Восходящий поток

96. Рассчитаем вязкость воздуха при 100 ⁰С по формуле Сазерленда:

μ₁₀₀ = μ₀ *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)^0,5,

где μ₀ – динамическая вязкость воздуха при Т₀ = 273 К (приложение 4);

С – постоянная Сазерленда (приложение 4).

μ₁₀₀ = μ₀ *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)^0,5 = 1,721*10^-5*(1 + 122/273)/(1 + 122/373)*(373/273)^0,5 = 2,19*10^-5 Па*с.

97. Рассчитаем плотность воздуха при 100 ⁰С:

ρ₁₀₀ = ρ_в*273/(t + 273) = 1,285*273/(100 + 273) = 0,94 кг/м³.

98. Рассчитаем скорость воздуха в подовом канале:

W_пк = V_в /F_пк = 0,229/0,141 = 1,62 м/с.

99. Рассчитаем критерий Рейнольдса в подовом канале для воздуха:

Re_ПК = W_пк *d_пк *ρ₁₀₀/ μ₁₀₀ = 1,62*0,351*0,94/2,19/10^-5 = 24406,5.

100. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в подовом канале по формуле Доброхотова:

λ_ПК = 0,175/ Re_ПК^0,12 = 0,175/24406,5^0,12 = 0,0521.

101. Рассчитаем потери на трение в подовом канале регенератора:

Δр₁ = k_пк* λ_ПК *L_пк* W²_пк * ρ₀ *Т_пк/(d_пк*2*g*T₀)*9,81,

где k_пк – коэффициент для подового канала;

L_пк – длина канала, м;

d_пк – эквивалентный диаметр канала, м.

Δр₁ = k_пк* λ_ПК *L_пк* W²_пк * ρ₀ *Т_пк/(d_пк*2*g*T₀)*9,81 = 1/3*0,0521*6,923*1,62²*1,285* 373/(0,351*2*9,81*273)*9,81 = 0,789 Па.

102. Рассчитаем скорость воздуха в отверстии колосниковой решётки:

W_кр = V_в /F_кр/ n_кр,

где F_кр – минимальная площадь сечения колосникового отверстия, м²;

n_кр – число колосниковых отверстий.

W_кр = V_в /F_кр/ n_кр = 0,229/0,00096/ 92 = 2,59 м/с.

103. Рассчитаем потери на повороте 90⁰:

Δр_пов90 = ξ_пов90* W²_кр * ρ₀ *Т_кр/(2*g*T₀)*9,81,

где ξ_пов90 – местное сопротивление на повороте 90⁰ ξ_пов90 = 1,5 для квадратных сечений [2] приложение V, с.352.

Δр_пов90 = ξ_пов90* W²_кр * ρ₀ *Т_кр/(2*g*T₀)*9,81 = 1,5*2,59²*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 8,83 Па.

104. Рассчитаем местное сопротивление при сужении потока при входе в колосниковую решётку:

ξ_суж = 0,5*(1 - F_кр /b_пк/(L_пк/ n_кр)),

где b_пк – ширина подового канала, м.

ξ_суж = 0,5*(1 - F_кр /b_пк/ (L_пк/ n_кр)) = 0,5*(1 - 0,00096/0,258/(6,923/92)) = 0,4753.

105. Рассчитаем потери при сужении потока при входе в колосниковую решётку:

Δр_суж = ξ_суж* W²_кр * ρ₀ *Т_кр/(2*g*T₀)*9,81 = 0,4753*2,59²*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 2,799 Па.

106. Рассчитаем критерий Рейнольдса в отверстии колосниковой решётки для воздуха:

Re_кр = W_кр *d_кр *ρ₁₀₀/ μ₁₀₀ = 2,59*0,035*0,94/2,19/10^-5 = 3890,9.

107. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в отверстии колосниковой решётки по формуле Доброхотова:

λ _кр = 0,175/ Re_кр^0,12 = 0,175/3890,9^0,12 = 0,0649, тогда ξ_тр = 0,045.

108. Рассчитаем местное сопротивление на расширение и трение в диффузоре:

ξ_диф = ξ_расш + ξ_тр = 0,199 + 0,045 = 0,244.

109. Рассчитаем потери в диффузоре колосниковой решётки:

Δр_диф = ξ_диф* W²_кр * ρ₀ *Т_кр/(2*g*T₀)*9,81 = 0,244*2,59²*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 1,437 Па.

