- •Бланк задания
- •Введение
- •Исходные данные
- •Часть 1. Гидравлический расчёт участка подогрева исходной смеси.
- •Физические свойства
- •Справочные данные по давлению насыщенных паров
- •Определение средней температуры в теплообменнике.
- •Расчёт плотности бинарной смеси
- •Расчёт вязкости бинарной смеси
- •Таблица местных сопротивлений
- •Расчёт всасывающего трубопровода (участок Т1)
- •Гидравлический расчёт теплообменника (участок ТО)
- •Расчёт максимальной высоты всасывания
- •Литература
- •Приложение
Расчёт всасывающего трубопровода (участок Т1)
Объёмный расход смеси: |
= |
|
|
· |
1000 |
= |
4 |
|
|
|
|
|
· |
1000 |
= 1,289 · 10−3 |
м3 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
1 |
|
|
3600 |
861,8 |
|
3600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Эквивалентный диаметр трубопровода: |
э1 |
= ( − |
2 |
) 10− 3 = (38 − |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
2 2) 10− 3 = 0,034м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь внутреннего сечения трубопровода: |
|
= |
э1 |
2 |
= |
0,0342 |
= 9,075 · |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
10−4м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−3м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1,289·10 |
|
|
= 1,421 |
м |
|
|
|||||||||||||||||
Скорость жидкости в трубопроводе: |
= |
= |
с |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
−4 |
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9,075·10 |
м |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1· э1· |
|
1,421 |
м |
·0,034 м·861,8 кг⁄м3 |
|
||||||||||||||||||||||||
Критерий Рейнольдса: |
= |
= |
с |
= 76631 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−3 |
|
|
|
|||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
·10 |
|
|
|
0,543 мПа·с·10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Абсолютная шероховатость стенок стального трубопровода с незначительной коррозией: e = 0,2 мм [2, табл. XII]
Относительная шероховатость трубопровода: |
= |
|
·10−3 |
= |
0,2·10−3 |
= 5,882 · |
||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
э1 |
0,034 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
10−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси) по формуле |
|
|||||||||||||||||||
|
|
6,81 |
0,9 |
−2 |
|
|
|
|
−3 |
|
|
6,81 |
|
0,9 |
−2 |
|||||
|
|
|
|
|
5,882·10 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Кольбрука: = [2 log [ |
1 |
+ ( |
|
) ]] |
= [2 log [ |
|
|
|
|
+ ( |
|
|
|
) |
]] |
= |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
1 |
3,7 |
|
1 |
|
|
|
|
3,7 |
|
|
|
76631 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
0,03328 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент сопротивления трения: |
= · |
1 |
= 0,03328 · |
5,8 |
= 5,667 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
тр1 |
1 |
э1 |
|
|
|
0,034 |
|
|
Коэффициент местного сопротивления входа в трубу с загруглёнными краями: ξ1 = 0,2 [2, табл. XIII]
Коэффициент местного сопротивления отвода (поворота) на 90° отношением
радиуса закругления к эквивалентному диаметру трубы 0 = 1:
э
ξ2 = 0,21
Сумма коэффициентов местных сопротивлений:
мс1 = 1 + 1 2 = 0,2 + 5 0,21 = 1,25
Потери напора во всасывающем трубопроводе:
16
|
2 |
1,4212 |
|
п1 = (1,1 + тр1 + мс1) · |
1 |
= (1,1 + 5,667 + 1,25) · |
|
2 · 9,81 |
2 · 9,81 |
||
= 0,826 м |
|
|
|
Расчёт нагнетательного трубопровода (участок Т2)
Эквивалентный диаметр трубопровода: |
э2 |
= |
( |
2 |
− |
2 |
|
) 10− 3 |
= (38 − |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
2 4) 10− 3 = 0,03 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь внутреннего сечения трубопровода: |
|
= |
э22 |
|
= |
0,032 |
|
= 7,065 · |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
10−4м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−3м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1,289·10 |
|
|
|
= 1,825 |
м |
|
|
|||||||||
Скорость жидкости в трубопроводе: |
