Визначення оптимального діаметра трубопроводу

При заданому видатку рідини діаметр трубопроводу може бути вирахуваний виходячи з рівняння видатку (рівняння неперервності в інтегральній формі)

звідки внутрішній діаметр трубопроводу

Рис.6.1 До визначення оптимального діаметра трубопроводу.

де - середній видаток,;- середня швидкість рідини.

Аналіз рівняння

Чим більше буде значення , тим менші будуть витрати матеріалу на виготовлення трубопроводу, а це означає, що меншою буде вартість трубопроводу. Разом з тим, при збільшенні швидкості потоку зростають втрати напору в трубопроводі, тобто потрібно збільшити потужність на прокачування, зростуть витрати енергії на подолання гідравлічних опорів. Графічно ці залежності можна зобразити наступним чином. На графіку крива А – відображає затрати на амортизацію та ремонт трубопроводу. Крива Е – собівартість електроенергії. М – сумарна крива. Оптимальний діаметр трубопроводу відповідає мінімуму на кривій М.

На основі експериментальних і техніко-економічних даних встановлені середні швидкості, які рекомендуються при визначенні діаметру трубопроводу.

• для малов’язких рідин – до 3;

• для в’язких рідин – до 1 ;

• при русі самотечією 0,2-1;

• при перекачці насосами 1-3 ;

• для газів і насиченої пари – 8-30 .

Теплові процеси

В розділі теплові процеси буде розглянуто механізм і кінетику переносу теплоти.

Мета вивчення даного розділу полягає у створенні умов для максимального (або мінімального) переносу теплоти.

Тепловим процесом називають процес поширення теплової енергії у просторі з часом. Рушійною силою будь-якого теплового процесу є різниця температур. Тепло завжди рухається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. При цьому виділяють три способи переносу теплоти:

1. Теплопровідність – коли тепло переноситься за рахунок руху мікро частин тіла (іонів, електронів, молекул). Такий спосіб переносу тепла характерний для твердих тіл (до твердих тіл також входить і рідина в стані спокою).

2. Конвекція – коли тепло переноситься разом з рухом всього середовища (видимий рух).

3. Теплове випромінювання – коли тепло переноситься за допомогою електромагнітних коливань з довжиною хвилі 0,8-800 мкм. При цьому перенесення тепла відбувається без переносу речовини, тобто такий процес може відбуватись і в абсолютному вакуумі.

В реальних умовах тепло передається не одним із вище наведених способів, а їх комбінацією. Якщо один із способів є домінуючим, двома іншими нехтують, замінюючи їх дію відповідними коефіцієнтами.

Рідини, які приймають участь в теплообміні називають теплоносіями.

Теплопередачею називають процес передачі тепла від гарячого теплоносія до холодного через стінку, що їх розділяє.

Процес віддачі тепла від рідини до стінки або від стінки до рідини називається тепловіддачею.

Теплопровідність

Теплопровідність відбувається в металах за рахунок дифузії вільних електронів. В інших твердих тілах – за рахунок коливань атомів в кристалічній решітці. В газах і крапельних рідинах – за рахунок руху самих молекул. Основний параметр теплопровідності – це температура. Вона характеризує міру нагрітості тіла (або запас теплової енергії). Сукупність миттєвих значень температур в усіх точках заданої системи в будь-який момент часу називають термодинамічним полем. - тривимірне нестаціонарне температурне поле. Якщо температурне поле залежить від часу, то воно називаєтьсянестаціонарним. Якщо температурне поле не залежить від часу , то воно називаєтьсястаціонарним. - тривимірне стаціонарне температурне поле.

Якщо температурне поле залежить лише від однієї координати , то воно називаєтьсяодномірним температурним полем.

Лінія, яка з’єднує температури тіла, що лежать в одній площині називається ізотермою. Геометричне місце однакових температур в просторі називають ізотермічною поверхнею. Ізотерми і ізотермічні поверхні ніколи не перетинаються між собою.

Нехай різниця температур між двома розташованими паралельно поверхнями складає . Найкоротша відстань між цими поверхнями по нормалі це. Нормаль направлена в бік збільшення температури. Тоді- це кількісна характеристика максимальної зміни температурного поля. Похідна по нормалі до ізотермічної поверхні називається температурним градієнтом, вектор якого направлений в бік максимального збільшення температури. Градієнт температур ніколи не буває рівним нулю. Переміщення теплоти завжди відбувається по лінії градієнта температур, але в протилежну сторону.

Рис.6.2. До визначення температурного градієнта.