Розрахунок гідравлічного опору циркуляційного контуру. Вибір насоса
Розрахунок гідравлічного опору
Гідравлічний опір циркуляційного
контуру й елементів установки
обумовлен опором тертя й місцевих
опорів, що виникають при зміні швидкості
або напрямку потоку.
У зв'язку з тим, що НДУ
складається з ряду елементів: РД,
теплообмінників, сполучних труб й інших
елементів, які відрізняються формою,
розмірами прохідного перетину,
температурою теплоносія, гідравлічний
опір доцільно розраховувати для кожного
елемента окремо, а потім підсумувати
для циркуляційного контуру в цілому.
Втрати тиску на подолання тертя й місцевих опорів в окремому елементі циркуляційного контуру, Па:
, (7.1)
де: W- швидкість теплоносія
при середній температурі в елементі
циркуляційного контуру, м/с;
- щільність теплоносія при середній
температурі в елементі циркуляційного
контуру, кг/м ;
- коефіцієнт тертя;
- довжина елемента циркуляційного
контуру, м;
- еквівалентний діаметр елемента
циркуляційного контуру, м;
- коефіцієнт місцевого опору.
Довжини ділянок контуру необхідно брати із креслення загального виду установки, довжини теплообмінників та ЕН - із розрахунків.
Коефіцієнт тертя залежить від режиму руху рідини і ступеню шорсткості стінок трубопроводу.
При турбулентному русі
теплоносія при
вплив шорсткості труб не враховується
і коефіцієнт тертя [11]
(7.2)
При
коефіцієнт тертя
, (7.3)
де
- відносна шорсткість труби,
;
- абсолютна середня шорсткість труби.
При визначенні величин і варто виражати в міліметрах. Для сталевих нових труб =0,06...0,1 мм. Відомості про величину для інших випадків можна знайти в [11; 14; 22].
Значення коефіцієнтів місцевих
опорів
у загальному випадку залежать від виду
місцевого опору й режиму руху рідини.
Для НДУ характерні повороти на 90
та
180
,
різке розширення або звуження, трійники,
вентилі та ін. (таблиця 7.1)
Таблиця 7.1 - Коефіцієнти місцевих опорів [13]
Вид місцевого опору |
|
Раптове розширення |
1,1 |
Раптове звуження |
0,5 |
Вхід в великий об’єм |
1,0 |
Вихід з великого об’єму |
0,6 |
Плавний поворот в патрубку на 90° |
0,3 |
Плавний поворот в патрубку на 180° |
0,4 |
Трійник |
0,3 |
Вентиль |
1,2 |
Докладні відомості про визначення наведені в [11; 13; 14; 22].
У контурі проектованої НДУ може спостерігатися рух теплоносія у двофазному стані.
Повний опір для двофазного середовища, Па:
, (7.4)
Нівелірний перепад тиску
, (7.5)
де g - прискорення вільного
падіння;
- висота частин контуру, де тече двофазний
теплоносій, м, визначається із креслення
загального виду;
- щільність теплоносія на ділянці із
двофазним рухом,
:
, (7.6)
X - балансовий масовий паровміст в k -й ділянці контуру.
Втрата тиску від прискорення потоку, Па:
, (7.7)
де
- масова швидкість теплоносія в
розрахунковій ділянці контуру,
,
,
- густина відповідно пари й рідини на
лінії насичення при заданому тиску; X -
балансовий масовий паровміст в
розрахунковій ділянці контуру.
Місцевий опір для двофазного теплоносія [13], Па:
, (7.8)
де
- опір однофазного потоку при масовій
швидкості двофазного потоку, Па; X -
балансовий масовий паровміст.
Гідравлічний опір тертя
круглої гладкої труби на
- й ділянці для двофазного теплоносія
[13], Па:
, (7.9)
де
- коефіцієнт, який визначають по графіках
[13, рис. 2.5, 2.6].
Установка, що проектується,
має дослідницький характер, тому
залежність для розрахунку гідравлічного
опору ДЕ
невідома, але потрібна для вибору НЦ.
Тому, залежно від розмірів ДЕ, витрати
теплоносія й теплової потужності
значення
допомагає
(приблизно) оцінити керівник курсового
проекту.
Вибір НЦ
При проектуванні виникає завдання визначення необхідного напору й потужності насоса при заданій витраті теплоносія.
Потужність насоса на перекачування рідини, Вт:
, (7.10)
де H - напір насоса, м,
, (7.11)
- повний гідравлічний опір
контуру, Па;
- густина теплоносія при
,
;
- геометрична висота підйому теплоносія,
м;
- масова витрата теплоносія, кг/с.
По величинах
,
і
насос вибирають згідно [7; 9; 11] або по
спеціальних каталогах або довідниках.
Потужність, що повинен розвивати двигун насоса на вихідному валу, Вт,
, (7.12)
де
- ККД насоса; якщо він невідомий, варто
керуватися орієнтовними значеннями
з таблиці 7.2.
Таблиця 7.2 – Коефіцієнт корисної дії насосів
Тип насосу |
Відцентровий |
Осьовий |
Поршневий |
Шестерний |
|
0,7…0,9 |
0,7…0,9 |
0,65…0,85 |
0,7…0,9 |
При розрахунку витрат енергії
на перекачування необхідно враховувати,
що потужність
,
споживана двигуном від мережі, більше
номінальної внаслідок втрат енергії в
самому двигуні
, (7.13)
де
- ККД двигуна; якщо він невідомий, його
можна вибрати залежно від номінальної
потужності з таблиці 7.3.
Таблиця 7.3 – ККД електродвигунів
-
, кВт
0,4...1
1…3
3…10
10…30
0,7...0,78
0,78…0,83
0,83...0,87
0,87…0,9
Знаючи , по [11] або спеціальних каталогах вибирають електродвигун до насоса.
Якщо немає електродвигуна з такою потужністю, варто вибрати двигун з найближчою більшою потужністю.