Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
симаЛЬiIОЙ
температурой
обжига
t
п
=
12000
С,
и,
следо
вательно,
требуется
определить
коэффициент
избытка
воздуха,
необходимый
для
обеспечения
температуры
го
рения
12000
С.
Необходимый
коэффициент
избытка
воздуха
опреде
ляют
из
уравнения
теплового
баланса
процесса
горения
1
м
3
газа
по
формуле
(Ш.8)
где
QH
-
низшая
теплота
сгорания
газа
[для
газа
Саратовского
месторождения
Qи=36400
кДж/м
З
(8700
ккал/м
З
)
справочная
величина],
V~
-
теоретнческнй
расход
воздуха,
м
З
[1'1
нашем
случае
V~=9,67
м
3
/м
З
(графа
11,
строка
11)],
СВ
-
объемная
теплоемкость
воздуха
[по
справочным
дан
ным
Св=l,З
кДж/(мЗ.ОС),
(0,31
ккал/мЗ.град)],
t.
и
t
T
-
температура
соответственно
воздуха
и
природного
газа,
поступающего
на
горение
t
B
I4
t
T
равными
100
С;
С
Т
-
объемная
теплоемкость
газового
топлива
колеблеТС1l
•
пределах
1,55-1,72
кДж/(м
З
.
ОС)
Принимаем
С
Т
=
=1,7
кДж/(мЗ.ОС),
V~
-
теоретическое
количество
продуктов
горения
от
сжига
ния
1
м
З
газового
топлива
[в
нашем
случае
v:
=
=10,7
мЗ/м
З
(графа
10,
строка
11)];
t
K
-
калорнметрическая
температура
горения,
ос,
t
п
t
K
=
--.
'ТJпнр
(Ш.9)
где
t
п
-
требуемая
практическая
температура
горения,
назначаемая
по
условиям
технологии
(задана
t
п
=
1200
ОС);
ТJпир-
пирометрический
коэффициент
процесса
горения
(коэффи
циент
прямой
отдачи)
для
вращающихся
печей
по
опыт
ным
данным
1Jпир=0,8,
С
д
-
объемная
теплоемкость
продуктов
горения
(дымовых
га
зов)
Она
может
быть
подсчитана
как
средневзвешенная
теплоемкость
газовой
смеси
по
формулам
термодинамики.
Для
проектных
уасчетов
объемной
теплоемкости
продуктов
го
рения
[кДж/(мЗ.ОС)
допустимо
пользоваться
приближенной
фор
мулой
С
д
= 1,355 +
O,00OO755t
g
•
Подсчитываем
1200
t
K
=
0,8
=
15000
с.
Принимаем
tll.=t"
Тогда
C)I;= 1,355+0,0000755·1500= 1,468
кДж/(мd.ОС)
40
Т
а
б л
и
ц
а
111.3.
Расчет
rорения
природноrо
rаза
(Саратовское
месторождение)
на
100
м
8
rаза
Хо,ц
рас
..
еТа
УдеЛЬНlII1!
Расход
Состав
н
колнчество
продуктов
гopeK~.
и',
при
нормальных
УСЛО8lfSХ
Расход
11:
расход
кислорода,
о
воздуха
с.
объеМIIIII'й
кисло~да,
ЫЗ,
на
100
..
и' и'
м
3
rasa
м'
u
СО.
Н.О
О.
N.
~
состав
реаКЦНfI
гopeHllfI
всего
газа,
%
1
2
3
4
Б
6 7
8
9
10
11
1
СН.-94
СН.+20
2
=СО
2
+
2
188
94
188
- -
282
-
+2Н
2
О
2
С
2
Н
6
-1,2
С2
Н
6+3,50
2
=
3,5
4,2
2,4
3,6
-
-
6
-
=2СО
2
+3Н2
0
3
C
a
H
b
-0,7
С
з
Н
в
+502=
5
3,5
2,1
2,8
-
-
4,9
-
=3СО
2
+4Н
2
О
4
С.Н
10
-О,4
С.Н\о+б,50
2
=
6,5
2,6
1,6
2
-
-
3,6
-
=4СО
2
+5Н
2
О
5
C
s
H
12
-О,2
CSH
J
2+8
0
2=
8
1,6
1
1,2
- -
2,2
-
=5СО
2
+6Н2
0
6
СО
2
-О,2
СО
1т
~C02д
-
-
0,2
-
-
-
0,2
-
7
Nr-
3
,3
N
2T
-N
2
-
-
-
-
-
3,3 3,3
-
81
100
I
Итого
-
I
199,9
I
101,3
I
197,6
I
-
I
3,3
I
302,2
I
-
~
*"
t-:>
о:
о
&>.