110. Рассчитаем коэффициент местного сопротивления при расширении потока при выходе из колосниковой решётки в насадку регенератора:

ξ_расш = 1 – F^/ _кр / F_нас/ n_кр = 1 - 0,00385/(1,13/92) = 0,6865.

111. Рассчитаем скорость воздуха в отверстии колосниковой решётки:

W^/_кр = V_в /F^/_кр/ n_кр,

где F^/_кр – максимальная площадь сечения колосникового отверстия, м²;

n_кр – число колосниковых отверстий.

W^/_кр = V_в / F^/_кр / n_кр = 0,229/0,00385/ 92 = 0,65 м/с.

112. Рассчитаем потери напора при расширении потока при выходе из колосниковой решётки в насадку регенератора:

Δр_расш = ξ_расш* (W^/_кр)²* ρ₀ *Т_кр/(2*g*T₀)*9,81 = 0,6865*0,65²*1,285*373/(2*9,81*273)* 9,81 = 0,255 Па.

113. Потери в колосниковой решётке рассчитываем по диффузорному отверстию, обладающему наибольшим сопротивлением:

Δр₂ = Δр_пов90 + Δр_суж + Δр_диф + Δр_расш = 8,83 + 2,799 + 1,437 + 0,255 = 13,321 Па.

114. Рассчитаем скорость воздуха в насадке регенератора:

W_рег = V_в /F_нас = 0,229/1,13 = 0,203 м/с.

115. Рассчитаем среднюю температуру в регенераторе:

Т^ср_рег = (100 + 1200)/2 + 273 = 923 К.

116. Рассчитаем потери на трение в насадке регенератора:

Δр₃ = k_рег*с_рег*L_рег* W²_рег * ρ₀ * Т^ср_рег /(d^1,25 _рег*В/133,3)*9,81,

где k_рег – коэффициент для перевода из британских мер (k_рег = 0,18);

с_рег – коэффициент, зависящий от типа насадки (для фасонной с_рег = 0,34; для прямоугольной с_рег = 0,22);

L_рег – длина канала, м;

d_рег – эквивалентный диаметр канала, м.

Δр₃ = k_рег*с_рег*L_рег* W²_рег * ρ₀ * Т^ср_рег /(d^1,25 _рег*В/133,3)*9,81= 0,18*0,34*2,145* 0,203²*1,285*923/(0,03^1,25*98500/133,3)*9,81 = 6,822 Па.

117. Рассчитаем коэффициент местного сопротивления при выходе из насадки регенератора в наднасадочное пространство:

ξ_ннас = 1 – F_нас/ F_ннас = 1 - 1,13/2,8 = 0,596.

118. Рассчитаем потери напора при выходе из насадки регенератора в наднасадочное пространство:

Δр_4в = ξ_ннас * W²_рег * ρ₀ *Т_рег/(2*g*T₀)*9,81 = 0,596*0,203²*1,285*1473/(2*9,81*273)* 9,81 = 0,085 Па.

119. Рассчитаем вязкость воздуха при 1200 ⁰С по формуле Сазерленда:

μ₁₂₀₀ = μ₀ *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)^0,5 = 1,721*10^-5*(1 + 122/273)/(1 + 122/1473)*(1473/273)^0,5 = 5,34*10^-5 Па*с.

120. Рассчитаем плотность воздуха при 1200 ⁰С:

ρ₁₂₀₀ = ρ_в*273/(t + 273) = 1,285*273/(1200 + 273) = 0,238 кг/м³.

121. Рассчитаем скорость воздуха в наднасадочном пространстве:

W_ннас = V_в /F_ннас = 0,229/1,732 = 0,13 м/с.

122. Рассчитаем критерий Рейнольдса в наднасадочном пространстве для воздуха:

Re_ннас = W_ннас *d_ннас *ρ₁₂₀₀/ μ₁₂₀₀ = 0,13*0,501*0,238/5,34/10^-5 = 290,28.

123. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в наднасадочном пространстве регенератора по формуле Доброхотова:

λ _ннас = 0,175/ Re_ннас^0,12 = 0,175/290,28^0,12 = 0,0886.

