі печей багато в чому визначає ефективність і показники роботи печей незалежно від температурного рівня технологічного процесу. Дійсно, для середньо- і низькотемпературних печей параметри руху потоку газів визначають інтенсивність конвективного теплообміну. У високотемпературних печах, де теплове випромінювання грає головну роль, тільки безперервна зміна обсягів газу за рахунок його руху може забезпечити збереження високих температур в робочому просторі печі.

Правильна організація руху газів у системі забезпечує стійкість вогнетривких елементів кладки печей і тому збільшує міжремонтний період їх роботи.

У сучасних печах в якості джерела теплової енергії в переважній більшості випадків використовується паливо або електроенергія.

Серед паливних печей найбільшого поширення набули полум'яні печі, в яких для спалювання газу або мазуту застосовується факельний (полум'яний) метод. У полум'яних печах характер руху газів в робочому просторі тісно пов'язаний з теплообміном, конструкцією і призначенням печі. Він визначається в основному: розташуванням пальників (форсунок), і димовідвідних каналів; динамічним впливом струменів, що створюються пальниками і форсунками; режимом тиску в печі.

Тиск в робочому просторі печі визначається в основному двома чинниками: впливом струменів і впливом димової труби (димососа). У печі підтримується невеликий надлишковий тиск для виключення підсосів холодного повітря, які різко погіршують роботу печі, викликаючи зниження температури і відповідний перевитрата палива.

Робота димової печі здійснюється так, щоб на рівні поду печі підтримувався нульовий тиск. Вище рівня поду буде надлишковий тиск, нижче - розрідження, яке необхідне для відсмоктування димових газів з печі через димовідвід (боров), вхідний перетин яких розташовується на рівні поду печі.

В процесі експлуатації печі необхідно мати можливість впливати на тиск в печі і на розрідження в її боровах. Для цього використовують шибер - штучний місцевий опір.

Його можна регулювати підйомом або опусканням шиберної заслінки, при цьому тиск у печі відповідно знижується або підвищується.

Правильний режим тиску в печі збільшує довговічність служби арматури та обладнання печі, покращує умови її експлуатації. Наприклад, надмірно високий тиск призводить до вибивання розжарених газів з печі і передчасного виходу з ладу її арматури і елементів устаткування.

У димових каналах і робочому просторі печей газ зазвичай рухається при відносно невисоких швидкостях (до 70 – 80 м/с) і невеликих перепадах тиску (до 100 Па). Зміна тиску такого порядку практично не впливає на щільність газу, тому в цих випадках часто розрахунки ведуться за постійної щільності, взятої з середньоарифметичної температурі газу на даній ділянці.

В окремих елементах печей (в форсунках, пальниках) зустрічається рух газу з високою швидкістю, причому діапазон швидкостей включає величини від 150 – 200 м/с до надзвукових швидкостей, при яких необхідно враховувати щільність газів.

У технічній літературі рівняння Бернуллі використовують у вигляді

де - втрати тиску.

У теплотехніці при дослідженні роботи печей і агрегатів користуються тиском, надлишковим і атмосферним, тобто відносним тиском. Рівняння Бернуллі для газу в надлишкових тисках

У цій формі рівняння Бернуллі справедливо для ізотермічних умов. Якщо температура рідини по довжині каналу змінюється, то використовується рівняння Бернуллі в диференціальної формі:

де u – внутрішня енергія маси рідини.

Рух газів по трубах може проходити в умовах зміни температури і тиску, що впливає на величину втрат на тертя між двома розглянутими перетинами. У першому наближенні допускають, що температура і тиск на окремій ділянці або всьому трубопроводі змінюються лінійно. За допомогою рівняння Менделєєва - Клапейрона можна отримати співвідношення для обчислення швидкості потоку і густини газу для будь-яких середніх температур (враховуючи рівняння суцільності) ):

підстановка яких у формулу Дарсі - Вейсбаха дає співвідношення

Втрати на подолання місцевих опорів визначаються за формулою