...
"
:1!;
-
1
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Ход
расчета
объемный
состав.
реакция
горения
raga,
0/0
2
3
Расчет
Вовлекаеl
ся
N
2
при
а
=
l'
199,9
79
--
21
Вовлекается
Н
2
О
при
а=
1
и
d=
10
r
на
1
кг
сухого
возду-
ха:
(199,9+752) 10·0,001·1,293
0,805
И
т
о
г
о
при
а
= 1
При
а=
1,5
Расход:
02=
199,9·1,5
Вовлекается:
N 2 = 752·
1,5
Вовлекается:
Н
2
О
= 15,25·1,5
Итого
при
а=I,5
Объемный
состав
дымовых
га-
зов,
%
Масса
продуктов
горения,
кг
Масса
сухих
продуктов
горе-
. ния, кг
Удельный
Расход
расхоД
кислорода.
кисл~да
•
М'.
на
100
t.I'''-
w
газа
4
5
-
-
-
-
-
-
-
299,95
-
-
-
-
-
299,95
-
-
-
-
-
-
Продолжение
табл
IlI.з
Состав
и
количество
продуктов
горения.
м'.
при
нормальных
условиях
Расход
воздуха.
м'
СО.
Н,О
О.
N.
всего
6
7
8
9
10
11
-
-
- 752
752
-
-
15,25 -
-
15,25 -
101,3 212,85
-
755,3
1069,45 967,15
- -
100,05
-
100,05
-
-
-
-
1128
1128
-
-
22,875 -
-
22,875
-
101,3 220,475 100,05 1131,3 1553,125
1450
6,5
14,2
6,4
72,9
100
-
200
177,5 143,1
1415
1935,6
-
-
-
- -
1758
-
Из
уравнения
(II!
8)
После
подстаНОВJ\И
получаем:
r
а
= 36 400 + 1
о·
1 , 7 = 1
,5.
10,7·1500·1,468-
9,67·1
,3.10
При
а=
1,5
продолжаем
расчет
горения
топлива
(табл.
III
3)
(строки
12-15).
Итоговые
цифры
в
строке
15
графы
10
получают
суммированием
результатов
строк
8,
12-14,
а
по
графе
11
строки
15
-
действительный
расход
воздуха:
100V
B
=
100V~
а
=
967,15,],5
= ]450
м
3
•
Процентуя
объемы
отдельных
компонентов
дымовых
газов
(гра
фы
6-9)
к
их
общему
объему
(графа
10),
получают
объемный
со
став
дымовых
газов
(строка
16).
Если
расчет
ведут
для
газа,
сжигаемого
не
в
печи,
а в
топочном
устройстве
с
последующим
использованием
дымовых
газов
в
качестве
теплоносителя
в
сушилке,
то
в
этом
случае
расчет
необходимо
продолжить
для
опре
деления
влагосодержания
продуктов
горения d
д
и
их
эн
тальпии
I
д
.
Для
этого
сначала
подсчитывают
массу
отдельных
составных
частей
продуктов
горения
(строка
17,
табл.
III.3)
перемножением
значений
строки
15
(граф
6-9)
на
значения
Р
плотностей
отдельных
газовых
ком
понентов.
По
справочным
данным
плотности
газов
(кг/м
3
)
составляют:
Рсо,
= 1,977;
Рн
2
о
=0,805;
РО.
= 1,43;
P
N
•
= 1,25.
