Проиллюстрируем раздел 1.3. решением типичной задачи.
Задача 7.
По трубопроводу перекачивается вязкая нефть с подогревом. Трубопровод имеет длину 10 км при наружном диаметре 426 мм и толщине стенки 9 мм.
Объём перекачиваемой нефти составляет 300 м3/час с начальной температурой 85 0С и конечной температурой 45 0С.
Трубопровод проложен над землёй с температурой окружающей среды минус 20 0С.
Кинематическая вязкость нефти при 10 0С равна 25 м2/час. Коэффициент крутизны вискограммы равен 0,008 1/0С. Плотность нефти в этих же условиях составляет 910 кг/м3. Коэффициент объёмного расширения нефти равен 0,000657 1/0С. Удельная теплоемкость нефти 2000 Дж/кг . 0С, теплопроводность нефти 0,105 Вт/м . 0С, а стали 50 Вт/м . 0С. Коэффициент теплоотдачи α2 принять равным 12,5 Вт/м . 0С. Трубопровод проложен горизонтально и местных сопротивлений не имеет.
Определить режим работы трубопровода при данных условиях и толщину теплоизоляции, если она необходима.
Изменением плотности нефти, удельной теплоёмкости нефти, а также теплопроводностью нефти и стали при изменении температуры пренебречь.
Систематизируем исходные данные и переведём их в систему СИ.
Дано: СИ:
L= 10 км L= 10000м Все остальные величины уже
Dн = 426 мм Dн = 0,426 м находятся в системе СИ.
Δ= 9 мм Δ= 0,009 м 
Значение абсолютной
Q = 300 м3/час Q = 0,083 м3/с шероховатости внутренней
tн= 800С стенки трубы «е» берётся из
|
|
|
tк= 450С теоретической части.
tо= -200С
=25 м2/час =0,0069 м2/с
u= 0,08 1/0С
ρ= 910 кг/м3
β = 0,000657 1/0С
= 2000 Дж/кг.0С
λн= 0,105 Вт/м.0С
λст= 50 Вт/м.0С
α2 =12,5Вт/м.0С
= 0 м
е= 0,1 мм е= 0,0001 м
= 0 м
Dиз - ?
Рассчитаем критическую температуру по формуле (1.72), предварительно определив внутренний диаметр трубопровода:
0C
Так как:
то в трубопроводе два режима течения.
Расчет турбулентного участка
Определим среднюю температуру потока нефти на турбулентном участке:
0C
Зададимся средней температурой стенки на турбулентном участке.
Пусть:
0С
Определим кинематическую вязкость нефти при средней температуре потока и средней температуре стенки на турбулентном участке, для чего воспользуемся формулой Филонова:
(1.77)
м2/с
|
|
|
м2/с
Рассчитаем среднее значение критерия Рейнольдса при средней температуре потока на турбулентном участке, воспользовавшись уравнением (1.6):
Итак, режим на рассматриваемом участке действительно турбулентный.
Рассчитаем критерий Прандтля при средней температуре потока и средней температуре стенки на турбулентном участке трубопровода, воспользовавшись уравнением (1.67):
Определим критерий Грасгрофа при средней температуре потока на турбулентном участке трубопровода, воспользовавшись уравнением (1.68):
Приступим к вычислению критерия Нусельта.
Так как:
то это будет – Nu3
Но для нахождения Nu3 предварительно необходимо определить Nu2 и Nu1, для чего воспользуемся формулами (1.64), (1.65) и (1.66):
Рассчитаем средний коэффициент теплоотдачи от нефти к стенке трубопровода 
на турбулентном участке, для чего воспользуемся формулой (1.63):
Вт/м2 . 0С
Проверим правильность выбора температуры стенки на турбулентном участке трубопровода, для чего воспользуемся формулой (1.78):
(1.78)
0С
Погрешность по сравнению с принятой температурой стенки трубопровода на турбулентном участке (50 0С) не превышает 3,8 %, что вполне допустимо при инженерных расчетах, точность которых, как известно, должна укладываться в диапазон ± 5 %.
|
|
|
Определим полный коэффициент теплопередачи на турбулентном участке трубопровода, для чего воспользуемся формулой (1.62), отказавшись в ней от всех текущих значений, ибо в условии задачи ничего не говорится о отложениях, загрязнениях и т.п.:
Вт/м2 . 0С
По формуле (1.73) определим длину турбулентного участка:
м
Расчет ламинарного участка
Определим среднюю температуру потока нефти на ламинарном участке:
0C
Зададимся средней температурой стенки на ламинарном участке.
Пусть:
0С
Определим кинематическую вязкость нефти при средней температуре потока и средней температуре стенки на ламинарном участке, для чего воспользуемся формулой Филонова (1.77):
м2/с
м2/с
Рассчитаем среднее значение критерия Рейнольдса при средней температуре потока на ламинарном участке, воспользовавшись уравнением (1.6):
Итак, режим на рассматриваемом участке действительно ламинарный.
Рассчитаем критерий Прандтля при средней температуре потока и средней температуре стенки на ламинарном участке трубопровода, воспользовавшись уравнением (1.67):
Определим критерий Грасгрофа при средней температуре потока на ламинарном участке трубопровода, воспользовавшись уравнением (1.68):
|
|
|
Приступим к вычислению критерия Нусельта.
Так как:
то это будет – Nu1
Для нахождения Nu1 воспользуемся формулой (1.64) :
Рассчитаем средний коэффициент теплоотдачи от нефти к стенке трубопровода на ламинарном участке, для чего воспользуемся формулой (1.63):
Вт/м2 . 0С
Проверим правильность выбора температуры стенки на ламинарном участке трубопровода, для чего воспользуемся формулой (1.78):
(1.78)
0С
Погрешность по сравнению с принятой температурой стенки трубопровода на ламинарном участке (30 0С) не превышает 4,3 %, что вполне допустимо при инженерных расчетах, точность которых, как известно, должна укладываться в диапазон ± 5 %.
Определим полный коэффициент теплопередачи на ламинарном участке трубопровода, для чего воспользуемся формулой (1.62), отказавшись в ней от всех текущих значений, ибо в условии задачи ничего не говорится о отложениях, загрязнениях и т.п.:
Вт/м2 . 0С
По формуле (1.73) определим длину ламинарного участка:
м
Поскольку:
то трубопровод нуждается в теплоизоляции.
Выберем в качестве теплоизоляции стекловату, для которой коэффициент теплопроводности (по справочным данным) равен 0,05 Вт/м . 0С и по формуле (1.75) рассчитаем диаметр теплоизолированного трубопровода, предварительно определив по выражению (1.76) приведённый параметр Шухова:
Поскольку:
Применение более современных теплоизоляционных покрытий нецелесообразно.
Задача решена.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
Основные вопросы
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1038; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!