находимо відповідні значення eСО2, eН2О та eSO2.

римітка. Розрахунок t проводиться, поки розбіжність між прийнятим значенням t та розрахованим буде не більш ніж 5 %.

 

1.2. Визначення діаметру димового каналу D та перерізу повітряного каналу:

- за умовами задана швидкість руху продуктів горіння W_д, м/с:

W_д = ,

звідки знаходимо діаметр димового каналу D.

- площа повітряного кільця, м²:

f =

f_в = (1,7¸1,9) f ,

де (1,7¸1,9) – коефіцієнт, який ураховує оребрення.

- площа труби з повітряним кільцем, м²:

F_в = F_д + f_в = + f_в

- зовнішній діаметр труби з повітряним кільцем, м:

D_в =

- розмір кільцевого зазору, м:

b =

 

1.3. Визначення коефіцієнту тепловіддачи від стінки до повітря:

- сумарний коефіцієнт тепловіддачи від стінки до повітря, :

- середня температура повітря, ^оС:

_в=

- при цій температурі кінематична в’язкість n_в() [ ] та теплопровідність l_в ()[ ] повітря визначається з довідників.

- середня дійсна швидкість повітря за робочих умов, м/с:

W_в() = W_в(1 + b ),

де b - коефіцієнт температурного розширення, b = К^-1.

- еквівалентний діаметр повітряного каналу, м:

d_э = _,

де Р_в - периметр повітряного каналу, м.

 

 

- критерій Рейнольдса:

Re =

- коефіцієнт тепловіддачи від стінки до повітря, :

a

- передачею тепла випромінням від стінки до повітря знехтуємо внаслідок невисоких температур повітря та малої ефективної довжини проміня. Тоді a = = a .

 

1.4. Визначення коефіцієнту тепловіддачи на стороні продуктів сгоряння.

- конвективну складаючу коефіцієнту тепловіддачи від продуктів сгоряння до стінки a [ ] визначаємо аналогічно повітряній стороні (див. п.1.3).

- середня температура продуктів горіння:

= (^оС); = + 273 (К)

- схема теплообміну в рекуператорі протиточна:

®

- середня температура стінки на вході в рекуператор, ^оС:

=

- середня температура стінки на виході з рекуператора, ^оС:

=

- середня температура стінки по всій довжині рекуператора:

= (^оС); = + 273 (К)

 

- ефективна довжина проміня циліндричного димового каналу, м:

S_еф = 0,9 × D,

де 0,9 – коефіцієнт, враховуючий нерівності внутрішньої поверхні труби.

- парціальний тиск випромінюючих газів:

Times; 0,01× 0,98

Times; 0,01× 0,98

Рso₂ = SО₂ × 0,01× 0,98

- по номограмам довідників визначається ступінь чорноти e_СО2, e_Н2О та e_SO2 в залежності від S_еф, Р_СО2, Р_Н2О, Р_СО2 та .

- аналітичний розрахунок ступіней чорноти випромінюючих газів:

Е_СО2 = 8,8(Р_СО2 ×S_еф)^1/3 × ()^3,5

Е_Н2О = 10,4 × Р × S × ()³

Е_SO2 = 27,5 × (Р _SO2 ×S_еф)^0,3 × ()^3,1

 

Порівнюючи Е_СО2, Е_Н2О та Е_SO2 із законом Стефана-Больцмана

Е_і = 5,67 × e_і × ()⁴

находимо відповідні значення eСО2, eН2О та eSO2.

- сумарний ступінь чорноти випромінюючих газів:

e_д = e_СО2 + e_Н2О

- коефіцієнт тепловіддачи випромінюванням, :

a

- сумарний коефіцієнт тепловіддачи від продуктів горіння до стінки, :

 

1.5 Визначення сумарного коефіцієнту теплопередачи, поверхні нагріву та довжини рекуператора.

- температурний напір на вході в рекуператор, враховуючи протиточну схему теплообміну, ^оС:

t^’ = -

- температурний напір на виході з рекуператора, ^оС:

t^’' = - t

- середній температурний напір по всій довжині рекуператора, ^оС:

t_ср =

- коефіцієнт теплопередачі, :

k =

Враховуючи, що d_ст ® 0, а l_ст() ® ¥, доданком знаменника можна зневажити.

