Сделай Сам Свою Работу на 5

Порядок решения поставленной задачи





1.По уравнению Форхгеймера–Власова определяют внешний коэффициент теплопередачи α2 [Вт/м2∙К]

, (7.22)

где DН =D+2δ.

2.Так как трубопровод подземный и неизолированный, то принимают К в первом приближении чуть меньше α2, например на 0,2÷0,4.

3.Считая К в первом приближении известным, по формуле Шухова определяют температуру в конце «горячего» нефтепровода

. (7.23)

Таким образом определяют Т в первом приближении.

4.Определяют внутренний коэффициент теплоотдачи из уравнения

, (7.24)

причем, вторым членом в правой части уравнения, вследствие малости, можем пренебречь и уравнение примет вид

. (7.25)

5.Теперь, чтобы убедиться, что первое приближение по К сделано верно, необходимо определить α1 по критериальному уравнению с учетом гидродинамики процесса, и полученные результаты проверить на сходимость.

Критериальные уравнения Михеева для α1:

Если Rе<2000,то

. (7.26)

Если Rе>10000, то

. (7.27)

 

6. Чтобы определить, по какому из уравнений рассчитывать α1, необходимо определить режим течения жидкости.

В ''горячем'' нефтепроводе режим течения жидкости определяют по критической температуре, т.е. температуре перехода из ламинарного режима в турбулентный, которая определяется по формуле



, (7.28)

где Rе =2000; ν* – вязкость при известной температуре Т*, [м2/с]; Q- производительность нефтепровода, [м3/с].

7. Коэффициент крутизны вискограммы определяют по формуле Филонова (7.29), имея два значения вязкости при двух известных температурах

. (7.29)

8.Определив Ткр, сравнивают критическую температуру с начальной и конечной температурами нефти в ''горячем'' нефтепроводе:

Если ТкрТк, то режим турбулентный.

Если ТкрТн , то режим ламинарный.

Если Тн > Ткр > Тк, то в трубопроводе наблюдаются 2 режима течения – турбулентный и ламинарный.

Определив с помощью Ткр режим течения нефти, определяют α1 по уравнению (7.26) если режим течения ламинарный (Rе<2000), и по уравнению (7.27), если режим турбулентный (Rе>10000).

Если 2000<Rе<10000, то

, (7.30)

где NuT = NuЛ + (NuT - NuЛ) , (7.31)

где NuЛ, NuT-критерий Нуссельта при ламинарном и турбулентном режимах течения, а

NuЛ = , NuT = , (7.32)

где αЛ - α1, определённая по формуле (7.26); αТ - α1 определенная по формуле (7.27).



9. Для определения α1 по критериальным уравнениям необходимо знать физико-химические параметры нефти, а также различные критерии при температуре потока и температуре стенки нефтепровода.

Температура потока определяется как среднеарифметическая, если

, то , (7.33)

 

если , то . (7.33)

10.Далее из уравнения теплового баланса определяют температуру стенки нефтепровода, т.е. температуру нефти в пристенном слое

, (7.34)

11.Затем при tп и tст определяют параметры нефти:

вязкость: νп и νст;

плотность: ρп и ρст;

теплоёмкость: Срп и Ср ст;

теплопроводность: λп и λст,

причем вязкость определяют по известной формуле Филонова:

2/с) , (7.35)

где ν* - вязкость при известной Т*; Т – температура, при которой нужно определить вязкость; u – коэффициент крутизны вискограммы; е – основание натурального логарифма.

Плотность определяется по формуле Менделеева

(т/м3) , (7.36)

где β – коэффициент объемного расширения нефти, [1/0К]; (можно принять β = 0,00075).

Теплоемкость определяют по формуле Крего

(Дж/кг·К). (7.37)

Теплопроводность определяют по формуле Крего-Смита

(Вт/м·К) . (7.38)

12.Затем определяют критерии Рейнольдса, Грасгофа и Прандля при tп и tст по формулам:

, (7.39)

, (7.40)

, . (7.41)

 

13. Затем окончательно по критериальному уравнению 7.26, 7.27 или 7.30 определяют α1 и сравнивают с α1, полученным по уравнению (7.25).

