Проектирование системы охлаждения кессонов печи взвешенной плавки (стр. 5 из 7)

Из полученных данных видно, что режим движения воды в змеевике явно турбулентный, и поэтому необходимо рассчитать толщину ламинарного подслоя

по формуле (7.).

Т.к. k_э<следовательно, трубы мы должны рассматривать, как гидравлически гладкие, а коэффициент трения

рассчитывать по формуле Никурадзе, учитывая, что

Теперь можно приступить к расчёту потерь. Он будет производиться по формуле (9.). Найдём первую составляющую, относящуюся к потерям на трение

, где

. Получаем

Найдём теперь все коэффициенты местных потерь

В результате получаем

Подставляем полученные значения в формулу (9):

Зная величину потерь, можно найти коэффициент

по формуле (12):

где

4.1 Расчет сопротивления b для стояков и коллектора (их участков)

Рассмотрим всю сеть. Змеевики имеют четырехрядное расположение по высоте. В каждом ряду будет по шестнадцать змеевиков. Все стояки подсоединены к горизонтальной трубе, расположенной на нулевом уровне (уровне пола).

Рассчитаем расходы в стояке, исходя из того, что расход на кессон составляет 2 м³/ч.

Рис.4. Схема соединения кессонов на стояке.

На первом участке параллельно соединены два кессона, поэтому расход вычисляем по формуле:

где Q₁и Q₂ – расходы на первом и втором кессонах соответственно.

м³/сек.

Аналогичным путём произведём расчёты расходов для всех участков стояка:

м³/сек.

Таким образом, мы получили общий расход воды на входе в стояк:

м³/сек

Примем скорость воды w = 2,5 м/сек вычислим диаметр стояка:

F=Q/w , F=9,12·10^-3 / 2,5 = 0,00365 м² – площадь сечения трубы,

d =

, d =

= 0,068м = 68мм.

Сравнивая полученное значение с ГОСТ 3262 – 75.[1], получаем: d =70 мм.

Произведём пересчёт скорости при данном диаметре:

w = Q / F, w = 9,12·10^-3·4/(

) = 2,37м/с.

Определим значение коэффициента b на отдельных участках стояка. Для этого нам нужно определить значения Re,

. Найдём значения всех параметров на выходе из стояка.

Значение абсолютной шероховатости для стальных сварных труб Δ=0,02 – 0,05мм, это значение меньше δ = 0,44мм и означает, что труба гидравлически гладкая и расчет коэффициента трения следует вести по формуле Никурадзе (т. к.

На выходе из стояка (участок 8) установлен вентиль, поэтому необходимо учитывать его сопротивление. Значение его определяем по графику в [1]:

Аналогично будем производить вычисления для каждого участка стояка (результаты вычислений представлены в табл. 1):

Таблица 1.

n	Q, м³/с	d, м	l, м	w, м/с	Re	δ, мм	λ	b_n, с²/м⁵
1	0,00114	0,070	1,5	0,30	18421	0,44	0,027	1991
2	0,00228	0,070	1,5	0,59	36378	0,24	0,023	1698
3	0,00342	0,070	1,5	0,89	54649	0,17	0,021	1550
4	0,00456	0,070	1,5	1,19	72456	0,13	0,019	1403
5	0,0057	0,070	1,5	1,48	90877	0,11	0,018	1329
6	0,00684	0,070	1,5	1,78	109298	0,09	0,017	1255
7	0,00798	0,070	1,5	2,07	127105	0,082	0,017	1255
8	0,00912	0,070	1,5	2,37	145526	0,072	0,016	3245

Теперь можно рассчитать коэффициенты сопротивления для каждого стояка, коллектора и всей системы.

Стояки І,II,ІІІ,ІV подобны между собой, поэтому коэффициенты сопротивления в них будут одинаковыми и расчет проводим один раз для каждого стояка. Кессоны каждого ряда в каждом стояке имеют параллельное соединение, а с участками стояков и коллектора – последовательное. Формулы для расчета соединений (25) - (33) приведены в теоретической части.

Расчет для стояка:

Первый участок стояка (два параллельно соединенных кессона)

с²/м⁵

Со стояком кессоны соединены последовательно:

Соединение с последующим рядом кессонов будет параллельным

с²/м⁵

Соединение со следующим участком стояка – последовательное

с²/м⁵

Аналогично рассчитаем остальные коэффициенты:

с²/м⁵

Таким образом получили значение коэффициента сопротивления для стояка: b_с=1752 с²/м⁵

4.2 Расчет сопротивления b для всей системы охлаждения

Для поддержания заданной скорости, а следовательно и расхода, в каждом кессоне необходимо иметь определенный расход на каждом участке коллектора. Этого можно добиться, регулируя любой из параметров (скорость движения воды или диаметр трубы) или оба одновременно. Будем менять диаметры (Рис.4.) сохраняя скорость постоянной.

Рис. 5. Схема соединения стояков.