- площа поверхні теплообміну рекуператора, м²:

F_p =

- довжина труби рекуператора, м:

L_тр =

 

2. За складеним алгоритмом побудувати програму на алгоритмічній мові “BASIC” чи “PASCAL”.

3. Виконати розрахунок геометричних розмірів циліндричного радіаційного рекуператора з зустрічним рухом газів, використовуючи дані з таблиці 6. Фізичні характеристики повітря і продуктів згоряння вибираються з теплотехнічних доідників [4].

 

РЕКОМЕНДУЄМІ ПІДРУЧНИКИ ТА УЧБОВО-МЕТОДИЧНІ ПОСІБНИКИ ПО ДИСЦИПЛІНІ

1. Математическое моделирование металлургических процессов. В.П.Цымбал.-М.: Металлургия, 1986.

 

2. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей. В.А.Арутюнов, В.В.Бухмиров, С.А.Крупенников.-М.: Металлургия, 1990.

 

3. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. С.Пантакар (англ.).-М.: Энергоатомиздат, 1984.

 

4. Металлургическая теплотехника. Учебник для вузов/Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кобахидзе В.Н. и др. – М.: Металлургия, 1986.

 

5. Основы метрологии. Г.Д.Бурдун, Б.Н.Марков. Учебное пособие для вузов.-М: Издательство стандартов, 1985.

 

ДОДАТОК

 

Таблиця 1. Варіанти завдань

№ варіанту	Склад суміші, %	Початкова температура	Коефіцієнт надлишку повітря	Теплотворна здібність суміші, Мдж/м3
першого газу, оС	другого газу, оС
	кд (1.1)			1,25	6,7
	кд (1.2)	-5		1,12	7,1
	пд (3.6)			1,46	16,7
	пк (4.2)			1,28	17,5
	кд (6.5)			1,70	8,2
	кд (5.5)			1,60	6,4
	пд (2.5)			1,50	13,9
	кд (6.6)			1,12	8,4
	кд (5.6)		-5	1,67	7,3
	кд (5.4)	-5		1,76	6,3
	пд (5.5)			1,57	12,8
	пд (12.4)			1,80	15,4
	кд (3.3)			1,85	6,9
	кд (4.4)			1,29	6,8
	пд (10.2)			1,75	11,9
	кд (2.4)			1,25	7,7
	пд (9.5)			1,27	14,3
	кд (1.6)			1,92	6,5
	кд (1.5)	-5		1,77	7,2
	кд (2.5)			1,89	7,4
	пд (3.5)			1,36	10,7
	пд (7.3)			1,47	13,2
	пд (8.2)			1,88	12,1
	кд (4.5)			1,66	5,5
	кд (1.4)			1,91	5,8
	кд (2.4)			1,22	6,4
	кд (3.4)			1,38	6,7
	кд (6.4)	-5		1,54	5,9
	кд (3.1)			1,44	6,1
	кд (2.2)			1,39	7,2

 

Таблиця 2. Склад сухих природних газів

 

 

№№п п	Місце народження	Зміст компонентів у газі, %
СО2	СH4	C2H6	C3H6	C4H10+C5H12	N2
	Ставропольське	0,1-0,5	98,0-99,1	0,1-0,4	0,04-0,2	0,01-0,08	0,1-1,3
	Шебелінське	0,06-0,1	91,2-94,2	3,5-7,1	0,4-1,15	0,3-1,6	0,1-1,8
	Радченківське /сухий газ/	0,1-0,6	85,6-87,9	0,02-0,03	0,02-0,03	0,02-0,03	11,9-14,1
	Западна Україна	0,07-0,2	96,7-98,8	0,04-0,25	0,2-0,5	0,03-0,3	0,8-3,0
	Сушинське	0,02-0,2	97,2-98,5	0,1-0,25	0,3-1,4	0,02-0,05	1,0-1,5
	Линівське	0,2-1,5	87,6-98,5	0,12-1,0	1,4-4,1	0,1-1,4	2,3-4,4
	Арчединське і Коробковське	0,1-0,5	65,2-98,4	0,1-12,5	0,6-11,7	0,03-8,6	0,1-5,0
	Єлшанське	0,2-0,1	90,5-94,0	0,4-1,7	1,5-3,0	0,15-1,6	3,0-3,8
	Піщано-Уметське	0,1-1,2	87,1-94,0	0,3-2,5	0,6-4,0	0,43-2,7	2,5-3,0
	Степановське	0,1-0,2	83,5-95,1	0,3-1,9	0,8-4,3	0,2-1,5	0,5-9,3
	Куйбишевсько- Бугуруславське	О,1-4,0	20,5-82,5	1,4-20,5	0,2-22,0	0,2-14,7	1,0-65,0
	Туймазинське	0,1-2,0	30,0-39,5	13,0-20,0	10,0-18,5	10,9-11,9	10,0-30,0
	Карадагські Бакинські нафто- промисли	1,0-22,0	72,3-94,7	0,8-5,4	0,1-2,3	0,4-2,9	-