Если сходимость ≈ 5%, то расчет считают удовлетворительным, и К выбранным верно и определяют по формуле Шухова, изменяя L от 0 до L (например через 10 км) температуру нефти в «горячем» нефтепроводе и строят закон падения температуры по длине в координатах ТL; если сходимость неудовлетворительна, то расчет повторяют, начиная со 2-го пункта, задаваясь новым значением К и делают столько приближений, сколько необходимо для достижения заданной сходимости, а затем строят график ТL изменения температуры по длине нефтепровода.



 

Методика гидравлического расчета неизотермического нефтепровода

; (7.42)

; (7.43)

; (7.44) ; (7.45)

; (7.46)

; (7.47)

; (7.48)

; (7.49)

, (7.50)

где - гидравлический уклон при , m- показатель режима течения

(7.51)

(7.52)

 

Пример 7.1. Расчет «горячего» нефтепровода

 

Исходные данные для расчета нефтепровода с подогревом нефти:

D = 0,35 м; δ = 0,008 м; DH = 0,366 м; Q = 350 м3/ч; Q = 0,09722 м3/сек; Ср = 1800 Дж/кг∙К; β = 0,00065; L = 50000 м; TH = 62 °С = 335 К; То = 1°С = 274 К; ρ20=940 кг/м3; ν10 = 49 м2/ч; ν10 = 0,01361 м2/сек; Т10 = 283 К; ν60 = 4,9 м2/ч; ν60 = 0,00136 м2/сек; Т60 = 333 К; λгр = 2,4 Вт/м∙К; Но = 2,2 м

Решение

По условию Форхгеймера-Власова определяем внешний коэффициент теплопередачи:

,

Вт/м∙К.

Т. к. нефтепровод подземный и неизолированный принимаем К меньше на 0,1882.

К = α2-0,1882,

К = 4,1266-0,1882,

где К = 3,9384 полный k теплопередачи в первом приближении.

По формуле Шухова определим температуру в конце нефтепровода

,

,

К.

Внутренний коэффициент теплопроводности α1

,

,

отсюда α1=45,0986 Вт/м∙К.

Коэффициент крутизны вискограммы по формуле Филонова

,

.

Температура перехода из ламинарного в турбулентный режим

Ткр=Т60+Ln(ν60∙3,1415∙Reкр/(4Q))

где Reкр = 2000; Ткр=333+Ln(0,00136∙3,1415∙2000/(4∙0,09722)); Ткр= 336,1 К; Ткр= 335 К; Ткр= 290,4 К.

Так как Ткр> ТН, то в трубопроводе режим ламинарный.

Определяем α1 по критериальному уравнению с учетом гидродинамики процесса для ламинарного режима

,

для этого вначале определим среднеарифметическую температуру

,

отсюда температура потока определяется по формуле

,

К.

Из уравнения теплового баланса определим температуру нефти в пристенном слое

,

К.

Для TП и TСТ определим вязкость, плотность, теплоемкость и теплопроводность по формуле Филимонова

,

,

,

м2/с,

м2/с.

Плотность определяем по формуле Менделеева

,

,

,

кг/м3,

кг/м3.

Теплоемкость определяем по формуле

,

,

Дж/кг∙К,

Дж/кг∙К.

Теплопроводность определяется по формуле

,

,

Вт/м∙К,

Вт/м∙К.

Критерий Рейнольдса

,

.

Критерий Гросгофа

,

.

Рис. 7.3. Зависимость температуры нефти от длины участка нефтепровода

 

Критерий Прандтля

,

,

,

,

определение α1

,

,

Ошибка: .

Таблица 7.1

Распределение температуры по длине нефтепровода

t, К 335,0 327,5 320,9 315,1 310,1 305,6 301,7 298,3 295,3 292,7 290,4
L, км

Задача для самостоятельного решения

По нефтепроводу длиной L, км, диаметром 377×10 мм перекачивается нефть в количестве 350 м3/час с параметрами ρ20, [кг/м3]; ν10 и ν60, [м2/час]; с подогревом до tнач.[0С]. Задана глубина заложения подземного неизолированного нефтепровода Н, [м] и коэффициент теплопроводности грунта, λгр, [Вт/м∙К]. Найти полный коэффициент теплопередачи методом

 

последовательных приближений и построить график падения температуры по длине нефтепровода. Исходные данные – в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Данные к задаче по «горячей» перекачке

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.