Расчет трубопроводов и насадок для жидкообразных продуктов.

Расчет трубопроводов и насадок для жидкообразных продуктов.

К жидкообразным технологическим средам относят ряд мясопродуктов (бульон, расплавленный жир, кровь, сыворотку крови и т. д.), а также жидкие среды, обеспечивающие технологический процесс (рассол, воду, моющие и стерилизующие растворы и др.). Некоторые из перечисленных текучих сред являются ньютовскими жидкостями, другие могут в той или иной степени иметь аномалии вязкости. Поэтому значение общепринятого понятия «гидравлика» не будет соответствовать существу рассматриваемого вопроса. Его заменили термином «реодинамика», имеющим более универсальный смысл.

Основной задачей реодинамического расчета трубопровода является определение потерь давления или напора (энергии) в соответствующих сечениях трубы. Для большинства вышеперечисленных жидких сред общий энергетический баланс потока выражается уравнением Бернулли, которое для двух наиболее характерных сечений трубопровода имеет вид:

, (5.28)

где , - геометрическая высота центров тяжести рассматриваемых сечений относительно горизонтальной плоскости сравнения, или удельная потенциальная энергия положения, м; , - пьезометрическая высота в рассматриваемых сечениях, или удельная потенциальная энергия давления, м; , - давления в сечениях, Па; - плотность жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с² (g=9, 81 м/с²); , - скоростной напор в рассматриваемых сечениях, или удельная кинетическая энергия потока, м; - потери энергии (напора) между этими сечениями, м.

Потери давления адекватны удельным потерям энергии при течении жидкости, Они расходуются на преодоление сопротивлений движения по длине трубы и в местных сопротивлениях. Первые обусловлены внутренним и внешним трением в жидкости, вторые - изменением скорости по величине или направлению (краны, угольники, диафрагмы и пр.).

Потери давления и напора связаны соотношением: .

Общие потери напора определяют по формуле:

, (5.29)

где - потери напора по длине, м; - потери напора в местных сопротивлениях, м; - коэффициент сопротивления трения по длине трубы; l - геометрическая длина трубопровода, м; - коэффициент местного сопротивления.

На одном трубопроводе может быть несколько местных сопротивлений: вход и выход из трубы, коленья, запорная арматура, поэтому величины коэффициентов суммируются.

Для определения потерь напора для прямых участков труб ( =0) используют первую водопроводную формулу Дарси-Вейсбаха: . (5.30)

Для кольцевых, квадратных и тому подобных сечений вместо диаметра подставляют эквивалентный диаметр, определяемый по формуле: , (5.31)

где - эквивалентный диаметр, м; F - площадь живого сечения потока, м²; П - длина смоченного периметра, м.

Для труб с местными сопротивлениями потери напора определяют по формуле:

, ; (5.32)

, где - приведенная длина трубопровода, м; - эквивалентная длина, м (потери напора по длине эквивалентны потерям напора в местных сопротивлениях реального трубопровода).

Наряду с формулами (5.30) и (5.32) потери напора определяют по видоизмененной первой водопроводной формуле: . (5.33)

Для ориентировочного расчета потерь напора в длинных трубопроводах (потери напора в местных сопротивлениях составляют менее 20 % потерь напора по длине) потери напора в местных сопротивлениях не рассчитывают, а увеличивают значение потерь напора по длине на 20-30 %.

Таким образом, решение задач по расчету потерь напора при транспортировании жидкообразных мясопродуктов (формулы 5.30, 5.32, 5.33) сводится к определению коэффициентов сопротивления. Расчеты по их определению рассмотрены ниже.

В общей случае коэффициент сопротивления трения по длине трубы зависит от критерия Рейнольдса и относительной шероховатости трубы: , (5.34)

где - относительная шероховатость трубы; - абсолютная высота выступов шероховатости трубы, м.

Критерий Рейнольдса определяют по формуле: , (5.35)

где - плотность жидкости, кг/м³; - вязкость жидкости, Па· с.

