задача №1 (1) (1)-1. Тепловой режим горячего нефтепровода
 Скачать 77.91 Kb.
|
|
Тепловой режим «горячего нефтепровода» По нефтепроводу длиной L=43 км, диаметром 377×10 мм перекачивается нефть в количестве 350 м3/час с параметрами ρ20=948 [кг/м3]; ν10 = 47 и ν60 =4,7 [м2/час]; с подогревом до tнач=66 [0С]; температуру окружающей среды  принимаем 275,15 [K]; Задана глубина заложения подземного неизолированного нефтепровода Н=1,55 [м] и коэффициент теплопроводности грунта, λгр=2,20 [Вт/м∙К]. Найти полный коэффициент теплопередачи методом последовательных приближений и построить график падения температуры по длине нефтепровода. Исходные данные – в табл. 1.2.Цель задачи: выяснить закон падения температуры по длине неизотермического нефтепровода; определить полный коэффициент теплопередачи К от нефти через стенку в окружающую среду методом последовательных приближений. Для расчета задаются следующие данные: D-диаметр нефтепровода внутренний, [м]; δ-толщина стенки нефтепровода, [м]; Q-производительность нефтепровода, [м3/c]; L-длина нефтепровода, [м], Тн - начальная температура или температура подогрева нефти, [К]; Т0 – температура окружающей среды, [K]; λгр – коэффициент теплопроводности грунта, [Вт/м∙К]; Н-глубина заложения трубопровода до оси трубы, [м]; ρ20- плотность нефти при 20 0С, [кг/м3]; ν20 – вязкость нефти при 20 0С, [м2/с]; ν50 – вязкость нефти при 50 0С, [м2/с]; Ср – теплоемкость нефти для предварительных расчетов 1850, [Дж/кг∙К]. Порядок решения поставленной задачи1.По уравнению Форхгеймера–Власова определяют внешний коэффициент теплоотдачи α2 [Вт/м2∙К]  , (1.1) =4,1737 где DН – наружный диаметр нефтепровода. 2.Так как трубопровод подземный и неизолированный, то принимают К в первом приближении чуть меньше α2, например на 0,2÷0,4. ПРИНИМАЕМ К=3,8737 3.Считая К в первом приближении известным, по формуле Шухова определяют температуру в конце «горячего» нефтепровода  . (1.2) = 296,49 К.Таким образом определяют  в первом приближении. 4.Определяют внутренний коэффициент теплоотдачи  из уравнения , (1.3)причем, вторым членом в правой части уравнения, вследствие малости, можем пренебречь и уравнение примет вид  . (1.4) Выражаем из равенства, получаем = 31,9834.5.Теперь, чтобы убедиться, что первое приближение по К сделано верно, необходимо определить 1 по критериальному уравнению с учетом гидродинамики процесса, и полученные результаты проверить на сходимость. Критериальные уравнения Михеева для α1: Ламинарный режим течения Если Rе<2000,то  . (1.5)Турбулентный режим течения Если Rе>10000, то  . (1.6)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  , (1.7) =377,008 Кгде Rе =2000; ν* – вязкость при известной температуре Т*, [м2/с]; Q- производительность нефтепровода, [м3/с]. 7. Коэффициент крутизны вискограммы определяют по формуле Филонова (1.8), имея два значения вязкости при двух известных температурах u =   . (1.8)u =   = 0,0468.Определив Ткр, сравнивают критическую температуру с начальной и конечной температурами нефти в ''горячем'' нефтепроводе: Если Ткр ≤ Тк, то режим турбулентный. Если Ткр ≥ Тн , 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 (1.5) если режим течения ламинарный (Rе<2000), и по уравнению (1.6), если режим турбулентный (Rе>10000). 9. Для определения 1 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  = 313,99 К. (1.13)10.Далее из уравнения теплового баланса определяют температуру стенки нефтепровода, т.е. температуру нефти в пристенном слое  , (1.14) =309,50 К.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:  (м2/с) , (1.15) = 0,0031 м2/с = 0,0039 м2/сгде 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) , (1.16) =0,933 (т/м3)  =0,936 (т/м3) где β – коэффициент объемного расширения нефти, [1/0К]; (можно принять β = 0,00075). Теплоемкость определяют по формуле Крего  (Дж/кг·К). (1.17) = 1871 (Дж/кг·К) = 1855 (Дж/кг·К)Теплопроводность определяют по формуле Крего-Смита  (Вт/м·К) . (1.18) =0,1408 (Вт/м·К)  = 0,1411 (Вт/м·К) 12.Затем определяют критерии Рейнольдса, Грасгофа и Прандля при tп и tст по формулам: Reп=  , (1.19)Reп=  =111,59Grп =  , (1.20)Grп =  =155,36, Prп=  , Prст= . (1.21)Prп=  =38,43 Prст= =47,99 Ламинарный режим течения Если Rе<2000,то  =2,39068 13.Затем окончательно по критериальному уравнению 1.5, 1.6 или 1.9 определяют 1 и ставнивают с 1 полученным по уравнению (1.4). 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 Т – L; 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 Т – L изменения температуры по длине нефтепровода. Таблица 1.2 ПСТб-19-1
|