Определяем
влагосодержание
дымовых
газов
на
1
кг
сухого
воздуха
о
d
д
=
Н,О
г
L
сд
(Ш.10)
где
а
Н
•
О
-
масса
ВОДЯНЫХ
паров
в
ДЫМОВЫХ
газах,
отнесенная
к
1
м
3
топлива,
в
нашем
случае
равная
1,775
кг/м
3
;
L
сд
-
масса
сухих
дымовых
газов
от
сжигания
1
м
3
топ
лива;
L
=L-O
СД Д
Н,О.
(III.11)
в
нашем
случае
Lc;J.
1935,6-177,5
=1758
кг.
100
'
43
Тогда
1,775
d
д
=
--
1000
=
101
г
на
1
кг
сухих
дымовых
газов
17,58
Энтальпию
продуктов
горения,
отнесенную
к
кг
су
ХИХ
дымовых
газов,
определяют
по
формуле
QH
+
V~ Св
at
B
+ t
T
С
Т
/д
=
(Ш
12)
L
сд
в
нашем
случае
36400+15,5·1,3·10+1,7.10
2080 Z
~=
=
~жп
17,58
{лава
rv
ЗАДАЧИ
ПО
РАСЧЕТУ
АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ
СОПРОТИВЛЕНИИ
§
1.
ДАВЛЕНИЕ
ГАЗОВ
1.
Определить
давление
газов
в
печи
высотой
2
м,
если
уровень
нулевого
давления
(нейтральная
плос
кость)
находится
на
поду
печи.
Температура
газов,
за
полняющих
печное
пространство,
8000
С
и
плотность
их
Ро=
1,3
кг/м
3
,
а
температура
окружающего
воздуха
200
С
и
плотность
его
Ро=
1,293
кг/м
3
Реш
е
н и
е
В
данном
случае
следует
определить
статическое
давление
под сводом
печи,
Па
Ре",
=
Н(Рв
-Рг)
9,8,
где
Рв
и
Рг-
плотность
воздуха
и
газа
при
условиях
задачи,
кг/м
Э
,
Н -
высота
столба
газа,
м
Плотность
рассчитываем
по
формуле
273
Pt=Po
r
,
где
Т
-
абсолютная
температура,
К
273 3
PB=I,293
273+20
=
1,2
Kr/M;
273 3
Рг
=
1'3273
+ 800 =
0,33
КГ/М;
Рет=2(1,2-0,33)9,8=
17
Па.
2.
Определить
среднюю
скорость
газа
на
участке
га
зохода
сечением
0,5ХО,3
м
2
при
расходе
газа
1
м
3
/с.
Реш
е
н и
е
Среднюю
скорость
ffirP
можно
определить
по фор-
муле
v
ЫеР=р'
где
V -
объем
газа,
проходящего
в
1
с,
М
Э
,
F -
площадь
поперечного
сечения
газохода,
м
2
1
Ы
ср
=
---
=
6,65
м/с.
0,5·0,3
45
J
Определить
гидравлический
диаметр
rазохода
Пр5l
моугольной
формы
размером
в
сечении
2ХО,8
м
2
Реш
е
н и
е
Гидравлический
(или
приведенный)
диаметр
рас
считывают
для
каналов
некруглого
сечения
и
его
значение
исполь
зуют
в
расчетах
движения
газов
и
передачи
теплоты
4Р
d
гидр
=
li
'
где
П -
пери метр
сечения
канала,
м,
4.2·0,8
3,2
d -
----<--'--
= - = 1
14
м
гидр
-
2.2
+
0,8.2
2,8
'
4.
Через
канал
площадью
сечения
0,5
м
2
проходит
в
Ч
8000
м
3
воздуха
при
температуре
1000
С.
Определить
величину
динамического
давления.
Реш
е
н и
е
Динамическое
(или
скоростное)
давление
пропор
ционально
квадрату
скорости
где
(й"р
-
средняя
скорость
движения
газа,
м/с,
v 8000
(й
ср
= - = =
4,4
м/с
F
3600·0,5
(в
формулу
подставляют секундный
объем
воздуха)
Плотность
воздуха
при
{=
100
ос
273
Pt
=
1,293273
+ 100 = 1,1
кг/м
3
,
где
1,293
кг/м
3
-
плотность
воздуха
при
нормальных
условиях,
4
42
Р
Д
=
~
1 , 1 = 1
0,7
Па.
