Аналіз роботи блоку охолодження газу

8.1 Методика розрахунку кількості апаратів

Для визначення кількості апаратів використовується метод послідовних наближень.

Для першого наближення приймаємо, що працює один апарат та різницю температур газу на вході та виході з АПО - 2?С:

(8.1)

Визначаємо масову витрату газу за формулою

(8.2)

де витрата газу.

Визначаємо середню температуру газу за формулою

(8.3)

Визначаємо теплоємність газу при середній температурі газу (в К) та тиску, з яким газ надходить у АПО з нагнітачів за такою імперичною формулою

(8.4)

де абсолютний тиск газу, кг/см2.

Визначаємо кількість переданої теплоти з рівняння теплового балансу

(8.5)

Визначаємо густину навколишнього повітря за формулою

(8.6)

де атмосферний тиск;

газова стала повітря;

температура новколишнього повітря, ?С

Визначаємо масову секундну витрату повітря за наступною формулою

(8.7)

де номінальна продуктивність вентилятора;

кіллькість апаратів повітряного охолодження.

Визначаємо температуру повітря на виході з апарата при номінальній продуктивності апарата за наступною формулою

(8.8)

де теплоємність повітря.

Визначаємо середню різницю температур процесу теплопередачі за формулою

(8.9)

де найбільша і найменша різниця температур, які для прямотоку визначаються за формулами

(8.10)

(8.11)

Визначаємо коефіцієнт стисливості газу при середній температурі газу за формулою

(8.12)

Визначаємо густину газу при середній температурі газу за формулою

(8.13)

Визначаємо число Рейнольдса за формулою

(8.14)

де швидкість газу в апараті;

внутрішній діаметр трубок апарата;

коефіцієнт динамічної в’язкості газу.

Швидкість газу в апараті визначаємо на основі витрати газу, густини газу, площі поперечного перерізу ходу і числа апаратів:

(8.15)

де площа поперечного перерізу ходу.

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності газу за формулою

(8.16)

де тиск газу в кг/см2.

Визначаємо критерій Прандтля для газу за наступною формулою

(8.17)

Визначаємо критерій Нуссельта за наступною формулою

(8.18)

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від газу до внутрішньої стінки труби за формулою

(8.19)

Визначаємо середню температуру повітря за формулою

(8.20)

Визначаємо коефіцієнт динамічної в’язкості повітря за наступною імперичною формулою

(8.21)

Визначаємо критерій Рейнольдса для повітря за формулою

(8.22)

де швидкість повітря у вузькому перерізі пучка труб;

зовнішній діаметр трубок апарата.

Визначаємо критерій Нуссельта за рівнянням Карасіної

(8.23)

де крок ребер, м;

висота ребер, м.

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності повітря за настуупною імперичною формулою

(8.24)

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубок до повітря за формулою

(8.25)

Визчначаємо коефіцієнт теплопередачі від газу до повітря за формулою

(8.26)

де коефіцієнт збільшення площі теплообміну;

товщина стінки трубки;

коефіцієнт теплопровідності стінки.

Визначаємо кількість теплоти переданої газом повітрю за формулою

(8.27)

де поправка на непротовоточність;

загальна площа теплообміну.

Поправку на непротовоточність можна визначити за наступною емпіричною формулою

(8.28)

де поправки, які визначаються за наступними формулами

(8.29)

(8.30)

Наступним кроком перевіряємо рівність теплот, які були визначені за формулою (8.5) та (8.27). У разі, коли віддана теплота, що була знайдена за формулою (8.5) буде меншою за теплоту одержану за формулою (8.27) необхідно змінити температуру на виході АПО, наприклад на 1?С.

Для визначення кількості апаратів повітряного охолодження необхідно прирівняти одержану температуру на виході АПО в результаті наближень із заданою температурою. Якщо розрахована температура газу на виході АПО є вища за задану, то необхідно збільшити кількість апаратів. Розрахунок проводиться спочатку.

8.2 Контрольний приклад розрахунку АПО

Вихідними даними для проведення розрахунку є технічна характеристика АПО, яка приведена нище та дані розраховані по режимах роботи КC.

Геометричні характеристики АПО 2АВГ75С:

- кількість вентиляторів .

Для прикладу розрахунку візьмемо дані, які були одержані у розділі для газу, а саме:

Для першого наближення приймаємо, що працює один апарат та різницю температур газу на вході та виході з АПО - 2?С:

Визначаємо масову витрату газу за формулою (8.2)

Визначаємо середню температуру газу за формулою (8.3)

Визначаємо теплоємність газу при середній температурі газу та тиску, з яким газ надходить у АПО з нагнітачів за формулою (8.4)

Визначаємо кількість переданої теплоти за формулою (8.5)

Визначаємо густину навколишнього повітря за формулою (8.6)

Визначаємо масову секундну витрату повітря за формулою (8.7)

Визначаємо температуру повітря на виході з апарата при номінальній продуктивності апарата за формулою (8.8), прийнявши

Визначаємо найбільшу і найменшу різницю температур за формулами (8.10), (8.11)

Визначаємо середню різницю температур процесу теплопередачі за формулою (8.9)

Визначаємо коефіцієнт стисливості газу при середній температурі газу за формулою (8.12)

Визначаємо густину газу при середній температурі газу за формулою (8.13)

Визначаємо швидкість газу в апараті за формулою (8.15)

Визначаємо число Рейнольдса за формулою (8.14)

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності газу за формулою (8.16)

Визначаємо критерій Прандтля для газу за наступною формулою (8.17)

Визначаємо критерій Нуссельта за наступною формулою (8.18)

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від газу до внутрішньої стінки труби за формулою (8.19)

Визначаємо середню температуру повітря за формулою (8.20)

Визначаємо коефіцієнт динамічної в’язкості повітря за наступною імперичною формулою (8.21)

Визначаємо критерій Рейнольдса для повітря за формулою (8.22)

Визначаємо критерій Нуссельта за формулою (8.23)

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності повітря за формулою (8.24)

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубок до повітря за формулою (8.25)

Визначаємо коефіцієнт теплопередачі від газу до повітря за формулою (8.26)

Визначаємо поправки R i P за формулами (8.29), (8.30)

Визначаємо поправку на непротовоточність за формулою (8.28)

Визначаємо кількість теплоти переданої газом повітрю за формулою (8.27)

Оскільки то зменшуємо температуру на виході АПО на 0,5 ?С, і виконуємо розрахунок спочатку до тих пір, доки ця умова не виконуватиметься. Потім звіряємо температуру на виході апарата із заданою температурою газу. У разі якщо одержана температура є більшою необхідно збільшити кількість апаратів. В результаті розрахунку було одержано кінцеву температуру 39,1 ?С при десяти працюючих апаратах.

Для розрахунку апаратів АПО з допомогою ЕОМ була складена програма на