Порядок розв’язання задачі

Завдання на виконання модульної контрольної роботи

Завдання для вибору варіанту розрахунку гравійного вогнеперешкоджувача та приклади вирішення задач

Підготувати технічне завдання на розробку гравійного вогнеперешкоджувача (визначити основні параметри вогнеперешкоджувача), встановленого на продувочній лінії апарата. Вид горючої речовини та інші дані прийняти за табл. 2.1 та 2.2. Тиск на лінії продувки становить 1·10⁵ Па.

Табл. 2.1. – Концентрація горючої речовини

Табл. 2.2. – Дані для розв’язання задачі.

Порядок розв’язання задачі.

Основні параметри вогнеперешкоджувача, що необхідно розрахувати:

- горюча речовина;

- критичний діаметр каналів d_кр, м;

- діаметр гранул d_гр, м;

- висота гранул Н, м;

- діаметр корпуса вогнеперешкоджувача D,м;

- опір шару насадки , Па.

Розглянемо розрахунок вогнеперешкоджувача для продувочної лінії з наступними параметрами:

- горюча речовина: ацетилен;

- температура суміші: 45 ^оС;

- витрати горючої суміші: 250 м³/год.;

- концентрація горючої речовини: стехіометрична.

1. У випадку, коли концентрація горючої речовини не вказана у завданні, необхідно розрахувати концентрацію компонентів вихідної суміші стехiометричного складу, виходячи із рівняння горіння в повітрі 1-го моля горючої речовини

та , (2.1)

де - концентрація горючого компоненту у вихідній суміші стехiометричного складу, об. частки;

- кількість молей і-го компоненту в суміші;

n - кількість компонентів в суміші;

- концентрація повітря у вихідній суміші.

Для горючих речовин, які складаються з атомів C, H, O, Cl, Br, I та F, визначають стехiометричний коефіцієнт відносно кисню у рівнянні горіння

, (2.2)

де n_C, n_H, n_X та n₀ – відповідно кількість атомів у молекулі горючої речовини: вуглецю, водню, галоїдів та кисню.

У цьому випадку

. (2.3)

2. Визначають питому газову сталу вихідної суміші R (табл. 1 додатку 1),

(2.4)

а також її питому теплоємність С_Р

Дж/кг·К (2.5)

де - вміст горючої речовини в суміші, об’ємні частки;

та - питома теплоємність горючого пару (газу) та повітря відповідно, Дж/кг·К (табл. 2 та 3 додатку 1).

та коефіцієнт теплопровідності

, Вт/м·К (2.6)

де - вміст горючої речовини в суміші, об’ємні частки;

та - коефіцієнти теплопровідності горючого пару (газу) та повітря відповідно, Вт/м·К (табл. 2 та 3 додатку 1).

З табл. 5 додатку 1 знаходять нормальну швидкість поширення полум’я для горючої речовини u_н=1,57 м/с (для ацетилену).

3. Розраховують критичний діаметр каналів вогнеперешкоджувача

м, (2.7)

де R – питома газова стала вихідної суміші, Дж/кг·К;

t_p – температура вихідної суміші, ^оС;

– коефіцієнт теплопровідності вихідної суміші, Вт/м·К;

u_н – нормальна швидкість поширення полум’я, м/с;

С_Р – питома теплоємність вихідної суміші, Дж/кг·К;

Р_р – тиск вихідної суміші, Па.

4. Визначають фактичний діаметр каналів у шарі гранул (гравію) d

м, (2.8)

де К_б– коефіцієнт безпеки, приймають К_б >2.

5. В залежності від отриманого фактичного діаметру каналів за таблицею 2.3. визначають діаметр гранул (гравію) насадки вогнеперешкоджувача d_гр.

Таблиця 2.3. – Визначення діаметра гранул насадки вогнеперешкоджувача.

