Е С Малкін - Фізичне моделювання процесів тепломасообміну в енергетичному роздільнику - страница 1

Страницы:
1  2 

Замінимо спільні елементи аналітичної залежності так: А = (ак +апр) А„;   B = (актв + а"? )Fme;   с = ^ . ксп + Fe . кв). „ . (1 + ^);

 

D = ( Ll + fjl.);

X     Rnh    E = 0,28 ^ Cp Fe;    к = 0,28 • L -pe C -y .

Тоді аналітична залежність для визначення внутрішньої температури в зоні перебування

свиноматки набуде вигляду:

t = A Т„ + В tтв + + D + К) • 13 + E teud
в                     А + В + С + D + E + К '

Висновки. Запропоновано систему опалення, що дає можливість підтримувати відповідні температурні режими в цеху поросят і свиноматки. Отримано аналітичну залежність, що дає змогу визначити внутрішню температуру повітря в зоні перебування свиноматки.

 

1. ВНТП- АПК-02.05 Свинарські підприємства. - К., 2005. 2. Макаруха О.І., Желих В.М. Підтримання температурного режиму в цеху поросят і свиноматок // Вісник Нац. ун-ту "Львівська політехніка" № 655 "Теорія і практика будівництва". - 2009. - С. 168-170. 3. Богословский В.Н, Сканави А.Н. Отопление. -М.: Стройиздат, 1991. - 736 с. 4. Щербатюк Б.І. Енергоощадні системи. - Львів: Вид-во Нац. ун-ту "Львівська політехніка ". - 2003. - 112 с.

 

 

 

УДК 621.036.2

Е.С. Малкін*, О.О. Савченко, І.С. Балінський

*Київський національний університет будівництва і архітектури, кафедра теплотехніки, Національний університет "Львівська політехніка", кафедра теплогазопостачання і вентиляції

 

ФІЗИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛОМАСООБМІНУ В ЕНЕРГЕТИЧНОМУ РОЗДІЛЬНИКУ

© Малкін Е.С, Савченко О.О., Балінський І.С, 2010

Наведено розроблену фізичну модель процесів тепло- і масообміну в енерге­тичному роздільнику, яка дає змогу визначити втрати тиску на кожній характерній ділянці енергетичного роздільника та ступінь нагрівання в ньому.

Ключові слова: гідравлічний опір, енергетичний роздільник, фізична модель.

 

In this article designed physical model of heat-mass exchange processes in energetic separator is presented, that allows to determine pressure losses on each specific run of energetic separator and heating degree.

Keywords: hydraulical resistance, energetic separator, physical model.

 

Вступ. У часи економічної кризи одним із важливих напрямів економії є заощадження паливно-енергетичних ресурсів. При обслуговуванні об'єктів газопостачання одним із способів зменшення використання природного газу є скорочення його споживання для власних потреб. Так, на газорозподільних станціях природний газ використовують у теплообмінниках для нагрівання газу перед процесом дроселювання. Дроселювання у регуляторі тиску газу завжди супроводжується ефектом Джоуля-Томсона, тобто відбувається переохолодження потоку газу за рахунок частини затраченої енергії при стискуванні [1]. Це явище може викликати утворення кристалогідратів нарухомих елементах регулятора тиску [2]. Щоб запобігти гідратоутворенню, газ нагрівають у нагрівниках різних типів, деякі з яких потребують додаткового паливного газу. [3] Одним із заходів для зменшення використання природного газу на газорозподільних станціях з продуктивністю до 2500 м /год є використання енергетичних роздільників (energetic separator) для нагрівання природного газу перед його редукуванням [4].

Розглянемо суть роботи енергетичного роздільника (вихрової труби) [5]. Стиснений газ подається через тангенціальний сопловий канал в трубу, де встановлюється інтенсивний круговий рух. При цьому виникає нерівномірне поле температур. Шари газу поблизу осі є холоднішими за вхідний газ, а периферійні шари закрученого потоку нагріваються. Холодний потік відводиться через діафрагму, анагрітий газ - через дросельний вентиль відводиться з іншого боку труби. На газорозподільних станціях нагрітий потік подається по газопроводу до регулятора тиску газу і, тим самим, запобігає утворенню кристалогідратів всередині регулятора.

