Целью аэродинамического расчета газовоздушного тракта котельной установки является определение производительности тяговой и дутьевой системы и сопротивления газового и воздушного тракта.
Производительность тягодутьевой системы (расход воздуха в дутьевой и расход газов в тяговой системе) Q, м3/ч определяется по данным теплового расчета для номинальной нагрузки котельного агрегата.
Сопротивление тягодутьевого тракта или отдельных его участков Δp, Па определяется уравнением
(1) |
где | – | динамический или скоростной напор; | |
– | плотность текущей среды; | ||
– | статический напор, представляющий собой разность между абсолютным давлением в данной точке (уровень ) и абсолютным атмосферным давлением на том же уровне; | ||
– | атмосферное давление на уровне ; | ||
– | плотность атмосферного воздуха, принимаемый постоянным в пределах небольших изменений высоты. |
Статический напор может быть положительным (избыточное давление) и отрицательным (разрежение). Индекс «1» относится к начальному по ходу потока сечению, а индекс «2» – к конечному.
|
|
Сумма статического и динамического напоров называется полным напором и выражается
(2) |
При этих обозначениях уравнение (1) получает вид
, | (3) |
где | – | называется самотягой, величина которой может быть положительной или отрицательной. |
При равенстве плотностей текущей среды и атмосферного воздуха , а также в случае горизонтальных газоходов, самотяга равна нулю.
Виды сопротивлений
Все сопротивления распределяются на две группы:
1) сопротивление трения, т. е. сопротивление при течении потока в прямом канале постоянного сечения;
2) местные сопротивления, связанные с изменением формы или направления канала, каждое из которых считается условно сосредоточенным в каком-либо одном сечении канала и не включает в себя, таким образом, сопротивления трения.
В случае изотермического потока, т. е. при постоянной плотности и вязкости текущей среды, сопротивление трения рассчитывается по формуле
(4) |
Входящий в формулу (4) коэффициент сопротивления трения зависит от числа Рейнольдса и относительной шероховатости стенок канала. Числом Рейнольдса называется безразмерный критерий, характеризующий структуру потока и определяемый из выражения
, |
где | – | коэффициент кинематической вязкости, равный в свою очередь |
, |
где | – | коэффициент динамической вязкости среды. |
Местные сопротивления рассчитываются по формуле
(5) |
где коэффициент местного сопротивления зависит в основном от геометрической формы рассматриваемого участка (а иногда и от числа Рейнольдса).
|
|
Все отдельные сопротивления последовательно расположенных участков тракта при расчете суммируются.
Полный напор вентилятора (или дымососа) при работе его на разомкнутую сеть определяется перепадом полных напоров по всему тракту (всасывающему и нагнетательному), включая потери на входе в тракт и на выходе из него.
Расчет, перепада полных напоров производится по уравнению
. | (6) |
Сопротивление трения подсчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха (7)
. | (7) |
Здесь | – | эквивалентный (гидравлический) диаметр. Для круглого сечения (при течении внутри трубы) он равен внутреннему диаметру трубы, а для некруглого сечения определяется по формуле |
(8) |
где | – | живое сечение канала; | |
– | полный периметр сечения, омываемый текущей средой. |
Для каналов с прямоугольным сечением формула (8) получает вид
(8а) |
где | и | – | размеры сторон прямоугольного сечения. |
Коэффициент сопротивления трения , входящий в формулы (4) и (7), в общем случае зависит от числа Рейнольдса и от степени шероховатости стенок. В большинстве случаев в расчетах тяги и дутья шероховатость стенок не сказывается на сопротивлении, и коэффициент определяется по формуле Блазиуса
(9) |
причем при определении величины Re кинематическая вязкость принимается для температуры стенки.
В некоторых случаях, как например, в газо -воздухопроводах, величина коэффициента сопротивления трения принимается постоянной, независимо от величины Re.
По формулам (6) и (9) построен график 1 для определения сопротивления трения на один погонный метр длины тракта 2. Суммарная величина сопротивления трения получается в результате умножения величины, получаемой по графику 7, на полную длину газохода .
В случае изотермического течения потока используется тот же график, но при определении коэффициента по вспомогательному полю графика оба определяющих параметра и в этом случае оказываются равными (здесь и – средние абсолютные температуры текущей среды и стенки по всему участку тракта).
Формула (9) справедлива для турбулентного движения газов в «гладких» трубах при значениях . При значениях Re, превышающих 100000, должна применяться более универсальная формула
(10) |
справедливая в интервале значений .
При течении в «шероховатых» трубах коэффициент зависит только от относительной шероховатости и определяется по приближенной формуле
(11) |
где | – | абсолютная шероховатость стенки, м. |
Коэффициент определяется по формуле (11) лишь в том случае, если выполняется приближенное условие
. | (12) |
В остальных случаях величина коэффициента определяется по формуле (10).
Практически для всех обычных случаев расчета рекомендуется либо применять формулу (9), либо принимать определенное значение коэффициента . Формулами (11) и (12) приходится пользоваться лишь в отдельных случаях.
При ламинарном потоке в «гладких» трубах (Re< 2000) коэффициент определяется по формуле
. | (13) |
В зоне перехода от ламинарного режима движения потока к турбулентному () рекомендуется принимать с некоторым запасом постоянное значение .
Для облегчения расчетов значение может определяться по графику 2, а динамический напор по графику 3.
Все отдельные сопротивления, в том числе и сопротивление трения, принято подсчитывать для воздуха, а поправки на приведенный удельный вес газов , на запыленность и на барометрическое давление принято вносить лишь в конце расчета ко всему тракту.
В соответствии с этим графики 1, 2 и 3 построены для воздуха при давлении 101,3 кПа.
Средние значения абсолютной шероховатости , рекомендуемые для различных типов поверхностей приведены в приложении 1.
|
|