Увага! З наданого діапазону кожного компоненту приймається будь-яке значення з єдиною вимогою: відсоткова сума всіх компонентів повинна дорівнювати 100%.

 

 

Таблиця 3 - Склад сухих домених газів

№ п/ п	Зміст компонентів, %
CO2	СО	Н2	Н2S	СН4	N2
	12,7	29,0	1,5	0,5	0,8	55,5
	13,3	30,4	4,8	0,9	0,5	50,1
	10,5	28,0	2,8	0,6	0,3	57,8
	11,6	28,2	3,2	0,7	0,2	56,1
	12,5	29,2	6,0	0,8	0,7	53,8
	13,0	28,4	3,4	0,6	0,4	54,2

 

 

Таблиця 4- Склад сухих коксових газів

	№№ п/п	Зміст компонентів, %
CH4	C2H4	СО	CO2	Н2	N2	О2	H2S
	22,5	2,4	8,8	2,3	57,6	5,3	0,8	0,4
	28,2	-	8,8	2,1	55,8	4,5	0,4	0,2
	26,7	2,3	7..0	3,0	55,6	4,6	0,5	0,3
	25,4	2,1	6,0	2,8	57,3	4,3	0,8	0,4
	23,2	2,0	8,0	2,7	59,0	4,4	0,3	0,4
	25,0	2,2	6,9	2,2	59,0	4,2	0,4	0,3

Таблиця 5 - Гранична вологість газів, г/м³

Темпе­ ратура, oС	-5
Воло­ гість	3,21	4,84	6,8	9,4	12,82	17,29	30,36	51,13	82,94

 

Таблця 6 – Дані для розрахунку геометричних параметрів циліндричного радіаційного рекуператора

№ вар	Vв, м3/г	Vд, м3/г	t , оС	t , оС	t , оС	Wв, м/с	Wд, м/с	n, %	СО2,%	Н2О,%	SО2,%
	700;900;50 600;800;100 950;1150 750;950 890;950 740;840 720;800	1100;1300;100 1300;1480 1000;1200 1220;1420 950;1150 990;1090 960;1000 1150;1250	(0,01) (0,01) (0,01) (0,01;0,02;0,005) (0,01) (0,01) (0,01) (0,01;0,02) (0,01;0,02) (0,01;0,02) (0,01;0,02) (0,01) (0,01;0,02) (0,01) (0,01;0,02) (0,01) (0,01;0,02) (0,01;0,02) (0,01) (0,01) (0,01;0,02)	(0,38) (0,38) (0,38) (0,38) (0,38;) (0,38;0,4;0,005) (0,38) (0,38) (0,38;0,41) (0,38) (0,38) (0,38) (0,38;0,41) (0,38) (0,38) (0,38) (0,38;0,41) (0,38) (0,38) (0,38;0,41) (0,38;0,41)	(0,5) (0,5;0,66;0,04) (0,5;0,66;0,04) (0,5) (0,5) (0,5) (0,5;0,65) (0,5) (0,5) (0,5;0,65) (0,5) (0,5;0,65) (0,5) (0,5) (0,5) (0,5) (0,5;0,65) (0,5;0,65) (0,5) (0,5;0,65) (0,5;0,65)	10;14 10;12;1 9;13 11,5;14 9,6 10,2 8;12 8,5;10,3 9;13 16;18 9,8 10,2	1,2 1,4 1,1 0,9 1,0 0,9;1,1 1,5 1,1 1,0;1,2 1,3 1,2;1,3 0,8;1,2 1,25 1,3 1,1 1,3;1,5 1,4 0,9 1,0;1,4 1,6;1,8 1,5	10;14;2 13,5 9;13 14;18 15;19 12,5 8;14 13;19 16;20	(1) (1) (1) (1;1,8;0,2) (1) (1;1,8) (1) (1) (1;1,9) (1) (1) (1) (1) (1;1,6) (1) (1) (1) (1;1,7) (1) (1) (1)	(1) (1) (1) (1) (1;1,8;0,2) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1;1,6) (1) (1) (1;1,8) (1) (1) (1) (1) (1;1,7) (1)	(1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1;1,7) (1) (1) (1;1,9) (1) (1) (1) (1;1,4) (1) (1) (1) (1;1,9) (1) (1)

