Гидродинамический расчет

2.2.2.1 Исходные данные

Параметры елового опила

Вход в сушилку

Абсолютная влажность w_a1=78, 57 %

Эквивалентный диаметр d_э=2, 3·10^{-3 м}

Плотность при w_a1 [2, табл. 4] r_м1=932, 85 кг/м³

Фактор формы Ф=0, 83

Выход из сушилки

Абсолютная влажность w_а2=25 %.

Плотность при w_а2 [2, табл. 4] r_м2=670 кг/м³.

Параметры сушильного агента

Вход в сушилку

Расход L₁=1, 4 кг/с

Температура t₁=380 °C

Влагосодержание х₁=0, 069 кг/кг

Теплосодержание J₁=607, 47 кДж/кг

Плотность [6, прил. 2] r_t1=0, 507 кг/м³

Динамическая вязкость [6, прил. 3] m_t1=31, 802·10^-6Па·с

Выход из сушилки

Расход L₂=1, 48 кг/с

Температура t₂=80 °C

Влагосодержание х₂=0, 179 кг/кг

Теплосодержание J₂=555, 26 кДж/кг

Плотность [6, прил. 2] r_t2=0, 985 кг/м³

Динамическая вязкость [6, прил. 3] m_t2=20, 9·10^-6Па·с

Средние значения параметров для сушилки:

L_ср=0, 5(L₁+L₂)=0, 5(1, 4+1, 48)=1, 44 кг/с;

t_cp=0, 5(t₁+t₂)=0, 5(380+80)=230 °C;

x_cp=0, 5(x₁+x₂)=0, 5(0, 069+0, 18)=0, 125 кг/кг;

r_tcp=0, 5(r_t1+r_t2)=0, 5(0, 507+0, 985)=0, 746 кг/м³;

m_tcp=0, 5(m_t1+m_t2)=0, 5(31, 802+20, 9)·10^-6=26, 351·10^-6 Па·с;

w_acp=0, 5(w_a1+w_a2)=0, 5(78, 57+25)=51, 79 %;

r_мcp=798, 95 кг/м³ при w_acp=51, 79 % [2, табл. 4];

l_tcp= 0, 287 Вт/(м·К) при t_cp=230 °C [2, табл. 7].

2.2.2.2 Диаметр трубы-сушилки

Объемный расход сушильного агента:

на входе в сушилку при t₁=380 °C и х₁=0, 069 кг/кг:

V_t1=L₁(1+x₁)/r_t1=1, 4(1+0, 069)/0, 507=2, 95 м³/с.

на выходе из сушилки при t₂=80 °C и х₂=0, 179 кг/кг:

V_t2=L₂(1+x₂)/r_t2=1, 48(1+0, 179)/0, 985=1, 77 м³/с.

Далее расчет производим при средних значениях:

V_tср=L_cр(1+х_ср)/r_tср=1, 44(1+0, 125)/0, 746=2, 17 м³/с.

Критерий Архимеда:

Ar=(d_э)³r_tсрr_мсрg/m²_tср=(2, 3·10^-3)³·0, 746·798, 95·9, 81/(26, 351·10^-6)²=102451.

Критерий Рейнольдса для условий витания:

Re_вит= Ar/(18+0, 61Ar^{0, 5})= 102451/(18+0, 61·102451^{0, 5})=480, 43.

Скорость витания шарообразной частицы:

(w_вит)_шар= Re_витm_tср/d_эr_tср=480, 43·26, 351·10^-6/2, 3·10^-3·0, 746=7, 38 м/с.

Скорость витания реальной частицы опила:

w_вит=(w_вит)_шарФ^{0, 5}=7, 38·0, 83^{0, 5}=6, 72 м/с.

Фактическая скорость сушильного агента в сушилке:

w_cp=Kw_вит=1, 6·6, 72=10, 76 м/с.

Диаметр трубы-сушилки:

D=(V_tcp/0, 785w)^{0, 5}=(2, 17/0, 785·10, 76)^{0, 5}=0, 51 м.

Принимаем трубу Æ 511× 5, 5 мм по [5, табл. 8] D=0, 5 м.