124. Рассчитаем потери на трение в наднасадочном пространстве регенератора:

Δр_4тр = λ _ннас *L_ннас* W²_ннас * ρ₀ *Т_ннас/(d_ннас*2*g*T₀)*9,81 = 0,0886*0,12*0,13²*1,285* 1473/(0,501*2*9,81*273)*9,81 = 0,0012 Па. Тогда:

Δр₄ = Δр_4в + Δр_4тр = 0,085 + 0,0012 = 0,00862 Па.

125. Рассчитаем скорость воздуха при входе в короткий косой ход:

W _{кх вх} = V_вккх /F_{кх вх} = 0,01547/0,025 = 0,619 м/с.

126. Рассчитаем потери напора на повороте 45⁰ к косому ходу:

Δр_пов45 = ξ_пов45* W²_{кх вх} * ρ₀ *Т_кх/(2*g*T₀)*9,81,

где ξ_пов45 – местное сопротивление на повороте 45⁰ ξ_пов45 = 0,32 для квадратных сечений [2] приложение V, с.352.

Δр_пов45 = ξ_пов45* W²_{кх вх} * ρ₀ *Т_кх/(2*g*T₀)*9,81 = 0,32*0,619²*1,285*1503/(2*9,81*273) *9,81 = 0,434 Па.

127. Рассчитаем местное сопротивление при сужении потока при входе в короткий косой ход:

ξ_суж = 0,5*(1 - F_{кх вх} / F^/ _ннас),

где F^/ _ннас – площадь сечения при выходе из наднасадочного пространства.

ξ_суж = 0,5*(1 - F_{кх вх} / F^/ _ннас) = 0,5*(1 - 0,025/0,248) = 0,4496.

128. Рассчитаем потери напора при сужении потока при входе в короткий косой ход:

Δр_{суж кх} = ξ_суж * W²_{кх вх} * ρ₀ *Т_кх/(2*g*T₀)*9,81 = 0,4496*0,619²*1,285*1503/(2*9,81* 273)*9,81 = 0,609 Па.

129. Рассчитаем вязкость воздуха при 1230 ⁰С по формуле Сазерленда:

μ₁₂₃₀ = μ₀ *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)^0,5 = 1,721*10^-5*(1 + 122/273)/(1 + 122/1503)*(1503/273)^0,5 = 5,4*10^-5 Па*с.

130. Рассчитаем плотность воздуха при 1230 ⁰С:

ρ₁₂₃₀ = ρ_в*273/(t + 273) = 1,285*273/(1230 + 273) = 0,233 кг/м³.

131. Рассчитаем скорость воздуха в коротком косом ходе:

W_кх = V_вккх /F_кх = 0,01547/0,012 = 1,29 м/с.

132. Рассчитаем критерий Рейнольдса в коротком косом ходе для воздуха:

Re_кх = W_кх *d_кх *ρ₁₂₃₀/ μ₁₂₃₀ = 1,29*0,109*0,233/5,4/10^-5 = 606,71.

133. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в коротком косом ходе по формуле Доброхотова:

λ _кх = 0,175/ Re_кх ^0,12 = 0,175/606,71^0,12 = 0,0811.

134. Рассчитаем потери на трение в коротком косом ходе:

Δр_{кх тр} = λ _кх *L_кх* W²_кх * ρ₀ *Т_кх/(d_кх*2*g*T₀)*9,81 = 0,0811*1,2*1,29²*1,285* 1503/(0,109*2*9,81*273)*9,81 = 5,256 Па.

135. Рассчитаем потери напора на повороте 45⁰ в коротком косом ходе:

Δр_пов45кх = ξ_пов45* W²_кх * ρ₀ *Т_кх/(2*g*T₀)*9,81 = 0,32*1,29²*1,285*1503/(2*9,81*273) *9,81 = 1,884 Па.

136. Рассчитаем коэффициент местного сопротивления при плавном сужении струи на уровне регистра и рассекателя:

ξ_{суж рег} = k_рег *(1 - F_{кх вых} /F_кх),

где k_рег – коэффициент для сужении струи в регистре и рассекателе.

ξ_{суж рег} = k_рег *(1 - F_{кх вых} /F_кх) = 0, 01081*(1 – 0,0063/0,012) = 0,005135.

137. Рассчитаем скорость воздуха на выходе из короткого косого хода:

W_{кх вых} = V_вккх /F_{кх вых} = 0,01547/0,0063 = 2,46 м/с.