У нашому прикладі ми приймаємо діаметр гранул рівним d_гр=2·10^{-3 м.}

6. Розраховуємо значення молярного об’єму парів або газів за робочих умов

м³ (2.9)

де V₀=22,41 м³/кмоль – молярний об’єм парів або газів у нормальних умовах;

Т₀=273 К – температура за нормальних фізичних умов;

Р₀=1·10⁵ Па – тиск за нормальних фізичних умов;

Т_р та Р_р – відповідно робоча температура (К) та робочий тиск (Па) системи.

7. Визначають густину компонентів горючої суміші стехіометричного складу при робочій температурі горючої речовини

кг/м³ (2.10)

та повітря – з таблиці 3 додатку 1 або за формулою (2.10).

кг/м³

8. Знаходять густину вихідної суміші при робочій температурі за формулами, наведеними в таблиці 1 додатку 1.

кг/м³

9. Розраховують в’язкість компонентів горючої суміші при робочій температурі

Па·с, (2.11)

де і - коефіцієнти динамічної в’язкості газу (пари) відповідно при температурах t_p та t_o, які наведені в довідковій літературі, Па·с. Значення коефіцієнта динамічної в’язкості та константи C деяких речовин при t_o=20 ^oC наведені в таблиці 2 додатку 1, а повітря - в таблиці 3 додатку 1.

10. Визначають в’язкість двохкомпонентної горючої суміші при робочій температурі

Па·с, (2.12)

де індекс «г» відноситься до горючої речовини;

індекс «п» відноситься до повітря;

М – молекулярна маса компоненту суміші, кг/кмоль;

М_п=28,96 кг/кмоль – молекулярна маса повітря;

– коефіцієнт динамічної в’язкості, Па·с. При стехіометричній концентрації горючої речовини у вихідній горючій суміші менше 5% об’ємних часток в’язкість, густину та інші показники горючої суміші можна приймати по повітрю.

11. За таблицею 4 додатку 1 по діаметру гранул та їх матеріалу знаходять питому поверхню S в м²/м³ та вільний об’єм.

У нашому випадку, виходячи з отриманого діаметру гранул гравію визначаємо:

- вільний об’єм ε=0,5;

- питома поверхня S=1150 м²/м³.

12. Подальші розрахунки проводять з використанням методу послідовних наближень, для чого задаються значенням фіктивної швидкості . Приймають =0,2–1,5 м/с.

13. Визначають число Рейнольдса для газового потоку у пористому шарі гранул

. (2.13)

14. Визначають коефіцієнт гідравлічного опору шару гранул у гравійному вогнеперешкоджувачі в залежності від значення числа Re

при Re< 40 =140/Re (2.14)

при Re> 40 =16/Re^0.2 (2.15)

У нашому випадку

15. Знаходять еквівалентний діаметр вогнегасячих каналів у шарі гранул

м, (2.16)

16. Приймають висоту шару гранул у вогнеперешкоджувачі Н

Н=(40 - 50)·d_гр=45·2·10^-3=90·10^-3=0,09 м. (2.17)

17. Уточнюють значення фіктивної швидкості горючої суміші у насадці вогнеперешкоджувача

, (2.18)

де - втрати напору у шарі гранул, Па. Втрати напору не повинні перевищувати 100 - 200 Па.

18. Визначають помилку при заданні фіктивної швидкості

% (2.19)

Якщо помилка не перевищує 5%, вважають значення вірним та продовжують розрахунки, починаючи з п. 19.

Якщо >5 %, то задаються новим значенням фіктивної швидкості:

при > (2.20)

при < (2.21)

та повторюють розрахунки, починаючи з п.13. до тих пір, поки помилка при визначенні фіктивної швидкості не знизиться до величини <5 %.

У нашому випадку проводимо повторний розрахунок:

;

;

;

;

%.

……………………………………

.

19. Розраховують діаметр корпуса вогнеперешкоджувача D, як більшу величину з наступних двох значень

(2.22)

де Q – витрата горючої суміші в захищаємому трубопроводі, м³/c.

20. Визначають дійсну швидкість газової суміші у вогнеперешкоджувачі

м/с, (2.23)

21. Перевіряють втрати напору в шарі гранул вогнеперешкоджувача

Па. (2.24)

22. Визначають помилку при обчисленні втрат напору

%. (2.25)

У разі <5 % розрахунки вважають закінченими. При >5 % розрахунки повторюють з п.17, прийнявши нове значення

.