Одним із факторів, що гальмують запровадження такого методу нагрівання на діючих газорозподільних станціях, є відсутність математичного моделювання процесу нагрівання стис­нених газів у енергетичному роздільнику.

Мета роботи - створення фізичної моделі процесів тепломасообміну в енергетичному роздільнику, яка би давала змогу визначати втрати динамічного тиску на кожній характерній ділянці енергетичного роздільника та ступінь нагрівання в ньому.

Гідравлічний опір (hydraulical resistance) енергетичного роздільника складається з таких величин: АР = АРвх + АРстр.д + АРрт. + АРвих (1)

де АРвх - гідравлічний опір на вході потоку в енергетичний роздільник; АРстрд - гідравлічний

опір ділянки відцентрового потоку; АРрт  - гідравлічний опір ділянки розвиненого потоку в

енергетичному роздільнику; АРвих - гідравлічний опір виходу з енергетичного роздільника.

А        -6" 4)6"

і

/     2 з

Гідравлічна схема роздільника: 1, 2, 3 - типи вхідних патрубків Гідравлічний опір потоку на вході в енергетичний роздільник:

( d -2

АРвх = a —     ■ w вх (2)

V d вх )

а - експериментальний параметр, Н с2/м4; n - показник степеня, залежить від типу конструкції вхідного патрубка; dex - гідравлічний діаметр вхідного отвору (сопла), м; wex - середня швидкість потоку у вхідному отворі, м/с.вхідного патрубка

Таблиця 1

Значення параметра а та показника степеня п для різних конструкцій наведені в табл.1.

 

Значення параметра а та показника степеня n при різних конструкціях вхідного патрубка

Конструкція вхідного патрубка                     12 3

Параметр а, Н с2/м4                              131,6                142,0 156,0

Показник степеня п                              1,05                  0,33 0,25

Гідравлічний опір потоку на виході з енергетичного роздільника:

( d    лm -2

вих = b —Г~      ' Wвих ' (3)

V d вих )

де b - експериментальний параметр, Н с2/м4; m - показник степеня, залежить від кута конфузора на виході з енергетичного роздільника; dK - внутрішній діаметр камери енергетичного роздільника, м; deax - діаметр вихідного патрубка, м; w(mx - швидкість потоку на виході з енергетичного роздільника, м/с.

Значення параметра b та показника степеня m при різних кутах конфузора на виході з енергетичного роздільника наведені в табл. 2.


Таблиця 2

Повітря з енергетичного роздільника виходить з холодного та нагрітого кінців, відповідно після діафрагми та клапана.

Гідравлічний опір ділянки розвиненого потоку в енергетичному роздільнику:

= 4' а0395 ' р 'w2р.т.
Р-т-~      Re0,25' dK            Р-Ш }

де р - густина потоку; wр_т_ - середня швидкість потоку на ділянці розвиненої течії, м/с;

Ір.т. - довжина ділянки розвиненої течії, м, їр,ж = 0,9 ' /; Re = Wp'm' dfC   - число Рейнольдса;

v

dK - діаметр корпусу, м; V - коефіцієнт кінематичної в'язкості, м2 /с. Гідравлічний опір ділянки відцентрового потоку:

— 2

w

АРстр.д = a1Cf Р '       f* ' (5)

2 ' d к

де Cf - коефіцієнт повного тертя потоку з поверхнею.

