|
ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ В АППАРАТАХ С ЗАКРУЧЕННЫМИ ПОТОКАМИ
Бадалова Д.А., Хайдаров И.Б., Бадалов А.А., Пулатова Ч., Муминова Ш.
Ташкентский государственный технический университет,
Гулистанский государственный университет
Рассмотрен метод расчета давления в аппаратах с закрученными потоками в
зависимости от различных материалов. Влияние на расчет потерь давления в двухфазных
закрученных потоках различных параметров для организации процессов сжигания
топлива, масса - и теплопередачи, пылеулавливания. Зависимость от перепада давления
количество потребляемой энергии и выбор тягодутьевых средств для аппаратов с
закрученными потоками.
Приведены и перечислены причины перепадов давления в двухфазных закрученных
потоках. Потеря газом кинетической энергии в аппаратах с закрученными и встречными
закрученными потоками газовзвесей превышает потери от всех других причин, что
только эта потеря должна учитываться. Рассмотрены особенности конструкции и
потери давления в вихревых безуносных аппаратах.
Представлены результаты исследования зависимости потерь давления в аппарате
от расхода воздуха через вихревую камеру и результаты исследования влияния
соотношения расходов потоков по каналам аппарата.
По расчету потерь давления в двухфазных закрученных потоках и зависимости этих
потерь от различных параметров представляет интерес для расчета и эксплуатаций
вихревых аппаратов, широко принимаемых для организации процессов сжигания топлива,
масса - и теплопередачи, пылеулавливания. Так от перепада давления зависит количество
потребляемой энергии и выбор тягодутьевых средств.
По перепадам давления известны следующие причины: потери давления во входной
трубе вследствие трения; потери, обусловленные расширением или сжатием газа на входе;
потери в аппарате вследствие трения о стенки; потери кинетической энергии в аппарате;
потери на входе в выходную трубу; гидростатический напор между входной и выходной
трубой; рекуперация энергии в выходной трубе [1, 7].
Похожие теории, рассматривающие ряд причин перепада давления даны в работах
[1, 2, 3].
Некоторые исследователи [2, 3, 8] считают, что потеря газом кинетической энергии
в аппаратах с закрученными и встречными закрученными потоками газовзвесей настолько
превышает потери от всех других причин, что только эта потеря должна учитываться. Тогда
перепад давления в зависимости от скорости на входе
w
i
и безразмерного коэффициента
гидродинамического сопротивления
𝜉
, который в данном случае выражает величину
потерь, запишется в виде:
ΔP = ξ
𝜌𝑤
𝑖
2
2𝑔
Коэффициент гидродинамического сопротивления является функцией скорости [1,
7]. Наиболее универсальные эмпирические зависимости для расчета этого коэффициента
имеются в работах [1, 4, 9].
При наличии закручивающего устройства, на нем наблюдаются значительные
потери давления в аппарате [4, 5, 9]. При этом степень влияния шага винтовой лопасти S
завихрителя на гидродинамическое сопротивление оценивается как
𝛥
Р~S
-0,35
[2].
Не большое сопротивление вихревой камеры и аппарата ВЗП, а также высокая
тангенциальная скорость газа достигается применением рассредоточенного ввода газа по
окружности камеры [1, 5, 7, 9].
Таким образом, в аппаратах с закрученными потоками газовзвеси потери давления в
значительней степени зависят от геометрических характеристик аппаратов, плотности газа,
405
скорости газа в подводящих и выхлопных патрубках и концентрации материалов в газовом
потоке.
Рассмотрим потери давления в вихревых безуносных аппаратах [6]. Особенности
конструкции вихревого безуносного сушильного аппарата (наличие трех подводящих и
одного выхлопного патрубка), не позволяет проводить непосредственное измерение
давлений в каждом патрубке аппарата. Однако, исходя из этих измерений можно
рассчитаться общий (эквивалентный) перепад давления в аппарате.