У нашому випадку проводити повторний розрахунок немає необхідності, так як отримане значення похибки менше 5 %.

Таким чином, розрахунок закінчено, отримані наступні розрахункові параметри гравійного вогнеперешкоджувача:

- горюча речовина – ацетилен;

- критичний діаметр каналів d_кр=1·10^{-3 м;}

- діаметр гранул d_гр = 2·10^-3м;

- висота гранул Н=0,09 м;

- діаметр корпуса вогнеперешкоджувача D=0,4м;

- опір шару насадки =191,3 Па.

Додаток 1

Таблиця 1 – Формули, що застосовуються при вирішенні задач на газові

суміші

Вираз складу суміші парів (газів)	Перехід із одного складу в інший	Густина суміші, r	Уявна молекулярна маса суміші, М	Питома газова стала суміші, R	Парціальний тиск компонентів, Рі
Масовими долями, Сі
Об'ємни-ми доля-ми, jі

Примітка: 1 - індекс, що характеризує стан і-го компонента суміші; n - кількість компонентів у суміші; Р_р - загальний (робочий) тиск системи.

Таблиця 2 – Фізичні властивості деяких горючих газів при атмосферному

тиску (1Ч10⁵ Па)

Таблиця 3 – Фізичні параметри для сухого повітря при атмосферному тиску

(1,01325Ч10⁵ Па)

Продовження таблиці 3.

Таблиця 4 – Характеристика насадок вогнеперешкоджувача

Таблиця 5 – Показники пожежної небезпеки деяких горючих речовин

Продовження таблиці 5.

* - речовина здатна до вибухового розкладання при підвищеному тиску та дії потужних джерел запалювання;

** - у повітрі виробничої зони.

Таблиця 6 – Показник адіабати k для деяких парів та газів.

Таблиця 7 – Значення коефіцієнтів В

	Коефіцієнти В за значенням показника адіабати k
1,24	1,30	1,40	1,66	2,0	2,5	3,0
0,00 0,04 0,12 0,20 0,32 0,40 0,50 0,60 0,72 0,80 0,92	0,464 0,474 0,495 0,519 0,563 0,598 0,656 0,730 0,818 0,873 0,951	0,472 0,482 0,503 0,527 0,572 0,609 0,667 0,741 0,826 0,878 0,953	0,484 0,494 0,516 0,531 0,587 0,625 0,685 0,757 0,837 0,886 0,956	0,513 0,524 0,547 0,573 0,622 0,662 0,725 0,790 0,860 0,903 0,963	0,544 0,556 0,580 0,609 0,660 0,702 0,765 0,822 0,883 0,919 0,969	0,582 0,594 0,620 0,651 0,706 0,751 0,807 0,855 0,905 0,935 0,975	0,612 0,625 0,653 0,685 0,743 0,788 0,836 0,878 0,920 0,945 0,979

Таблиця 8 – Коефіцієнти місцевих опорів

Вид опору	Значення коефіцієнта
Несподіване розширення потоку	=(1-f1/f2)2
f1/f2		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
		0,64	0,36	0,16	0,04
Несподіване звуження потоку		0,5	0,43	0,33	0,25	0,15
f1 і f2 - площі перерізу трубопроводів
Коліно	a	90о	120о	135о	150о
,к	1,1	0,55	0,35	0,2
Відвід (коліно з плавним заокругленням і a=90о)	При 2 < R/d 3 ,o=0,5 При 3 < R/d 7 ,o=0,3
Вхід у трубу	З гострими краями вх=0,5 З плавним входом вх=0,2
Вихід із труби	вих=1
Засувка повністю відкрита     Засувка прикрита на 1/2	Умовний прохід, мм
Менш 175	175-300	Більш 300
Коефіцієнт в.о.
0,5	0,25	0,15
в.п. > 2
Гідрозатвор	г = 2,5-3,2
Тройник для потоку: - прямого - бокового	т.п.=0,5 т.б.=1,2

Поиск по сайту: