10

Міністерство освіти і науки україни

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технічна теплофізика»

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до проведення практичних занять і виконання домашніх індивідуальних завдань

з дисципліни “Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації”

(для студентів груп АУПм)

Розглянуто

на засіданні кафедри

«Технічна теплофізика»,

протокол № 1 від 29.08.2007

Затверджено

на засіданні навчально-

видавничої ради ДонНТУ

протокол № від

2007

УДК 669.041

Методичні вказівки до проведення практичних занять і виконання домашніх індивідуальних завдань з дисципліни “Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації” / Кравцов В. В., Бірюков О.Б. - Донецьк: ДонНТУ, 2006. - 19 с.

Методичні вказівки містять розгорнуту методику рішення типових задач з дисципліни “Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації” і варіанти вихідних даних для кожного з типів задач. Методичні вказівки призначені як для організації роботи студентів на практичних заняттях, так і для виконання ними індивідуальних домашніх завдань. Передбачається наступний розподіл завдань між цими видами навантаження студента: перші три завдання використовуються для рішення на практичних заняттях протягом семестру, четверте призначається для виконання студентами індивідуального домашнього завдання.

Укладач проф., д.т.н.

В.В. Кравцов

доц., к.т.н.

О.Б. Бірюков

Рецензент доц., к.т.н.

Г.Г. Пятишкін

ЗМІСТ

1. РОЗРАХУНОК ЕЖЕКТОРА 4

2. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ КИПЛЯЧОГО ШАРУ 8

3. ВИЗНАЧЕННЯ ПЛОЩІ РОБОЧОЇ ПОВЕРХНІ ТЕПЛООБМІННОГО АПАРАТА 11

4. РОЗРАХУНОК СКЛАДУ ПРОДУКТІВ КИСНЕВОЇ КОНВЕРСІЇ ПРИРОДНОГО ГАЗУ І ТЕМПЕРАТУРИ ПРОЦЕСУ 15

ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 18

Додаток А Схема ежектора 19

1. РОЗРАХУНОК ЕЖЕКТОРА

Послідовність розрахунку газового ежектора

Схему газового ежектора приведено в додатку А. Повний набір характеристик необхідних для розрахунку газового ежектора включає в себе: об’ємні витрати серед, м³/с, (н.ф.у.) V₁ і V₂; їх густини, кг/м³, (н.ф.у.) ₁ і ₂; масові витрати, кг/с, G₁ і G₂; температури, С, t₁ і t₂; тиски, кПа, надлишкові тиски Р₁ і Р₂, а також надлишковий тиск змішаного потоку на виході з ежектора Р₃, кПа.

Далі визначається орієнтовне значення коефіцієнта інжекції u=G₂/G₁, обчислюється відношення абсолютних тисків ежектованої і ежектуючої серед (Р₂+В)/(Р₁+В).

Наступним шагом є визначення температури змішаного потоку (C) і його витрати за дійсних умов (м³/с):

, ,

де с₁, с₂, с₃ – теплоємності відповідно ежекуючої середи при її температурі t₁, ежектованої середи при її температурі t₂ і змішаного потоку при його температурі t₃, кДж/(кгК).

В – барометричний тиск, кПа.

Процедура визначення температури t₃ носить ітераційний характер;

В залежності від технології виготовлення ежектора задаються значення коефіцієнтів швидкості сопла, камери змішання, дифузора і входу до камери змішання. На практиці в більшості випадків приймають наступні значення коефіцієнтів швидкості: ₁=0,95, ₂=0,975, ₃=0,9, ₄=0,925.

Далі, використовуючи рівняння, що описує роботу струмінних апаратів цього типу визначається оптимальне значення співвідношення площ перерізів сопла і камери змішання (Додаток А).

,

де k – показник адіабати середи, що витікає (ежектуючої середи);

_r– газодинамічна функція швидкості (вибирається у відповідних таблицях в залежності від відношення абсолютних тисків ежектованої і ежектуючої серед) [1];

q_r – газодинамічна функція (вибирається у відповідних таблицях в залежності від відношення абсолютних тисків ежектованої і ежектуючої серед) [1];

Ps=P₃-P₂ –напір, що утворюється ежектором, кПа.