138. Рассчитаем потери напора за счёт плавного сужения струи на уровне регистра и рассекателя:

Δр_{суж рег} = ξ_{суж рег} * W²_{кх вых} * ρ₀ *Т_кх/(2*g*T₀)*9,81 = 0,005135*2,46²*1,285* 1503/(2*9,81*273)*9,81 = 0,109 Па.

139. Рассчитаем потери напора при выходе воздуха в вертикал, с учётом того, что регистр и рассекатель закрывают половину сечения вертикала:

Δр_{вых верт} = (1 - F_{кх вых} /F_верт*0,5) * W²_{кх вых} * ρ₀ *Т_кх/(2*g*T₀)*9,81 = (1 - 0,0063/0,218 *0,5)*2,46²* 1,285* 1503/(2*9,81*273)*9,81 = 21,097 Па.

140. Общая потеря напора в коротком косом ходе:

Δр₅ = Δр_пов45 + Δр_{суж кх} + Δр_{кх тр} + Δр_пов45кх + Δр_{суж рег} + Δр_{вых верт} = 0,434 + 0,609 + 5,256 + 1,884 + 0,109 + 21,097 = 29,389 Па.

141. Рассчитаем вязкость продуктов сгорания при 0 ⁰С:

ln μ_пг = ln μ_H2О* H₂О + ln μ_CO2*CO₂ +ln μ_SO2*SO₂ + ln μ_N2* N₂ + ln μ_O2*O₂ = ln(0,818* 10^-5)*0,1303 + ln(1,384*10^-5)*0,1315 + ln(1,354*10^-5)*0,0021 + ln(1,667*10^-5)*0,6848 + ln(1,943*10^-5)*0,0515 = - 11,1139. Тогда μ_пг = 1,4904*10^-5 Па*с.

142. Постоянную Сазерленда рассчитаем по методу аддитивности:

С_пг = С_пгдг*а_дг + С_пгкг*а_кг = 167*0,777 + 237*0,223 = 183.

143. Рассчитаем вязкость продуктов сгорания при 1500 ⁰С по формуле Сазерленда:

μ₁₅₀₀ = μ_пг *(1 + С_пг/273)/(1 + С_пг/Т)*(Т/273)^0,5 = 1,4904*10^-5*(1 + 183/273)/(1 + 183/1773)*(1773/273)^0,5 = 5,75*10^-5 Па*с.

144. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1500 ⁰С:

ρ₁₅₀₀ = ρ_пг*273/(t + 273) = 1,2986 *273/(1500 + 273) = 0,2 кг/м³.

145. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в вертикале:

W_верт = V_пгв /F_верт = 0,07565 /0,218 = 0,35 м/с.

146. Рассчитаем критерий Рейнольдса в вертикале для продуктов горения:

Re_верт = W_верт *d_верт *ρ₁₅₀₀/ μ₁₅₀₀ = 0,35*0,445*0,2/5,75/10^-5 = 541,74.

147. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в вертикале по формуле Доброхотова:

λ _верт = 0,175/ Re_верт ^0,12 = 0,175/541,74^0,12 = 0,0822.

148. Рассчитаем потери на трение в вертикале:

Δр₆ = λ _верт *L_верт* W²_верт * ρ_пг *Т_верт/(d_верт*2*g*T₀)*9,81 = 0,0822*3,96*0,35²*1,2986* 1773/(0,445*2*9,81*273)*9,81 = 0,378 Па.

149. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в перевальном окне:

W_по = V_пгв /F_по = 0,07565 /0,114 = 0,66 м/с.

150. Рассчитаем потери напора при повороте на 90⁰ в перевальное окно:

Δр_пов90по = ξ_пов90* W²_по * ρ_пг *Т_по/(2*g*T₀)*9,81 = 1,5*0,66²*1,2986*1673/(2* 9,81*273)*9,81 = 2,6 Па.

151. Рассчитаем потери напора при сужении в перевальном окне:

Δр_{суж по} = 0,5*(1 – F_по /F_верт) * W²_по * ρ_пг *Т_по/(2*g*T₀)*9,81 = 0,5*(1 - 0,114/0,218)* 0,66²* 1,2986*1673/(2*9,81*273)*9,81 = 0,413 Па.