= |
|
|
= |
|
|
с |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
−4 |
2 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
7,065·10 |
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2· э2· |
= |
1,825 |
м |
·0,03 м·961,8 кг⁄м3 |
|
|
|||||||||||||||||
Критерий Рейнольдса: |
= |
с |
|
= 86849 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
2 |
|
−3 |
|
|
0,543 мПа·с·10 |
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
·10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Абсолютная шероховатость стенок стального трубопровода с незначительной коррозией: e = 0,2 мм [2, табл. XII]
Относительная шероховатость трубопровода: |
|
= |
|
·10−3 |
|
= |
0,2·10−3 |
= 6,667 · |
||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
э2 |
0,03 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
10−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси) по формуле |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
6,81 |
0,9 |
|
−2 |
|
|
|
|
6,667·10 |
−3 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Кольбрука: |
2 |
= [2 log [ |
2 |
+ ( |
|
|
) |
]] = [2 log [ |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
3,7 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
6,81 |
0,9 |
−2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
) |
]] |
= 0,03434 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
86849 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент сопротивления трения: |
|
= |
|
· |
2 |
= 0,03434 · |
34 |
= 38,918 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тр2 |
|
2 |
|
э2 |
0,03 |
|
|||||||||
Коэффициент местного сопротивления нормального вентиля: |
|
|||||||||||||||||||||||||||
ξ1 = 4,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о2·10 |
−3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Константа диафрагмы: |
= ( |
|
) |
= 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
э2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент местного сопротивления диафрагмы:
ξ2 = 4
17
Коэффициент местного сопротивления отвода (поворота) на 90° с отношением
радиуса закругления к эквивалентному диаметру трубы 0 = 1:
э
ξ3 = 0,21
Сумма коэффициентов местных сопротивлений:
мс2 = |
2 1 + 2 + 2 3 = 4 4,9 + 4 + 7 |
0,21 = 25,07 |
||||
Потери напора во всасывающем трубопроводе: |
|
|
||||
|
|
2 |
1,8252 |
|
||
|
2 |
= (39,918 + 25,07) · |
|
|
|
|
п2 = ( тр2 |
+ мс2) · |
|
|
|
= 10,860 м |
|
2 · 9,81 |
2 · |
9,81 |
18
Гидравлический расчёт теплообменника (участок ТО)
Объёмный расход смеси: |
= |
|
|
· |
1000 |
= |
4 |
· |
1000 |
|
= 1,348 · 10−3 |
м3 |
|
|
|
|
|
||||||||
то |
|
то |
3600 |
|
824,0 |
3600 |
|
с |
||||
|
|
|
|
Эквивалентный диаметр трубопровода: это = ( то − 2 то) 10− 3 = (25 − 2 2) 10− 3 = 0,021 м
Площадь внутреннего сечения трубопровода: |
|
|
= |
то |
· |
это |
2 |
= |
13 |
· |
0,0212 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
то |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
1 |
4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
4,5 · 10−3м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
то |
|
1,348·10 |
−3м3 |
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|||||||||||
Скорость жидкости в трубопроводе: |
= |
= |
|
|
с |
|
|
= 0,2996 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
−3 |
2 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|||||||
|
|
|
|
|
|
4,5·10 |
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
то· это· то |
= |
0,2996 |
м |
·0,021 м·824,0 кг⁄м3 |
|
|
|||||||||||||||||||
Критерий Рейнольдса: |
= |
с |
= 14392 |
||||||||||||||||||||||||
−3 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
то·10 |
|
|
|
|
0,360 мПа·с·10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Относительная шероховатость труб теплообменника: |
|
= |
·10−3 |
= |
0,2·10−3 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
то |
|
|
|
|
это |
|