с f = 0,427 (lgRe вх - 0,407 )"2'64 , (6)

w - середня швидкість струмини, м/с

—     W вх + W p.m.

w=----- 2----- ' 2

fK - поверхня контакту потоку з внутрішньою поверхнею корпусу, м е Істр.д - довжина ділянки струменевого потоку, м; а; - експериментальний параметр, який враховує додатковий опір на поверхні контакту охолодженого та нагрітого потоків:


( тгр_ ^

1

—0,5

0,2

\0,1

ад = 1 + -

{Рвх )'■W вх

маса відповідно гріючого та

де     - тиск потоку на вході в енергетичний роздільник, Па; тгр, m охолодженого потоку, кг.

Кут розкриття струменя а = arctg 0,149 = 8,5o. Звідси довжина струменя, м:

lcmp


2


d вх

tgaа з іншого боку їстр = ndK n , де n - кількість витків струменя.

Тоді довжина струменевої ділянки визначається із залежності:

+ d вх

+ d вх

ї

2

2

4

=n

= n

d

стр

d ex    ~2 + d ex

lcmp.d

2        ndK        2                0Д49ж_        2        0,289л_/k '

Теплова потужність енергетичного роздільника визначається за формулою:

Q' = AP V .                                                           (8)

Кількість теплоти, необхідної для нагрівання потрібної кількості потоку V від     до teux,
визначається з рівняння:

Q = V ^ cn \teux - tex ),                                                          (9)

де V - кількість повітря, що нагрівається, м3/с; с„ - питома об'ємна теплоємність потоку, що нагрівається, кДж/(м3 К)

Прирівнюючи (8) та (9), можна визначити ступінь нагрівання стисненого газу після енергетичного роздільника.

На лабораторній установці [6] було досліджено роботу енергетичного роздільника на стисненому повітрі. Результати експериментальних досліджень були опрацьовані за допомогою запропонованої математичної моделі процесів тепломасопереносу в енергетичному роздільнику. Для енергетичного роздільника з оптимальними розмірами було визначено гідравлічні втрати статичного тиску на вході та відповідно виходах з енергетичного роздільника. З теплового балансу енергетичного роздільника було визначено ступінь нагрівання потоку після процесу розділення. Ступінь нагрівання стисненого потоку після енергетичного роздільника за результатами експери­ментальних досліджень та аналітичними значеннями відповідно до математичної моделі та значення розбіжностей між цими значеннями наведені в табл. 3.

 

 

Визначення розбіжностей між експериментальними та аналітичними даними

Як видно з табл. 3, розбіжності не перевищують допустимих 10 %.

Висновок. Оскільки розбіжності між експериментальними та аналітичними значеннями ступеня нагрівання повітря не перевищують допустимих при інженерних розрахунках величин, то математичну модель процесів тепло- та масопереносу в енергетичному роздільнику можна вважати достовірною.

 

1. Гімер Р.Ф., Гімер П.Р. Основи газової динаміки. Навчальний посібник. - Івано-Франківськ: Факел, 2000. - 228 с. 2. Коротаев Ю.П., Кулиев AM., Мусаев РМ. Борьба с гидратами при транспорте природных газов. - М.: Недра, 1973. - 136 с. 3. Дубинский НМ. Автоматизация газораспределительных станций. (Обзор зарубежной литературы). -М.: ВНИИОЭГ, 1971. - 111 с. 4. Балінський I, Кашина О., Коваль Р., Банахевич Ю. Газорозподільна станція з енергетичним розділювачем для нагрівання природного газу // Нафта і газ України. Збірник наукових праць: Матеріали 6-їМНПК "Нафта і газ України - 2000". - Івано-Франківськ, 31 жовтня - 3 листопада 2000 р. - Івано-Франківськ, Факел. -2000. - Том 3. - С 48-49. 5. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. - М.: Машиностроение, 1969. - 184 с. 6. Балінський 1С, Кашина О.О, Латик B.C., Банахевич Ю.В. Дослідження енергетичного роздільника газорозподільної станції // Вісник Нац. ун-ту "Львівська політехніка" "Теорія і практика будівництва" - 2004. - № 495. - С 13-16.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Е С Малкін - Фізичне моделювання процесів тепломасообміну в енергетичному роздільнику