Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Нестационарная теплопроводность в грунте

Читайте также:
  1. Вычисление напряжений в грунте
  2. Сведения о грунте
  3. Стационарная теплопроводность в многослойной плоской стенке

 

На территории промышленной зоны в грунте на глубине h уложен газопровод. Температура по всей глубине массива одинакова и равна , коэффициент температуропроводности грунта а (рисунок 2)

h

 


Рисунок 2 - Схема прокладки газопровода

 

В результате внезапно возникшего пожара грунт начал прогреваться. Температура поверхности грунта повышается в соответствии с законом t= +b где b- эмпирический параметр, характеризующий изменение температуры за единицу времени; – время с начала прогрева(в часах).

Вслед за повышением температуры грунта растет и температура газа и, как результат, давление в газопроводе. При достижении предельно допустимой или критической температуры мажет произойти разрыв трубопровода.

 

Исходные данные:

 

Таблица 12 – Исходные данные

 

Глубина h, м Температура грунта tго, 0C Параметр B, К/ч0,5
0,85    

α = 3

 

Определить: 1) Динамику повышения температуры грунта, то есть изменение температуры грунта на уровне заложения оси газопровода, и построить график для τ = 10, 20, 30, 40, 50 часов после начала прогрева. 2) Динамику повышения давления в газопроводе p_τ. 3) Построить график изменения температуры грунта по глубине от х=0 до х= h для τ = 10, 20, 30, 40, 50 часов. Для расчета следует выбрать три- четыре промежуточных значения х.

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
Пояснение. Значение температуры на глубине х.

 

+ b

где θ- безразмерная температура: θ = f(F0).

Критерий Фурье

 

= ,

 

где х- значение продольной координаты.

 

Безграничная температура находится по графику θ = f(F0)

Для определения динамики повышения давления в газопроводе использовать формулу для изохорного процесса (считая объём газа в трубопроводе величиной постоянной)

 

= ,

 

где - начальное давление газа при начальной температуре грунта, МПа, принять равным 1,2 МПа.

 

= ;


= + 273.

 

Порядок расчета:

 

Температура на поверхности грунта

 

t = tго+ b , 0C; (95)

 

Для = 10:

 

t = 7 + 150 = 481,340C.

 

Для τ = 20:

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
t = 7 + 150 = 677,820C.

 

Для τ = 30:

 

t = 7 + 150 = 828,580C.

 

Для τ = 40:

 

t = 7 + 150 = 955,680C.

 

Для τ = 50:

 

t = 7 + 150 = 1067,660C.

 

Построим график зависимости t от τ (рисунок 3)

Рисунок 3 – График зависимости t от τ

 

Найдем Критерий Фурье для всех значений

 

F = ; (96)

 

Для τ = 10:

 

F010 = = 259,52·10-3.

 

Для τ = 20:

 

F020 = = 519,03·10-3.

 

Для τ = 30:

 

F030 = = 778,55·10-3.

 

Для τ = 40:

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
F040 = = 1038,06·10-3.

Для τ = 50:

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
F050 = = 1297,58·10-3.

 

 

По графику для полученных значений критерия Фурье находим θ

 

θ10 = 0,15;

 

θ20 = 0,2 3;

 

θ30 = 0,32;

 

θ40 = 0,33;

 

θ50 = 0,35.

 

Подставляя значения в формулу + b , находим значения температуры на глубине х=0,4

 

Для = 10:

 

t1 = 7 + 0,2 · 150 = 101,87 0C.

 

Для = 20:

 

t2 = 7+0,23 · 150 = 161,29 0C.

 

Для = 30:

 

t3 = 7 + 0,24 · 150 = 204,18 0C.

 

Для = 40:

 

t4 = 7 + 0,33 · 150 = 320,07 0C.

 

Для = 50:

 

t5 = 7 + 0,35 · 150 = 378,23 0C.

 

Построим график зависимости от τ (рисунок 4):

 

Рисунок 4 – График зависимости t от τ

 

Давление в газопроводе:

 

pτ = , Па; (97)

 

Для = 10:

 

pτ = = 1,61·106 Па.

 

Для = 20:

 

pτ = = 1,86·106 Па.

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
Для = 30:

 

pτ = = 2,05·106 Па.

 

Для = 40:

 

pτ = = 2,54·106 Па.

 

Для = 50:

 

pτ = = 2,79·106 Па.

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
Построим график зависимости pτ от τ (рисунок 5):

 

 

Рисунок 5 – График зависимости pτ от τ

 

Определяем температуру на глубине х = 0,7h:

 

+ b ; (98)

 

Для этого найдем Критерий Фурье для всех значений :

 

F = ; (99)

 

Для = 10:

 

F010 = = 0,08.

 

Для = 20:

 

F020 = = 0,17.

 

Для = 30:

 

F030 = = 0,25.

 

Для = 40:

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
F040 = = 0,33.

 

Для = 50:

 

F050 = = 0,42.

