Неизотермическое течение однородной жидкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет

Кафедра Нефтегазовые технологии

Практическая работа №7

Неизотермическое течение однородной жидкости

Вариант 14

Выполнил: студент группы РНГМ-11-1

Паньков М.А.

Проверил: ассистент Лекомцев А.В.

Пермь 2014

Задание №1

По трубопроводу перекачивается вязка нефть с подогревом. Трубопровод имеет длину L = 21 км, наружный диаметр Dн = 366 мм, толщину стенки д = 9 мм. Объем перекачиваемой нефти G = 310 м³/ч с начальной температурой t_н = 94 ⁰С, с конечной t_к = 52 ⁰С. Трубопровод над землей с температурой окружающей среды t₀ = -30 ⁰C. Кинематическая вязкость при 10 ⁰C н₁ = 35 м²/ч. Коэффициент кривизны вискограммы u = 0.63 1/⁰C, плотность нефти _н = 860 кг/м³. Коэффициент объемного расширения нефти в = 0,000665 1/⁰C, удельная теплоемкость нефти с_р = 1660 Дж/(кг*⁰C), теплопроводность воздуха л_в = 0,175 Bт/(м*⁰C), теплопроводность л_ст = 48 Bт/(м*⁰C), коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху б = 11 Bт/(м*⁰C). Определить работу трубопровода при данных условиях и толщину стенки теплоизоляции, если она будет необходима.

Решение. Определяем критическую температуру, приняв при этои Re = 2000:

t_кр = t_* + ln = 75,42 ⁰C. Т.к. t_н > t_кр > t_к,

то в трубопроводе два режима течения: ламинарный и турбулентный.

Определяем внутренние коэффициенты теплоотдачи б₁.

Для турбулентного режима средняя температура потока:

t_n = = 84,71 ⁰С.

Средняя температура стенки принимается равной = 70 ⁰С

Определяем вязкость, параметры Re, Pr, Gr при средних температурах потока и стенки:

v_n = = 0,316 м²/ч

v_ст = = 0,798 м²/ч

Re = = 3589,885

Pr = = 716,305

Pr_ст = = 1810,093

Gr_n = = 524176,821

Поскольку 2000<Re_n<10⁴, то внутренний коэффициент б₁ определяем с помощью интерполяции.

Nu₁ = 0.17Re^0.33Pr^0.43Gr^0.1(Pr/Pr_ст)^0,25 = 126,65

Nu₂ = 0.021Re^0.8Pr^0.43(Pr/Pr_ст)^0,25 = 196,48

Тогда

Nu_т = Nu₁+(Nu₂-Nu₁) = 140,53

Откуда

б₁ = = 70,669 Bт/(м^{2. 0}C).

Проверяем температуру стенки по уравнению теплового баланса:

t_ст = = 69,26 ⁰C,

принятая температура стенки 70 ⁰C, т.е. практически совпала с расчетной.

Ламинарный участок

Средняя температура потока:

t_n = =63,71 ⁰C.

Средняя температура стенки принимается равной t_ст = 48 ⁰С

По аналогии находим:

Вязкость, параметры Re, Pr, Gr при средних температурах потока и стенки:

v_n = = 1,18 м²/ч

v_ст = = 3,19 м²/ч

Re = = 956,112

Pr = = 2689,48

Pr_ст = = 7238,24

Gr_n = = 39709,03

Внутренний коэффициент теплоотдачи определяется с помощью интерполяции:

Nu₁ = 0.17Re^0.33Pr^0.43Gr^0.1(Pr/Pr_ст)^0,25 = 109,94

Nu₂ = 0.021Re^0.8Pr^0.43(Pr/Pr_ст)^0,25 = 118,54

Тогда

Nu_т = Nu₁+(Nu₂-Nu₁) = 108,82

Откуда

б_1л = = 54,72

Проверяем температуру стенки по уравнению теплового баланса:

t_ст = = 48,029 ⁰С,

принятая температура стенки 48 ⁰C, т.е. практически совпала с расчетной.

Определяем полный коэффициент теплоотдачи для турбулентного участка:

= 9,923 Bт/(м^{2. 0}C).

Для ламинарного участка:

= 11,25 Bт/(м^{2. 0}C).

Длина турбулентного участка:

= 1792,92м

Длина ламинарног участка:

= 2448,37м

Таким образом, без тепловой изоляции температуру нефти в конце труборовода, равную 52 ⁰C, получить не представляет возможным

Определяем необходимую толщину тепловой изоляции. Так как t_н, tк и б₂ заданы, а t_кр не зависит от тепловой изоляции, то остаются без изменения б_1т и б_1л.

Из формулы

теплоизоляция трубопровод температура теплоотдача

для трубопроводов с тепловой изоляцией:

Совместное решение этих уравнений позволяет получить следующее выражение:

Где Шу_п = ln - приведенный параметр Шухова.

В качестве теплоизолирующего материала применяется стекловата для которой коэффициент теплопроводности Вт/(м*⁰С), тогда, подставляя в данную формулу числовые значения получим = 1,086.

Откуда D_из = 1,086*366 = 397,476мм; д_из = (397,476-366)/2 = 15,738 мм

Размещено на Allbest.ru