Основные зависимости и расчетные формулы

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Основы проектирования оборудования предприятий органического синтеза» является одним из основных в подготовке студентов по специальности «Химическая технология органических веществ». В освоении данной учебной дисциплины существенное значение имеют практические занятия по расчетной части курса.

Настоящее учебно-практическое пособие было создано с целью обучения студентов методике расчета и проектирования химической аппаратуры путем рассмотрения примеров и решения конкретных задач.

В издание внесены методы расчета теплообменного, реакционного оборудования, а также насосов и конденсаторов; даны разъяснения о том, как использовать современные расчетные системы применительно к данным методам; приведены примеры и пояснения к ним; даны практические задания и рекомендации по их выполнению, составлены контрольные задачи для усвоения материала.

Существующие на данный момент методики расчета некоторых аппаратов достаточно трудоемки. Интенсифицировать процесс расчета и снизить его трудоемкость позволяет применение современной вычислительной техники.

Использование компьютерной техники студентами при изучении предмета «Основы проектирования оборудования предприятий органического синтеза» позволяет им не только ознакомиться с методами расчета оборудования, но и приобрести навыки работы на компьютере в приложениях Microsoft Excel, MathCAD, а так же сделать учебный процесс более увлекательным и наглядным.

Расчет гидравлического сопротивления трубопровода

Основные зависимости и расчетные формулы

Гидравлическое сопротивление обусловлено сопротивлением трения и местными сопротивлениями, возникающими при изменениях скорости потока по величине или направлению.

Потери давления Dр_п или напора h_п на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений в трубопроводах определяются по формулам:

                                                                                              (1.1)

                                                                                                  (1.2)

где l - коэффициент трения; l и d – соответственно длина и диаметр трубопровода; åx _м.с. – сумма коэффициентов местных сопротивлений; r - плотность жидкости или газа.

Для потоков некруглого поперечного сечения вместо диаметра подставляется эквивалентный диаметр, равный учетверенному гидравлическому радиусу.

Гидравлический радиус r_г представляет собой отношение площади поперечного сечения потока S к омываемому потокам (смоченному) периметру П.

Эквивалентный диаметр определяется по формуле:

                                                                                                                               (1.3)

где S – площадь поперечного сечения потока; П – смоченный периметр.

Если режим ламинарный (Re<2300) и труба круглого сечения, то коэффициент трения определяется по закону Стокса:

                                                                                                                           (1.4)

При ламинарном режиме для каналов некруглого сечения:

                                                                                                                                 (1.5)

где Re = wd_э r/ m; А – коэффициент, зависящий от формы сечения трубопровода. Значения А для сечений различной формы приведены в табл. XIV [5].

При переходном режиме (2320 < Re < 10/e) для гладких труб коэффициент l рассчитывается по следующему уравнению:

,                                                                                                                       (1.6)

где е = D/d_э - относительная шероховатость трубы, D - абсолютная шероховатость трубы (средняя высота выступов шероховатости на поверхности трубы).

Ориентировочные значения шероховатости труб D приведены в табл. 1.1.

Для зоны смешанного трения (10/е<Re<560/e):

                                                                                                           (1.7)

где e – относительная шероховатость трубы.

Для зоны автомодельной по отношению к Re (Re>560/e):

                                                                                                                        (1.8)

Значения коэффициентов местных сопротивлений x в общем случае зависят от вида местного сопротивления и режима движения жидкости. Ниже рассмотрены наиболее распространенные типы местных сопротивлений и даны соответствующие значения коэффициентов x.

1. Вход в трубу: с острыми краями - x = 0,5;

с закругленными краями - x = 0,2.

2. Выход из трубы: x = 1.

3. Плавный отвод круглого сечения: x = А×В. Коэффициент А зависит от угла j, на который изменяется направление потока в отводе (табл. 1.2).

Таблица 1.1