 

По графику для полученных значений критерия Фурье находим

= 0,0047;

 

= 0,05;

 

= 0,15;

 

= 0,17;

 

= 0,22.

 

Подставляя значения в формулу tг/x,τ= tго+ ϴ·b , 0C, находим значения температуры на глубине х=0,7

 

Для τ = 10:

 

t1 = 7 + 0,0047·150 = 9,23 0C.

 

Для τ = 20:

 

t2 = 7 + 0,05·150 = 40,54 0C.

 

Для τ = 30:

 

t3 = 7 + 0,15·150 = 130,24 0C.

 

Для τ = 40:

 

t4 = 7 + 0,17·150 = 168,28 0C.

 

Для τ = 50:

 

t5 = 7 + 0,22·150 = 240,35 0C.

 

Построим график зависимости от (рисунок 6):

 

 

Рисунок 6 – График зависимости от

 

Определим динамику повышения давление в газопроводе

 

pτ = , Па; (100)

 

pτ = = 1,21·106 Па;

 

pτ = = 1,34·106 Па;

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
pτ = = 1,73·106 Па;

 

pτ = = 1,89·106 Па;

 

pτ = = 2,20·106 Па.

 

Построим график зависимости от (рисунок 7)

 

 

Рисунок 7 – График зависимости от

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
2.2.1 Выводы:

 

1)Динамика изменения температуры грунта зависит от продольной по глубине от х=0 до х=h для различных моментов времени.

2) Динамика изменения давления грунта зависит от продольной по глубине от х=0 до х=h для различных моментов времени и от температуры.

 

2.3 Тепловой расчёт теплообменного аппарата

 

Исходные данные:

 

Таблица 13 – Исходные данные

 

Греющий пар tн1, 0C Нагреваемая вода на входе t'2, 0C Нагреваемая вода на выходе t"2, 0C Расход воды m2, кг/с Размеры внутренней трубы d2·δ, мм Расположение аппарата
      0,08 25×1,5 В

 

Порядок расчета:

 

Решение уравнения теплового баланса

 

Количество теплоты, отдаваемого от греющего теплоносителя к нагреваемому

 

Q = m2 · (Cp2" · t"2 - Cp2' · t'2), кДж; (101)

 

Q = 0,08 · (4,346 · 160 - 4,182 · 20) = 48,94 кДж.

 

Расход нагреваемого теплоносителя

 

m1 = , кг/с; (102)

 

где r1 – теплота парообразования, кДж/кг

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
m1 = = 0,026 кг/с.

 

Определение средней разности температур теплоносителя

 

Δt = , 0С; (103)

 

Δtб = tн1 - t'2 = 215 – 20 = 195 0C; (104)

 

Δtм = tн1 - t"2 = 215 – 160 = 55 0C; (105)

 

Δt = = 125 0С.

 

Определение среднего коэффициента теплоотдачи

 

Средняя температура стенки со стороны пара

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
tc1 = tн1 - , 0C; (106)

 

tc1 = 215 - = 152,5 0C.

 

Режим течения

 

Z = H · (tн1 - tс1) · A · (1 - )0,33; (107)

 

где H – высота вертикальной поверхности, м; tн1 – температура пара, 0С; tc1 – средняя температура стенки со стороны пара, 0С; А – комплекс составленный из теплофизических свойств; ρп1 – плотность пара, кг/м3, ρ - плотность конденсата, кг/м3

 

Z = 1,5 · (215 - 152,5) · 207,5 · (1 - )0,33 = 19258,59,

 

Z>2300 – режим течения пленки комбинированный

 

Средний коэффициент теплоотдачи

 

α̅1 = 400· · 1,25, Вт/(м·К); (108)

 

где ν1 – коэффициент кинематической вязкости, м2/с; Prн1 – число Прандтля при tн1; Prс1 – число Прандтля при tc1;

 

α̅1 = 400· · 1,25 = 7870,57 Вт/(м·К).

 

Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к воде

 

Скорость движения потока воды

 

ω̅2 = (109)

 

где f – площадь поперечного сечения трубы, м2,

 

ω̅2 = = 0,22.

 

Площадь поперечного сечения трубы

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
f = , м2; (110)

 

f = = 0,00038 м2.

 

Внутренний диаметр трубы

 

d1 = d2 - 2·δ = 0,025 - 2·0,0015 = 0,022 м. (111)

 

где δ – толщина стенки трубы, м

 

Число Рейнольдса

 

Reж,d = ; (112)

 

Reж,d = = 0,0055·106.

 

Температура стенки внутренней трубы со стороны воды

 

tc2 = tc1 - , 0C; (113)

 

tc2 = 152,5 - = 134,050C.

 

Коэффициент теплоотдачи

 

α̅2 = , Вт/(м·К) (114)

 

где Nuж,d – число Нуссельта;

 

α̅2 = = 79127,27·10-2 Вт/(м·К).

 

Число Нуссельта

 

Nuж,d = Ko· Prж0,43 · ()0,25; (115)

 

Nuж,d = 17,5 · 1,950,43 · ()0,25 = 25,6.