5.
Определить
число
Рейнольдса
и
характер
движе
ния
воздуха
в
трубе
диаметром
0,1
м
при
скорости
его
12
м/с и
температуре
2000
С
Реш
е
н и
е
Число
(или
критерий)
Рейнольдса
определяет
ха
рактер
движения
газов если
Re:;;::2320,
то
движение
газов
вихре
образное
или
турбулентное;
при
Re < 2320 -
движение
ла~lИнарное,
wdp
Re=--
,
t'Jt
где
w -
средняя
скорость
на
участке
движения,
м/с,
d -
гидравлический
диаметр
канала,
м;
Pt
-
плотность
газа
при
данной
температуре,
кг/м
3
,
t'Jt
-
динамическая
вязкость
газа
при
данной
температуре,
Па·
с,
273 3
Р/
= 1,293
=0,74
кг/м.
273 + 200
46
Значение
I1t
берем
из
нижеприведенной
таблицы.
111=26·10-6
Па·с
при
температуре
2000
С.
12·0,1·0,74
Re
=
26.10-6
=
34
150.
Вывод
-
движение
турбулентное.
Абсолютная
вязкость
воздуха
и
дымовых
газов
среднего
состава
в
зависимости
от
температуры
Тем-
Вязкость,
Па·с
I
Тем-
Вязкость,
Па·с
пера-
I
пера-
I
тура,
дымовых
тура,
дымовых
ос
воздуха
газов
ос
воздуха
газов
I
О
17,2ХI0-
6
15,8ХI0-
6
600
38,6Х
10-6
37
,9Х
10-8
100
21
,9Х
10-6
20,4Х
10-6
700
41
,8Х
10-6
40,7ХI0-
6
200
26Х
10-6
24,5Х
10-6
800
44,3Х
10-6
43,4Х
10-6
300
29,
7Х
10-6
28,3Х
10-6
900
46,7Х
10-6
46Х
10-6
400
33,2Х
10-6
31,
7Х
10-6
1000
49,1
Х
10-6
48,4Х
10-'
500
35,2Х
10-6
34,8Х
10-6
6.
Определить
соотношение
статического
и
динами
ческого
давлений
при
плавном
сужении
трубы
от
диа
метра
150
до
100
мм,
если
в
первом
сечении
статическое
давление-
составляет
300
Па.
Расход
воздуха
0,2
м
3
/с
при
температуре
его
200
С.
Рис.
IV.1.
Схема
к
рас
чету
динамического
дав
ления
трубы
(к
задаче
6)
\
1
f-.-
d,G>,
1
n
-
-
-<с-:;;
..
.-
__
о
'-'
1-
-
----
d
z
(,J2
и
Реш
е
н
и
е.
По
рис.
IV.l
определим
динамическое
давление
в
I
и
1 f
сечениях
трубы:
Средняя
скорость
воздуха
в
сечении
1
(01 =~ =
0,2
=
0,2.4
=
11
3
мlс
ср
F
1td
2
3,14,0,152 ' ,
4
47
Плотность
воздуха
при
t=20
ОС·
273
Pt
= 1,293 =
1,2
кгlм
3
;
273
+
20
1
11
,32
Рд
=
-2-1,2
=
76,8
Па.
Средняя
скорость
воздуха
в
сечении
Z Z
ООlI
==
0,2·4
=
25
4
м/с'
ер
3,14.0,12
' ,
25
42
рII
=
-'-1
2 =
389
Па
д
2'
•
При
переходе
в
се<Jении
IZ
часть
давления
потеряется,
так как
переход
плавный;
принимаем
(согласно
таблицам
приложения
5)
коэффициент
местного
сопротивления
~=0,1
при
угле
атаки
а=
=20-400,
тогда
в
соответствии
с
уравнением
Бернулли
сумма
давлений
в сече·
ниях
Z
и
Z Z
останется
постоянной,
тогда
~
рl
=
P~T±
рl
=
300
+ 76,8 =
376,8Ла;
~
рlI
=
рlI
+
рII
+!:!,.р
=
376
8
Па
~T
д
,.
