Порядок аэродинамического расчета газовоздушного тракта

Целью аэродинамического расчета газовоздушного тракта котельной установки является определение производительности тяговой и дутьевой системы и сопротивления газового и воздушного тракта.

Производительность тягодутьевой системы (расход воздуха в дутьевой и расход газов в тяговой системе) Q, м³/ч определяется по данным теплового расчета для номинальной нагрузки котельного агрегата.

Сопротивление тягодутьевого тракта или отдельных его участков Δp, Па определяется уравнением

(1)

где		–	динамический или скоростной напор;
		–	­­плотность текущей среды;
		–	статический напор, представляющий собой разность между абсолютным давлением в данной точке (уровень ) и абсолютным атмосферным давлением на том же уровне;
		–	атмосферное давление на уровне ;
		–	плотность атмосферного воздуха, принимаемый постоянным в пределах небольших изменений высоты.

Статический напор может быть положительным (избыточное давление) и отрицательным (разрежение). Индекс «1» относится к начальному по ходу потока сечению, а индекс «2» – к конечному.

Сумма статического и динамического напоров называется полным напором и выражается

(2)

При этих обозначениях уравнение (1) получает вид

,

(3)

где

–

называется самотягой, величина которой может быть положительной или отрицательной.

При равенстве плотностей текущей среды и атмосферного воздуха , а также в случае горизонтальных газоходов, самотяга равна нулю.

Виды сопротивлений

Все сопротивления распределяются на две группы:

1) сопротивление трения, т. е. сопротивление при течении потока в прямом канале постоянного сечения;

2) местные сопротивления, связанные с изменением формы или направления канала, каждое из которых считается условно сосредоточенным в каком-либо одном сечении канала и не включает в себя, таким образом, сопротивления трения.

В случае изотермического потока, т. е. при постоянной плотности и вязкости текущей среды, сопротивление трения рассчитывается по формуле

(4)

Входящий в формулу (4) коэффициент сопротивления трения зависит от числа Рейнольдса и относительной шероховатости стенок канала. Числом Рейнольдса называется безразмерный критерий, характеризующий структуру потока и определяемый из выражения

,

где

–

коэффициент кинематической вязкости, равный в свою очередь

,

где

–

коэффициент динамической вязкости среды.

Местные сопротивления рассчитываются по формуле

(5)

где коэффициент местного сопротивления зависит в основном от геометрической формы рассматриваемого участка (а иногда и от числа Рейнольдса).

Все отдельные сопротивления последовательно расположенных участков тракта при расчете суммируются.

Полный напор вентилятора (или дымососа) при работе его на разомкнутую сеть определяется перепадом полных напоров по всему тракту (всасывающему и нагнетательному), включая потери на входе в тракт и на выходе из него.

Расчет, перепада полных напоров производится по уравнению

.

(6)

Сопротивление трения подсчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха (7)

.

(7)

Здесь

–

эквивалентный (гидравлический) диаметр. Для круглого сечения (при течении внутри трубы) он равен внутрен­нему диаметру трубы, а для некруглого сечения опре­деляется по формуле

(8)

где		–	живое сечение канала;
		–	полный периметр сечения, омываемый текущей средой.

Для каналов с прямоугольным сечением формула (8) получает вид

(8а)

где

и

–

размеры сторон прямоугольного сечения.

Коэффициент сопротивления трения , входящий в формулы (4) и (7), в общем случае зависит от числа Рейнольдса и от степени шерохова­тости стенок. В большинстве случаев в расчетах тяги и дутья шерохо­ватость стенок не сказывается на сопротивлении, и коэффициент опре­деляется по формуле Блазиуса

(9)

причем при определении величины Re кинематическая вязкость принимается для температуры стенки.

В некоторых случаях, как например, в газо -воздухопроводах, величина коэффициента сопротивления трения принимается постоянной, независимо от величины Re.

По формулам (6) и (9) построен график 1 для определения сопротивления трения на один погонный метр длины тракта ². Суммарная вели­чина сопротивления трения получается в результате умножения величины, получаемой по графику 7, на полную длину газохода .

В случае изотермического течения потока используется тот же график, но при определении коэффициента по вспомогательному полю графика оба определяющих параметра и в этом случае оказываются равными (здесь и – средние абсолютные температуры текущей среды и стенки по всему участку тракта).

Формула (9) справедлива для турбулентного движения газов в «гладких» трубах при значениях . При значениях Re, превышающих 100000, должна применяться более универсальная фор­мула

(10)

справедливая в интервале значений .

При течении в «шероховатых» трубах коэффициент зависит только от относительной шероховатости и определяется по приближенной формуле

(11)

где

–

абсолютная шероховатость стенки, м.

Коэффициент определяется по формуле (11) лишь в том случае, если выполняется приближенное условие

.

(12)

В остальных случаях величина коэффициента определяется по формуле (10).

Практически для всех обычных случаев расчета рекомендуется либо применять формулу (9), либо принимать определенное значение коэффициента . Формулами (11) и (12) приходится пользоваться лишь в отдельных случаях.

При ламинарном потоке в «гладких» трубах (Re< 2000) коэффициент определяется по формуле

.

(13)

В зоне перехода от ламинарного режима движения потока к турбулентному () рекомендуется принимать с некоторым запасом постоянное значение .

Для облегчения расчетов значение может определяться по графику 2, а динамический напор по графику 3.

Все отдельные сопротивления, в том числе и сопротивление трения, принято подсчитывать для воздуха, а поправки на приведенный удель­ный вес газов , на запыленность и на барометрическое давление при­нято вносить лишь в конце расчета ко всему тракту.

В соответствии с этим графики 1, 2 и 3 построены для воздуха при давлении 101,3 кПа.

Средние значения абсолютной шероховатости , рекомендуемые для различных типов поверхностей приведены в приложении 1.