Наступним кроком визначаємо дійсну швидкість витікання ежектуючої середи із сопла w₁(м/с) і критичну швидкість витіканняw_cr(м/с).

,

де R–газова постійна для середи, що витікає, обчислюється як відношення універсальної газової постійної R_ (8314 Дж/(кмольК)) і молярної маси середи M_c (кг/кмоль), кДж/(кгК).

Порівнюючи знайдені значення швидкості витікання і критичної швидкості робимо висновок про режим витікання: докритичний (w₁<w_cr), критичний (w₁=w_cr) або надкритичний (w₁>w_cr).

Далі в цих методичних вказівках аналізуємо лише випадок з докритичним витіканням ежектуючої середи.

Визначаємо щільність середи, що витікає (кг/м³) в вихідному перерізі сопла:

Виходячи з цього обчислюємо площу перерізу вихідної частини сопла (м²): .

Використовуючи обчислене значення оптимального відношення площ перерізів вихідної частини cопла і камери змішання, визначимо площу перерізу камери змішання (м²): .

Визначивши площі перерізів вихідної частини сопла і камери змішання обчислюємо їх діаметри (для круглого перерізу ).

З конструктивних або технологічних міркувань обираємо значення швидкості змішаного потоку на виході з дифузору w_3f (15-20 м/c) і обчислюємо площу перерізу вихідної частини дифузору (м²): , де –щільність змішаного потоку на виході з дифузору.

Довжина дифузора і камери змішання визначається на базі наступних рекомендованих співвідношень: довжина камери змішання повинна складати – 4-6 діаметрів камери змішання, довжина дифузора обирається такою, щоб забезпечити кут розкриття дифузора 10-11.

Площі перерізів патрубків, що підводять ежектуючу і ежектовані середи визначаються в залежності від дійсних витрат цих серед і прийнятих швидкостей руху. Швидкості руху для обох серед (w₁ і w₂) можна прийняти на рівні 10-12 м/с. Дійсні витрати визначаються як . Тоді площі перерізів патрубків відповідно визначимо які. А діаметри визначимо, як це було зроблено для вихідної частини сопла і камери змішання.

Завдання по розрахунку газового ежектора

Визначити основні конструктивні характеристики газового ежектора, якщо витрата ежектуючого потоку (повітря) складає V₁ м³/год (н.ф.у.), його температура t₁С, тиск р₁ кПа; при наступних параметрах потоку, що ежектується (повітря): витрата V₂ м³/год (н.ф.у.), температура t₂ С , тиск р₂ кПа. Тиск змішаного потоку складає р₃ кПа. Визначені геометричні характеристики ежектора необхідно нанести на відповідну схему. Чисельне значення вихідних даних для кожного з варіантів приведено в таблиці 1. Теплоємність повітря в залежності від температури знаходимо в відповідних довідкових таблицях [2].

№ вар.	V1, м^3/год	V2, м^3/год	t1, С	t2, С	р1, кПа	р2, кПа	р3, кПа
1	1000	2000	150	300	352	300	330
2	1500	1500	50	350	300	250	280
3	3000	2000	250	400	290	200	270
4	800	1200	120	300	400	300	350
5	1000	1500	240	450	450	400	420
6	1200	800	200	500	360	280	300
7	2000	3000	100	250	380	290	350
8	500	1000	150	350	300	250	270
9	1100	1000	130	450	400	300	350
10	900	1500	140	120	290	250	270
11	3000	2000	170	140	300	250	280
12	600	700	20	180	400	320	370
13	1000	500	30	140	290	240	260
14	1000	1900	70	360	280	250	260
15	2500	2500	90	450	300	260	280

Таблиця 1 – Вихідні дані для розрахунку ежектора

2. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ КИПЛЯЧОГО ШАРУ