Особенности и режимы движения реальных газов в печах. Уравнение Бернулли.

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Вариант 7

Содержание

Введение

В данной работе рассматриваются вопросы по изучение теплообмена в различных проводниках.

Основными задачами работы являются:

- Систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний по курсу «Теплотехника»;

- Приобретение навыков практического применения теоретических знаний;

- Накопление опыта выполнения специальных теплотехнических расчетов с использованием справочной литературы;

- Закрепление специальной терминологии промышленной теплоэнергетики.

Теплотехника – наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека. Для установления наиболее рациональных способов ее использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники.

Основными разделами работы являются: геометрическое, статическое и динамическое давление; особенности и режимы движения реальных газов в печах, уравнение Бернулли; общая характеристика методов расчета нагрева металла, термически тонкие и термически массивные тела; применение теории подобия к изучению теплообмена.

Геометрическое, статическое и динамическое давление.

Давление – это сила, действующая на единицу площади. Различают давление абсолютное и избыточное. Избыточное давление – разница между давлением в какой-либо емкости, газопроводе и т. д. и в окружающей атмосфере. Если давление в емкости меньше атмосферного (отрицательное избыточное давление), то его называют разрежением. В металлургической теплотехнике пользуются избыточным (над атмосферным) давлением. Различают три основных вида давления: геометрическое, статическое, динамическое давление.

Геометрическое давление обусловлено стремлением горячих газов подняться вверх. Если в результате разности плотностей окружающего воздуха и газа последний переместится на высоту Н, то геометрическое давление:

где: g – ускорение силы тяжести, м/с²;

, – плотность, соответственно воздуха и газа, кг/м³;

Н – расстояние, на которое переместился газ, м.

Статическое давление Р_ст – это разность давлений заключенного в сосуде газа и окружающей среды. Оно может быть как положительным, так и отрицательным. Его величина определяется из опыта с помощью U – образного манометра (пьезометра). Манометр устанавливают так, чтобы один конец сообщался с атмосферой, а выходное отверстие другого конца было расположено перпендикулярно направлению потока газа.

Динамическое давление – это кинетическая энергия потока. В процессе движения газа на преодоление всевозможных сопротивлений затрачивается часть кинетической энергии, убыль которой восстанавливается за счет запаса потенциальной энергии (статического давления), например, от вентилятора создается избыточное статическое давление при движении газа по газопроводу.

где: ρ – плотность воздуха,

v – скорость воздуха, м/с.

Сумма статического и динамического давления составляет полное давление Р_п.= Р_ст+ Р_дин, которое воспринимается трубкой помещенной навстречу потока. Но поскольку Р_дин= Р_п.– Р_ст, манометр нам покажет динамическое давление. Существуют специальные приборы, позволяющие определить динамическое давление газового потока. Это напорные трубки или трубки Пито.

Особенности и режимы движения реальных газов в печах. Уравнение Бернулли.

Существует несколько разновидностей движения газов в рабочих камерах печей: канальное, струйное, фильтрационное.

Канальное движение в рабочем пространстве имеет место в печах с вытянутым рабочим пространством, когда скорости газов в различных точках его сечения направлены одинаково. В рабочем пространстве современных печей этот вид движения встречается редко.

Струйное движение в камере возможно два случая: струя успевает заполнить сечение камеры, и струя не успевает заполнить сечение камеры. Для рабочего пространства печей чаще всего характерен второй случай.

В начале камеры струя развивается аналогично свободной струе и также вовлекает в движение окружающую среду, но т.к. стенки камеры препятствуют свободному притоку газа из атмосферы, в районе корня струи создается разрежение (как и во входной части эжектора).

Перед выходом из камеры движение примерно такое же как и при ударе струи в тупик с той только разницей, что часть газа покидает камеру.

По закону сохранения массы из камеры уходит столько газа, сколько входит через сопло, поэтому часть газа, которая захватывается в корне струи, поворачивается и движется по торцевой стенке. Поскольку в районе тупика давление повышенное, а в корне струи пониженное, у продольных стен образуется поток, движущийся в направлении, обратном направлению струи.

В камерах со струйным движением давление изменяется и вдоль камеры и в поперечных сечениях самое низкое давление наблюдается на оси струи в области входа в камеру, самое высокое давление на выходе из камеры. В начале камеры разница давлений у периферии и на оси больше, чем в конце.

В ряде случаев движения газа в камере удобно выделить ядро постоянной массы – часть струи, в сечениях которой расход равен начальному и циркуляционные зоны, отражающие замкнутые контуры, в которых вращается газ. Иногда, например, в сушках необходимо создать равномерность температур в рабочем пространстве и это достигается за счет усиления рециркуляции продуктов сгорания (рис. 1).

Рис.1 Рециркуляция газов в рабочем пространстве печи

Газы, выходящие из топки в печное устройство, подсасывают из нижней зоны печи часть отработавших газов; часть же этого газа удаляется в сборный отводящий канал. Количество подсасываемого свежей струей отработавшего газа и, таким образом, кратность циркуляции зависит от сопротивления движения газов на пути их циркуляции, скорости инжектируемых струй и скорости движения смеси в пространстве между левой боковой стенкой печи и экраном. Чем больше сопротивление, тем при прочих одинаковых условиях, течение подсасывается свежей струей отработавших газов и тем больше разность температур по высоте печи.

В высокотемпературных печах рециркуляцию создают путем инжектирования газов струями, выходящими из форсунок или горелок.

Фильтрационное движение наблюдается в так называемых слоевых или шахтных печах.

При увеличении скорости фильтрующих газов до известного предела плотный слой начинает терять свою устойчивость. При этом наиболее мелкие составляющие материалы слоя начинают выбрасываться (выдуваться) из слоя. Предел устойчивости слоя может быть найден на основании следующих соображений.

В момент отрыва частицы необходимая сила F должна равняться сумме относительного веса и силы инерции частицы:

где т_т и т_r – соответственно массы частицы материала и газа в объеме частицы, кг;

dH – элементарное перемещение частицы за время dτ.

Сила сопротивления частицы будет равна:

где F_т – сечение частицы, м² .

Приравнивая два последних выражения:

для устойчивости, тогда получим уравнение для предельно – допустимой скорости газа в слое:

При увеличении скорости газов в слое сверх предельной наступает состояние, при котором все частицы слоя теряют устойчивость, расстояние между частицами увеличивается, слой в целом увеличивается в объеме, а частицы в нем энергично перемещаются по некоторым своим свойствам, такой слой напоминает жидкость, перемешиваемую продуваемым газом. Отсюда и возникло название такого состояния слоя – псевдоожиженный или «кипящий» слой. При дальнейшем увеличении скорости все частицы слоя переходят во взвешенное состояние, и движение газов будет происходить по законам движения двухфазной среды. Движение частиц осуществляется в режиме пневмотранспорта. Кипящий слой является промежуточным, т.к при дальнейшем увеличении наступает момент, при котором сила любого сопротивления становится больше силы веса и псевдоожиженный слой переходит в режим пневмотранспорта.

Уравнение Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:

где – плотность жидкости, – скорость потока, ‒ высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости, – давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости, – ускорение свободного падения.

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 88; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!