0,021 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
9,524 · 10−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси) по формуле
=
=
|
|
|
|
|
|
|
6,81 |
0,9 |
−2 |
|
|
|
|
|
−3 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9,524·10 |
|
|
|
|
|||||||
Кольбрука: |
|
= [2 log [ |
то |
+ ( |
|
|
) ]] |
|
= [2 log [ |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
то |
3,7 |
то |
|
|
|
|
|
3,7 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
6,81 |
0,9 |
−2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
) |
]] |
= 0,04183 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
14392 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
|
сопротивления |
трения: |
|
= |
|
· |
· то |
|
= 0,04183 · |
1·3 |
= |
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трто |
то |
|
это |
|
|
0,021 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5,976 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты местных сопротивлений теплообмменика [2, с. 55]: |
|
|
|||||||||||||||||||
вход в камеру (входной штуцер) |
|
|
ξ1 = 1,5 |
|
n1 = 1 |
|
|
|
|
||||||||||||
вход в трубчатку (дробление потока) |
ξ2 = 1 |
|
n2 = k = 1 |
|
|
||||||||||||||||
выход из трубчатки (слияние потока) |
ξ3 = 1 |
|
n3 = k = 1 |
|
|
||||||||||||||||
поворот на 180°C |
|
|
|
ξ4 = 2,5 |
|
n4 = k – 1=0 |
|
|
|||||||||||||
выход из камеры (выходной штуцер) |
ξ5 = 1,5 |
|
n5 = 1 |
|
|
|
|
||||||||||||||
Сумма коэффициентов местных сопротивлений теплообменника: |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= ∑ |
· |
= 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
мсто |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери напора в теплообменнике:
|
= ( |
+ |
) · |
то2 |
= (5,976 + 5) · |
0,29962 |
= 0,050 м |
|
2 · 9,81 |
2 · 9,81 |
|||||||
пто |
трто |
мсто |
|
|
|
Подбор центробежного насоса
Потери напора в сети: п = п1 + п2 + пто = 0,826 + 10,860 + 0,050 =
11,736 м
Давление в ёмкости: p1 = 101325 Па Давление в колонне: pк = 101325 Па
Напор, необходимый для работы насоса на сеть: = 1·9,81− к + г + п +
|
1,1· 22−1,1· 12 |
= 4,2 + 11,736 + |
1,1·1,8252−1,1·1,4212 |
= 16,010 м |
||||||||||||||
2·9,81 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2·9,81 |
|
|
|
|
|
|
||
Коэффициенты уравнения характеристики сети |
= |
+ · 2: |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
первый коэффициент: |
|
|
= |
|
1− к |
|
+ = 4,2 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
·9,81 |
г |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
· 10−6 = |
16,010−4,2 |
|
· 10−6 = 7,11 |
|||||
второй коэффициент: |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
−3 |
м |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
(1,289·10 |
|
с |
) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уравнение характеристики сети: = + · 2:
где v - производительность в л/с, Hс - напор сети в м.
Характеристика насоса Х 8/18 [7]:
Обобщение табличных данных полиномиальной зависимостью, тогда уравнение характеристики выбранного насоса:
Н(v) = Aн + Bн v + Cн v2 = 21,405 − 0,2202 v − 0,5806 v2
где v - производительность в л/с, H - напор насоса в м.
Напор насоса при заданной производительности:
Нн = Н( 1 1000) = Н(1,289) = 20,156 м
Мощность насоса при заданной производительности: Nн = 0,89 кВт КПД насоса при заданной производительности: ηн = 28,5%
20
|
ХАРАКТЕРИСТИКА НАСОСА И СЕТИ |
|
||||
35 |
|
|
|
|
|
|
Нс, Н |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
y = -0.5806x2 |
- 0.2202x + 21.405 |
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
V |
0 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
|
|
Рис. 3. Характеристики насоса и сети. |
|
Нахождение рабочей точки (точки пересечения характеристики сети и
характеристики насоса):
|
|
|
|
|
|
рт = |
−Вн − |
√Вн2 − 4(Сн − Вс)(Ан − Ас) |
= 1,482 л/с |
||
|
|
2(Сн − Вс) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
= ( |
) = 19,804 м |
|
||
рт |
|
рт |
|
|
|
21