Расчёт характеристик дросселирующего канала 

выполненного в форме змеевика (ламинарный режим течения)

Графоаналитический расчет ламинарного дросселя - змеевика

Выполнен расчет гидравлических харктеристик дросселирующего канала (изогнутой в виде змеевика дроссельной трубки) без учета теплообмена с окружающей средой. Для расчета процессов теплообмена змеевикового ламинарного дросселя (с учетом диаметра дросселирующего канала и температуры рабочего тела, полученных (или принятых) при проведении данного графоаналитического расчета) нужно использовать соответствующие системы номограмм раздела "Теплотехнические расчеты".

Параметры графоаналитического расчета спирального ламинарного дросселя (типа змеевика)

Представленная система номограмм позволяет выбрать или рассчитать следующие характеристики изогнутого в виде змеевика трубопровода (или капилляра):

- d, mm             - внутренний диаметр дросселирующего канала;

- L, cm              - длина канала;

- R, mm             - радиус змеевика;

- Re                   - число Рейнольдса;

- lambda            - коэффициент гидравлических потерь;

- T, K                 - температура рабочего тела змеевика;

- R, kg·m/kg·K  - газовая постоянная; 

- G, mg/s            - расход;

- P₀, kgf/cm²      - давление на входе в дросселирующий канал;

- P₁, kgf/cm²      - давление на выходе дросселирующего канала.

Описание работы с системой номограмм при проведении графоаналитического расчета протяженного дросселирующего канала спиральной формы (змеевика)

При расчёте необходимо сложить систему номограмм, макет которой представлен на рисунке, из двух половинок - левой и правой. Каждый из шести приведенных выше вариантов имеет несколько левых и несколько правых частей, отличающихся диапазонами параметров.  При вызове вариантов этих частей они остаются на экране. Их можно скрыть, перемещая границу окошка, в котором эта часть находится. В некоторых частях отсутствуют вспомогательные графики (additional nom.). Это значит, что они повторяют вспомогательные графики, присутствующие в предыдущем варианте. Их можно просмотреть, открыв этот вариант (сдвинув границу окна для просмотра).

На основной и вспомогательной номограммах графики одного цвета имеют одинаковые значения параметров.

Графики на номограмме  №1 имеют участок близкий к горизонтальному ("ступеньку") - эти участки хорошо видны при открытии системы номограмм №1. В данной точке  формула для расчёта гидравлического сопротивления меняется при достижении определённых условий. При увеличении значения гидравлического сопротивления и уменьшения числа Рейнольдса каждый график заканчивается достаточно длинной "полкой", форма которой близка к горизонтальной. Левая точка "полок" всех графиков находится на общем  графике, выражающем графическую зависимость для прямого канала (lambda = 64/Re) - прямой дроссельной трубки, т.е. случай вырождения змеевика в "линейный трубопровод".

Порядок расчёта изогнутого протяженного трубопровода с ламинарным режимом течения

1. Задаём в первом приближении какие-либо из перечисленных параметров.

2. Используя систему номограмм с подходящим диапазоном параметров, находим значения недостающих характеристик.

3. Корректируем заданные (или принятые в первом приближении) параметры и находим остальные характеристики в следующем приближении.

Пример гидравлического расчёта параметров капилляра (змеевика) при ламинарном течении газообразного рабочего тела

Условие 1. Расход смеси газов равен 500 мг/с. Давление в баллоне (на входе капилляра) 30 кгс/см². Давление на выходе капилляра 1 кгс/см². Средняя температура газовой смеси в канале змеевика-капилляра равна 310 К.  Из конструктивных соображений радиус змеевика должен быть 12.5 мм. Газовая постоянная смеси газов R=910 кг·м/кг·К. Определить конструктивные характеристики изогнутого капиллярного трубопровода (змеевика).

Расчёт змеевика. Выбираем внутренний диаметр капиллярного канала в первом приближении - d = 2 мм. Рассчитываем отношение R/d = 4. Определяем значение P₀² - P₁² = 899 кгс²/см⁴. Выбираем для расчёта систему номограмм № 1. Выбираем часть правую № 3. На вспомогательной номограмме №3а находим график для соотношения расхода и разности квадрата давлений. Значение находится  между графиками со значениями 250 и 350 мг²·см⁴/[с²·кгс²] и примерно равно 280 мг²·см⁴/[с²·кгс²]. Принимаем в первом приближении длину капиллярного канала L = 50 см. Находим промежуточное значение L/d⁴ = 1.5 · 10⁵ см^-4 (ось Х) на номограмме № 4 для выбранных значений длины капилляра (50 см) и диаметра (2 мм). На номограмме №3 находим примерное значение выражения C-ex A = 2.35 · 10⁵ м. Выбираем часть левую №1. На вспомогательной номограмме № 2а находим график, удовлетворяющий заданным значениям температуры (310 К) и газовой постоянной (910 кг·м/кг·К). Это график со значением RT = 37 кг·м/кг. На номограмме №2 для этого графика и значения C-ex A = 280 мг²·см⁴/[с²·кгс²](ось Y) находим приблизительное значение коэффициента гидравлического сопротивления lambda = 0.387. На вспомогательной номограмме №1а находим график, удовлетворяющий выбранному значению внутреннего диаметра и заданному значению радиуса змеевика. Получим график со значением R/d = 6. На номограмме № 1 определяем значение Re (ось Y) для графика R/d = 6 при значении lambda = 0.387 (ось Х). Приблизительное значение Re = 223.

Итак, в результате графоаналитического расчёта с помощью системы номограмм полученные следующие значения параметров ламинарного дросселя (капилляра) типа змеевика:

d = 2 мм, L = 50 см, Re = 223. 

Источники:

Е.З.Рабинович "Гидравлика", ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ" и др.

Тема раздела: расчет изогнутого протяженного трубопровода - ламинарного дросселя типа змеевика. Системы номограмм раздела могут применяться в комплексе с системами номограмм раздела "Теплотехнические расчеты" для расчета тепловых потерь змеевика.

Расчет дроссельной шайбы (течение газа) приведен на странице "Расчет дросселя".

Расчет жиклера (течение жидкости) приведен на странице "Расчет жиклера".

Web-сайт  "ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ".                  Контактная информация. E-mail: nomogramka@gmail.com

Copyright © 2005-2022 г. Все права защищены.