Предварительная оценка теплоотдачи труб сложной конфигурации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Камский институт гуманитарных и инженерных технологий, г. Ижевск, Удмуртия

Предварительная оценка теплоотдачи труб сложной конфигурации

А.В. Кулагин

Задача о нагревании стенки простой цилиндрической трубы без учета температуры окружающей среды, ресурса и изменения внешнего профиля трубопровода имеет достаточно точное математическое решение и расхождения при проектировании и эксплуатации газо- и нефтепроводов минимальны [1,2,3]. Однако задача начинает приобретать более сложный характер, если внешняя стенка трубы некруглая или продукт доставки перемещается нелинейно относительно продольной оси трубопровода. Кроме этого следует учитывать и влияние нестационарности распределения тепла по толщине стенки.

Рассмотрим вопрос о нагревании трубы сложной конфигурации. Нагревание от механических причин и теплоотдачу на выходе не учитываем, а также нагрузку на ресурс трубы. Считаем, что в замкнутом объеме (камере) поверхность охлаждения постоянна, в трубе она меняется от поверхности камеры до поверхности всего канала .

Для учета теплоотдачи необходимо по опытам в замкнутом объеме определить время сгорания продукта и по кривой Мюраура [1] определить количество сгорания этого продукта . Если продукт сгорал бы в камере при начальной плотности , то поправка на теплоотдачу составила бы

(1^/),

где

При сгорании продукта в полном объеме при плотности продукта на выходе получаем выражение расхождения температур

 (1)

Для его оценки рассмотрим изменения давления от времени .

На одной диаграмме наносятся кривые давления (Рисунок 1, кривая 1), отношение поверхностей (Рисунок 1, кривая 2), площадь , площадь соответствует охлаждению от конца горения до конца процесса (Рисунок 1), где и импульсы, соответствующие максимальному давлению и времени выхода продукта.

Рис 1. Диаграмма изменения давления от времени при движении продукта.

теплоотдача потеря нагревание труба

При постоянной рабочей поверхности умножаем правую часть формулы (1) на отношение площадей

,

тогда отношение поверхностей меняется по ординатам кривых 1 и 2, поэтому перемножим эти ординаты. В результате получаем кривую 3 и отношение площадей имеет вид к покажет, какую часть от потери получится по формуле (1) ~0,43-0,46

(2)

Если нет кривых, то по тождествам ; , в которых , - начальные и конечные параметры объемов и плотностей продукта, подставляя эти соотношения в формулу (2) получим

(3)

Представим уравнения движения продукта:

, ; ; ,

где - скорость, которая получилась бы при движении без форсирования к моменту, когда сгорит часть продукта , отвечающая действительному давлению

Изменение импульса и всей поверхности составит:

; ,

где d^/- приведенный диаметр.

Если труба имеет сложный внутренний винтовой профиль, то его можно оценить по длине и площади трубы ; . С другой стороны; . Средний диаметр внутренней части трубы . Оцениваем геометрию трубы:

;

, ;

;;

Заменив и их выражениями, получим

(4)

Потеря в трубе в предварительный период движении продукта составляет

(5)

Складывая выражения (4) и (5), получаем

(6)

Здесь необходимо иметь кривую скорости движения по длине трубы (Рисунок 2).

Рис. 2. Кривая скорости движения продукта по длине трубы .

Из анализа этой кривой следует, что отношение полной потери к потере на теплоотдачу в камере к концу горения продукта составит

,

где площадь бдhd- потеря в камере, площадь oefд- в винтовой части, площадь бokd- потеря в предварительном период. - характеризует теплоотдачу в данный момент времени, то есть по кривой (2) имеем

; .

Указанный подход позволяет инженеру-исследователю и инженеру-конструктору воспользоваться способом оценки теплоотдачи стенкам труб сложного профиля, моделируя их геометрию и действующие нагрузки. В дальнейшем можно приступать к решению задач прочности, жесткости и обеспечения надежности и ресурса. Более точные результаты могут быть получены только при испытании валовых партий изделий.

Литература

1. Юдаев Б.Н. Теплопередача. М., «Высшая школа», 1973.- 360 с.

2. Коршак А.А., Нечваль А.М. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов. СПб., «Недра», 2008.- 488 с.

3. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М., «Энергия», 1974.- 592 с.

Размещено на Allbest.ru