отсюда
определим
РСТ
В
сечении
IZ:
P~~
= 376,8 - 389 -
38,9
= - 51,1
Па.
Статическое
давление
в
сечении
Z Z
имеет
отрицательный
знак;
следовательно,
при
данном
изменении
сечения
образуется
отрица
тельное
давление,
т.
е.
за
счет
уменьшения
сечения
трубы
увеличи
вается
скорость
движения
воздуха
и
динамическое
давление.
7.
Какое
отрицательное
давление
покажет
тягомер,
установленный
посередине
вертикального
дымохода
вы
сотой
20
м,
если
газы
внутри
дымохода
имеют
темпера
туру
1000
С
и
плотность
ро=
1,3
кг/м
3
,
а
окружающий
воздух
-
температуру
15°С
и
плотность
ро=
1,29
кг/м
3
.
Ответ:
Р
ст
=26,5
Па.
8.
Определить
отрицательное
давление
у
основания
регенератора
высотой
5
м.
Температура
воздуха,
посту
пающего
в
насадку,
80°
С,
выходящего
из
насадки
1000°
С.
Окружающий
воздух
имеет
температуру
20°
и
плотность
ро=
1,293
кг/м
3
•
Ответ:
Р
ст
=37,7
Па.
48
9.
Определить
давление
воздуха,
движущегося
со
ско
ростью
8
м/с
при
температуре
870
С
и
ро=
1,293
кг/м
3
.
Ответ:
Рд=314
Па.
10.
Определить
среднюю
скорость
газа,
если
через
трубу
диаметром
0,8
м
проходит
в
1
ч
3600
м
3
газа.
Ответ:
<Оср=2
м/с.
11.
Определить
давление
воздуха,
если
по трубе
диа
метром
0,4
м
проходит
в
1
мин
300
м
3
воздуха,
имеюще
го
температуру
600
С,
и
ро=
1,293
кг/м
3
•
Ответ:
Рд=52,5
Па.
12.
Определить
скорость
воздуха
в
трубе,
если
давле
ние
его
60
Па,
а
температура
400
С,
ро=
1,293
кг/м
3
.
Ответ:
<0=
10
м/с.
13.
Определить
характер
движения
продуктов
сгора
ния
в
дымоходе
сечением
0,4ХО,2
м
2
при
скорости
дви
жения
их
1,5
м/с
и
температуре
5000
С.
Плотность
дымо
вых
газов
ро=
1,24
кг/м
3
•
Ответ:
движение
турбулентное.
14.
Определить
критическую
скорость
движения
про
дуктов
сгорания
по
газоходу
сечением
0,2ХО,3
м
2
•
Тем
пература
газов
1000
С
и
плотность
ро=
1,3
кг/м
3
.
Ответ:
<онр=0,21
м/с.
§ 2.
СОПРОТИВЛЕНИЯ
ДВИЖЕНИЮ
ГАЗОВ
15.
Определить
потерю
давления
на
трение
в
дымо
вой
кирпичной
трубе
высотой
55
м
и
средним
диаметром
1
м,
если
по ней
проходит
2,5
м
3
/с
продуктов
горения,
имеющих
температуру
1500
С.
Плотность
дымовых
газов
ро=
1,3
кг/м
3
,
коэффициент
трения
0,04.
Решение
2
О)ср
L
др
=
Л-Рt-
тр
2
d'
где
·А
-
коэффициент
трения,
О)ср
-
средняя
скорость
газов,
м/с;
Pt
-
плотность
газов
при
данной
температуре,
кг/м
3
;
L -
длина
участка,
на
котором
определяется потеря
давле
ния,
м;
q -
диаметр
канала,
м;
v
2,5·4
ООср
=
-р
= =
3,2
м/с.
3,14·1
49