Запишем уравнение энергетического баланса потоков в аппарате для определения
общего перепада давления в вихревом безуносном аппарате в виде:
(Р
1
+
𝜌
г1
𝑉
1
2
2
) 𝐿
1
+ (Р
2
+
𝜌
г2
𝑉
2
2
2
) 𝐿
2
+ (Р
3
+
𝜌
г3
𝑉
3
2
2
) 𝐿
3
= (Р
4
+
𝜌
г4
𝑉
4
2
2
) 𝐿
4
+ ΔР
0
𝐿
0
Здесь Р
1
, Р
2
, Р
3
, Р
4
– давление в среднем, нижнем, верхнем и выходном подводящих
патрубках соответственно;
ρ
г1
V
1
, ρ
г2
V
2
, ρ
г3
V
3
, ρ
г4
V
4
– плотность и скорость газа во входном и
выходном патрубках аппарата;
ΔР
0
– потеря давления в аппарате;
L
0
- суммарный расход
газа через аппарат.
Раскрыв скобки и сгруппировав члены уравнения [3] получим зависимость для
определения
ΔР
0
в случае, когда температура теплоносителя по каналам аппарата
одинакова (
ρ
г1
=ρ
г2
=ρ
г3
=ρ
г4
)
𝛥р
0
=
р
1
𝐿
1
+ р
2
𝐿
2
+ р
3
𝐿
3
𝐿
0
+
𝜌
г
2𝐿
0
(
𝐿
1
3
𝑆
1
+
𝐿
2
3
𝑆
2
+
𝐿
3
3
𝑆
3
+
𝐿
4
3
𝑆
4
) − р
4
где
S
1
, S
2
, S
3
, S
4
– площади подводящих и выхлопных патрубков аппарата.
Эксперименты по определению потерь давления в вихревом сушилке безуносного
типа – аппарате со встречными потоками с вихревой камерой проводились на
экспериментальной установке СВЗП- ВК 200/340 [6].
Эксперименты проводились на холодной модели в холостом режиме – для чистой
газовой фазы и при наличии частиц материала по следующей методике.
Регулированием заслонок на подводящих патрубках по показаниям измерительных
диафрагм устанавливался требуемый расход воздуха по каналам аппарата. После выхода
сушильного аппарата на стационарный режим, замеряли перепады давления в каналах
аппарата с помощью импульсных трубок, соединенных с микроманометрами ММН- 240.
Измерения проводились при установившихся показаниях микроманометров.
Температура воздуха в ходе эксперимента составляла 297 К. По полученным значениям и
формуле (4) вычислялся общий перепад давления в вихревом безуносном сушильном
аппарате.
На рис.1 представлены результаты исследования зависимости потерь давления в
аппарате от расхода воздуха через вихревую камеру. В ходе эксперимента расход воздуха
по верхнему и нижнему каналам не изменялся.
На рис. 1 видно, что в исследованном интервале изменения расхода воздуха (до 9
10
-
2
м
3
/с) гидравлическое сопротивление аппарата увеличивается при увеличении расхода
воздуха
L
1
.
При наличии материала в аппарате падение давления меньше при тех же значениях
расхода воздуха через вихревую камеру и сушилку в целом, что и в аппарате, не
загруженном материалом, причем разница в падении давления между пустым и
загруженным материалом в аппарате тем больше, чем больше концентрация материала.
Так, при концентрации материала 0,12 кг/кг потери давления в аппарате уменьшаются в
среднем на 5%, а при концентрации материала 0,47 кг/кг - на 11%. В экспериментах
модельным материалом служил диацетат целлюлозы (
𝜌
м
=1330 кг/м
3
). Снижение падения
давления в вихревом безуносном аппарате при подаче материала по сравнению с пустым
аппаратом можно объяснить уменьшением тангенциальной составляющей скорости газа
из-за рассеивания энергии потока газовзвеси при трении газового потока и частицы
материала и материала о стенки аппарата. Это подтверждается результатами
экспериментальных исследований поля скоростей газовой фазы в аппарате.
406
Do'stlaringiz bilan baham: |