Продовження таблиці 6 – Дані для розрахунку геометричних параметрів циліндричного радіаційного рекуператора

№ вар	Vв, м3/г	Vд, м3/г	t , оС	t , оС	t , оС	Wв, м/с	Wд, м/с	n, %	СО2,%	Н2О,%	SО2,%
	1000;1220 750;950 870;1100	1000;1200 1400;1600 950;1150	(0,01) (0,01) (0,01;0,02) (0,01) (0,01) (0,01;0,02) (0,01) (0,01) (0,01;0,02)	(0,38;0,41) (0,38) (0,38) (0,38;0,41) (0,38) (0,38) (0,38;0,41)	(0,5) (0,5;0,65) (0,5) (0,5) (0,5) (0,5;0,65) (0,5) (0,5;0,65) (0,5)	13;17 9;13 11,5 9;11,3 9,6 10,2 8;12 8,5	0,9;1,1 1,5 1,1;1,3 1,0;1,2 1,3 1,2;1,3 0,8;1,2 1,25 1,3;1,5	9;13 14;18 15;19 12,5 8;14	(1) (1) (1;1,9) (1) (1) (1) (1;1,5) (1) (1;1,8)	(1) (1) (1) (1;1,6) (1) (1;1,9) (1) (1) (1)	(1) (1;1,8) (1) (1) (1;1,3) (1) (1) (1) (1)

 

Примітка.

- у колонках з потрійними цифрами, записаними через крапку з комою, містяться саме ті незалежні фактори, відносно яких необхідно провести розрахунок.Тут вказана верхня і нижня межа діапазону вар'ювання та шаг вар'ювання;

- у колонках 4,5 і 6 для вибору t , t , t коефіцієнти у скобках треба помножити на t_k, яка приймається з даних розрахунку завдання № 1;

- у останніх трьох колонках у скобках містяться коефіцієнти, які треба помножити на випромінюючі компоненти диму, відсотковий склад яких приймається з даних розрахунку завдання №1, відповідно CO₂, H₂O та SO₂;

 

 

Таблиця 7 – Фізичні характеристики повітря і пордуктів згоряння середнього складу (при тиску 0,1013 МПа)

 

Температура	Середня теплоемність с, кДж/(м3К)	Коефіцієнт теплопроводності ,Вт/(м К)	Коефіцієнт кінематичної вязкості , м2/с
повітря	продуктів згоряння	повітря	продуктів згоряння	повітря	продуктів згорання
	1,318 1,324 1,332 1,342 1,354 1,366 1,382 1,396 1,410 1,424 1,437 1,449 1,460 1,472 1,483	1,359 1,370 1,381 1,397 1,415 1,431 1,448 1,460 1,472 1,485 1,498 1,511 1,523 1,535 1,548	2,47 3,21 3,93 4,61 5,22 5,76 6,22 6,71 7,18 7,64 8,08 8,51 8,93 9,52 9,99	2,28 3,13 3,93 4,84 5,70 6,56 7,42 8,28 9,16 10,01 11,12 11,75 12,62 13,50 14,42	13,3 23,2 34,9 48,3 63,1 79,2 96,8 115,1 134,7 155,2 176,7 199,2 222,7 248,9 273,0	12,2 21,5 32,8 45,8 60,4 76,3 93,61 112,1 131,8 152,5 174,3 197,1 221,00 246,5 272,0