В гидравлически гладких трубах шероховатость практически не оказывает влияния на потери энергии, а в гидравлически шероховатых трубах происходит дополнительная турбулизация потока, и увеличиваются потери энергии.

Величину коэффициентов сопротивления при различных режимах движения жидкости определяют по графику Никурадзе (рис. 5.1);

Зависимость коэффициентов гидравлических сопротивлений от критерия Рейнольдса:

а) - по длине трубы для различных зон движения жидкости при различной относительной шероховатости трубы: 1 - 0, 0334; 2 - 0, 0164; 3 - 0, 0083; 4 - 0, 004; 5 - 0, 0002; I - ламинарная зона движения жидкости; II - переходная зона движения; Ш - турбулентная зона движения в гидравлически гладких трубах; IV - турбулентная зона движения в шероховатых трубах; V - автомодельная, или квадратичная, зона движения

б) - в местных сопротивлениях: 1 - тройник; 2 – угольник 90^о; 3 - открытый вентиль; 4 - шаровой кран; 5 - диафрагма (степень сжатия 0, 05). Для I зоны (ламинарный режим движения жидкости): R е < 1400,

= К/Rе, где К - коэффициент (для маловязких жидкостей К=64, высоковязких - К=70); для II зоны (переход от ламинарного к турбулентному движению жидкости): 2000 < Rе < 5000,

= 2, 7/Rе^{0, 53}; для III зоны (турбулентный режим движения в гидравлически гладких трубах): 5000 < Rе < 7000,

= 0, 3164/Rе^{0, 25}; для IV зоны (турбулентное движение в шероховатых трубах): 2300 < Rе < 218d/ ,

= 0, 1 /d+100/ Rе^{0, 25}или

= 1, 5/10⁶d^{0, 3}+1/ Rе^{0, 3}; для V зоны (автомодельный, или квадратичный режим движения): Rе > 125d/ ,

= 0, 11 /d^{0, 25}.

Абсолютная величина выступов шероховатости зависит от вида перекачиваемой жидкости, материала трубы, длительности ее эксплуатации и их значения представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1 Средние значения шероховатости для некоторых трубопроводов

Материал и состояние трубопровода	Шероховатость , м
абсолютная	эквивалентная
Стеклянные новые Из нержавеющей стали: новые старые Стальные: новые старые Чугунные новые старые	0, 0006 0, 01-0, 02 0, 5-1, 0 0, 05-0, 1 0, 05-2, 0 0, 4-0, 6 1, 0-3, 0	0, 005 0, 008 0, 2-0, 5 0, 02-0, 07 до 1, 0 0, 2-0, 5 до 2, 0

Значения коэффициентов местных сопротивлений для каждого вида сопротивления зависят от критерия Рейнольдса. Для определения коэффициентов местных сопротивлений, виды которых представлены на рис. 5.2, пользуются таблицами и эмпирическими данными. Для некоторых местных сопротивлений величины коэффициентов приведены на графике (рис. 5.1 б)

Рис. 5.2. Виды местных сопротивлений:

а - внезапное расширение и конический диффузор;

б - внезапное сжатие и конический диффузор;

в - отвод, поворот;

г - колено без закруглений;

д - соединение потоков; е - разделение потоков

При транспортировании застывающих жидкостей существенное значение имеет температурный режим. Температура стенки трубы или самой жидкости должна быть на 10-20^оС выше точки плавления во избежание застывания жидкости или коркообразования на внутренней поверхности трубы. Температуру жидкости в конце трубы при естественном охлаждении определяют из теплового баланса по формуле:

; ; (5.36)

, где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²· К), (К=10-20 Вт/(м²· К);

с - теплоемкость продукта, Дж/(кг· К); - плотность продукта, кг/м³; t , t - температура на входе и выходе из трубы, К; t - температура окружающей среды, К; w - средняя скорость движения потока, м/с;

S - безразмерный комплекс, характеризующий геометрические, кинематические и энергетические параметры потока.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