Действительная скорость сушильного агента:

w_г=V_tcp/(0, 785D²)=2, 17/(0, 785·0, 5²)=11, 02 м/с.

2.2.2.3 Длина трубы-сушилки

Скорость движения частиц материала:

w_м=w_г-w_вит=11, 02-6, 72=4, 3 м/с.

Концентрация материала (опила) в сушильном агенте:

w_г/[(L₁+L₂)(1+x_cp)w_м]= =(0, 53+0, 371)·11, 02/[(1, 4+1, 48)(1+0, 125)·4, 3]=0, 71 кг/кг.

Критерий Re_вит по w_г:

Re_вит=w_гd_эr_tср/m_tср=11, 02·2, 3·10^-3·0, 746/26, 351·10^-6=717, 55.

Критерий Нуссельта:

Nu=0, 14(Re_вит)^{0, 5}=0, 14·717, 55^{0, 5}=3, 75.

Объемный коэффициент теплоотдачи:

a_v = 6Nul_tcp r_tcp/d_э²r_м = 6·3, 75·0, 287·0, 71·0, 746/(2, 3·10^-3)²·798, 95 = =808, 58 Вт/(м³К)

Средняя разность температур:

Dt_cp=[(t₁-q₁)-(t₂-q₂)]/ln[(t₁-q₁)/(t₂-q₂)] = [(380-20)-(80-59)]/ln[(380-20)/(80-59)]=58, 15 K.

Объем трубы-сушилки:

V_c=(Q_и+Q_м)/Dt_cpa_v=(408, 12+40, 08)·10³/58, 15·808, 58=9, 53 м³

Длина зоны сушки:

l_зс.=V_c/0, 785D²=9, 53/0, 785·0, 5²=48, 56 м.

Длину трубы от места ввода сушильного агента до места ввода влажной стружки принимаем l_m=2 м.

Длина участка разгона:

l_p=0, 5w_гD=0, 5·11, 02·0, 5=2, 76 м.

Общая длина трубы-сушилки:

l = l_зс+l_m+l_p=48, 56+2+2, 76=53, 32 м.

2.2.2.4 Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки

Потери давления при движении чистого сушильного агента на трение и местные сопротивления:

DP_г=0, 5w_г²r_tcp(1+l_гl/D+x_мс)=0, 5·11, 02²·0, 746(1+0, 089·53, 32/0, 5+2, 39) = =583, 47 Па,

где l_г=64/Re_вит=64/717, 55=0, 089.

Местные сопротивления трубы-сушилки принимаем по [5, табл. 12] и в соответствии с рис. 1:

вход в трубу, ξ _вх=1 1 шт.

отвод α =90°, ξ _от=0, 39 1 шт.

выход из трубы, ξ _вых=1 1 шт.

Σ x_м.с=x_в.х+x_от+x_вых=1+0, 39+1=2, 39.

Потери давления на трение при движении материала (опила):

DР_м=0, 5l_м (l/D)w_г²r_tcp=0, 5·0, 02·0, 71(53, 32/0, 5)·11, 02²·0, 746=68, 59 Па,

где l_м – коэффициент трения; l_м=0, 01-0, 03.

Потери давления на поддержание опила во взвешенном состоянии:

DР_под=lr_tcpg =53, 32·0, 746·9, 8·0, 71=276, 77 Па

Потери давления на разгон опила до скорости движения w_м=4, 3 м/с:

DР_раз=0, 5x_раз w_г²r_tcp=0, 5·1, 5·0, 71·11, 02²·0, 746=48, 24 Па,

где x_раз – коэффициент сопротивления разгона материала, x_раз=1-2; принимаем x_раз=1, 5.

Общее гидравлическое сопротивление трубы-сушилки:

DР_с=DР_г+DР_м+DР_под+DР_раз=583, 47+68, 59+276, 77+48, 24=977, 07 Па.

Размеры трубы-сушилки

Диаметр: Æ 511× 5, 5 мм;

Длина: l=53, 32 м;

Гидравлическое сопротивление: DR_с=977, 07 Па.

3. Расчет и выбор вспомогательного оборудования и коммуникации