 

Проверка расчета

 

K = , Вт/(м2К); (116)

 

K = = 666,67 Вт/м2К.

 

c1 = tн1 - , 0C; (117)

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
c1 = 215 - = 204,41 0C.

 

Принятая температура t͞c1 и вычисленная температура t͞c1 отличаются на +7%. Поэтому повторяем расчет α͞1 и α͞2, используя новое значение температуры стенки t͞c1.

 

α̅1 = 400· · 1,25 = 48966,77 Вт/(м·К);

 

tc2 = 204,41 - = 184,960C;

 

Nuж,d = 17,5 · 1,950,43 · ()0,25 = 27,70;

 

α̅2 = = 85618,18·10-2 Вт/(м·К);

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
K= = 793,65 Вт/(м2К);

 

c1 = 215 - = 212,97 0C;

Q = 0,9 · m1 · r = 0,9 · 0,026 ·1879 = 43,97 кДж;

 

Kдейств= 0,8 · Kтеор = 0,8 · 793,65 = 634,92;

 

Ƞта = · 100% = 71,79%.

 

2.3.1 Вывод:

 

1) Выполнен конструктивный тепловой расчет поверхностного теплообменного аппарата и определена поверхность нагрева.

2) Рассчитан коэффициент полезного действия теплообменного аппарата.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  

В результате термодинамического расчёта основных схем паротурбинных установок получены следующие выводы: термический КПД цикла Карно выше, чем термический КПД цикла ПТУ ηtktпту. Повышение температуры пара перед турбиной приводит к увеличению термического КПД. Дросселирование потока пара перед турбиной уменьшает термический КПД.

Термодинамический расчёт основных схем парокомпрессионных холодильных машин позволил сделать следующие выводы: Холодильный коэффициент выше для цикла с переохлаждением, чем для обычного цикла. Тепловой насос более экономичен, чем прямой электрический обогрев. Цикл Карно имеет более высокий отопительный коэффициент, чем цикл ПКХМ с дроссельным вентилем. Работа действительного компрессора выше работы теоретического компрессора. Холодильный коэффициент ПКХМ с учетом необратимых потерь ниже холодильного коэффициента теоретического цикла.

При расчёте процессов во влажном воздухе получены выводы: при нагревании влажного воздуха относительная влажность уменьшается. При увлажнении влажного воздуха влагосодержание увеличивается. Параметры влажного воздуха после смешения занимают промежуточное положение между параметрами исходных потоков.

Расчёт тепловых потоков и температурных полей произведён как для стационарного, так и для квазистационарного режима.

Выполнен конструктивный тепловой расчёт рекуперативного теплообменного аппарата и коэффициент полезного действия

Расчётная часть основана на методических указаниях и формулах, принятых в номографиях, учебниках и учебно-методической литературе по теоретическим основам теплотехники.

Графическая часть проекта включает основные схемы паротурбинных и парокомпрессионных установок, а также теплообменного аппарата, процессы изменения состояния в соответствующих диаграммах, расчётные графики.

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
270800.62-411312917 2015  
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. СТО 4.2–07–2012.Стандарт организации. Система менеджмента качества.

Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности. Введен приказом от «27» февраля 2012 г. № 179. – Красноярск: ИПК СФУ, 2012. – 57 с.

2. Техническая термодинамика. Учебно – иетодическое пособие по выполнению курсовой работы для студентов специальности 270800.62.00.05 – «Теплогазоснабжение и вентиляция» / сост. Т.А. Енютина. - Красноярск: Сиб. федер.ун-т, 2012. – 17 с.

3. Тепломассообмен. Учебно – методическое пособие по выполнению

курсовой работы для студентов специальности 270800.62.00.05 – «Теплогазоснабжение и вентиляция»» / сост. Т.А. Енютина, В.И.Карпов. - Красноярск: Сиб. федер.ун-т, 2012. – 35 с.

4. Тепловой расчёт теплообменного аппарата. Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы для студентов специальности 270800.62.00.05 «Теплогазоснабжение и вентиляция»/ сост. Т.А.Енютина. - Красноярск: Сиб. федер.ун-т, 2012. – 22 с.

5. Кушнырев В. И., Лебедев В. И., Павленко В. А. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Стройиздат, 1986. – 464 с.

6. Ривкин С. И., Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. – М.: Энергия, 1984. – 80 с.

 


Дата добавления: 2015-10-16; просмотров: 73 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Задание на курсовой проект | Цикл ПТУ Ренкина | Цикл ПТУ с дросселированным паром | Цикл ПТУ с одним отбором | Цикл ПТУ с двумя регенеративными отборами | Цикл ПКХМ с дроссельным вентилем | Процессы нагревания и увлажнения | XIII. Choose the correct form (a, b, c) of the adjective in the following sentences. | V. Choose the necessary article (the, a, an, - ) | VI. Choose the necessary article (the, -). |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Стационарная теплопроводность в многослойной плоской стенке| VI. Choose the necessary article (the, -).

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.078 сек.)