Файл: Кутыркин, В. А. Расчет параметров некоторых систем подогрева нефтепродуктов учебное пособие для курсов ИТР.pdf

этот тепловой поток передается исключительно теплопроводно­ стью. Для расчета величин тепловых потоков от подогревателей к днищу применяем метод круговых потоков тепла.

Рассмотрим элемент подогревателей длиной /=}1 м (рис. 6). Для упрощения расчета заменим сечение круглой* трубы квадра­ том, описывающим крут сечения трубы. Такая замена увеличивает поверхность теплообмена, но при этом несколько компенсируются неучитываемые потери тепла конвекцией в сторону днища. Уча­ сток, где тепло распространяется вниз от элемента подогревателя, разбиваем на три зоны (рис. 6).

та сначала идет по дугам круга, а затем от уровня нижней гра­ ни—по прямым. Теплопроходимость зоны

поток распространяется по прямым. Величина теплопроходимости зоны определится по выражению

19

З о н а III аналогична зоне I и Л'11( = ^ j •

’Геплопотери в единицу времени от поверхности нагревательно­ го элемента для данного случая будут равны

площадку днища, ширина которой равна расстоянию между тру­ бами нагревателя b

Приняв суммарные потери тепла на выделенной площадке дни­ ща равными Qn.h+ Q ah, из общей формы уравнения теплопереда­ чи можно получить значение общего коэффициента теплопередачи через днище

Общий коэффициент теплопередачи через подводную часть корпуса судна при подогреве нефтепродукта определится по вы­ ражению

Пример . Рассчитать средний коэффициент теплопередачи че­ рез подводную часть баржи проекта Р-27 при подогреве. Нефте­

Подогреватель—из труб of==0,057 м, высота расположения подо­ гревателей над днищем—0,08 м. Расстояние между трубами на­ гревателя Ь — 0,6 м. Толщина застывшего слоя мазута на днище

§з. ш =0,08 м. Температура поверхности нагревателей tn.Н=120°С. Расчет . Из выражения (1.11) находим, что температуре за­ бортной воды £W=15°C и толщине застывшего слоя §3дн = 0,08 м соответствует средняя температура мазута М100 t—Q.7,8°С. На обшивке борта при этих условиях слой застывшего мазута будет составлять 83,б =0,056 м. Рассчитывая по методике § 1, находим,

Разбиваем участок распространения тепла от элемента нагревателякднищу на три зоны и по выражениям (1.30) и (1. 31), на-

20

коэффициент теплопередачи через подводную часть баржи при

подогреве мазута /cw = 3,45 — -......

'м2 град

§5. Сравнение результатов расчета с натурными

имодельными испытаниями

Распределение температурных полей при подогреве и остыва­ нии нефтепродукта, влияние судового набора и высоты располо­ жения подогревателей на процесс теплопередачи исследовалось авторами на специальном опытном стенде.

Необходимыми и достаточными условиями теплового подобия при свободном движении жидкости являются:

—геометрическое подобие;

—подобие физических параметров в сходственных точках на­ туры и модели;

—подобие температурных полей на границах;

—одинаковость значений комплекса (Gr Рг) в сходственных точках.

Соблюдение всех этих условий в модели с учетом изменения агрегатного состояния жидкости практически очень сложно. В на­ шем случае в этом нет необходимости, так как оценка коэффи­ циентов теплоотдачи производится по уже полученным .ранее экспериментальным данным. Распространение же тепла через стенку оценивается приближенным расчетным методом в равной степени справедливым как для условий модели, так и натуры. Важно лишь подтверждение приемлемости принятой схемы.

Расположение судового набора и подогревателей (рис. 7) вы­ полнено таким образом, чтобы они заполняли только среднюю часть емкости. Наличие соседних частей, где вместо стального на­ бора установлены деревянные брусья, имеющие низкую -теплопро­ водность, позволяет приблизить условия свободного движения нефтепродукта в рассматриваемой ячейке к действительным. В ка­ честве рабочей жидкости использовано масло цилиндровое 38 с температурой застывания t^=i\7aC, плотностью 0,935 т/л3, кине­

матической вязкостью v = 0,41 см2!сек при 100°С,

Емкость с испытываемым нефтепродуктом устанавливалась на подставках из деревянных брусьев в бак, через который протека­ ла охлаждающая вода. Интенсивность подвода тепла от подогре­ вателей к нефтепродукту находилась в пределах, соизмеримых с

21

реальными. Три стенки были изолированы с помощью асбоцемент­ ных плит, закрепленных эпоксидной смолой. Для уменьшения теплопотерь через крышку, имеющую вырезы для термометров и реек термопар, она накрывалась асбестовой накидкой. В различных точках объема емкости были установлены 28 хромель-копелевых термопар, смонтированных на нескольких рейках. Высота их уста­ новки от днища находилась *в пределах 5—400 мм. Температура измерялась с помощью электронного потенциометра ЭПВ-2-10А, с градуировкой ХК, класс точности 0,5. Средняя температура нефте­

Рис. 7. Расположение набора, подогревателей и термопар в экспериментальной установке

22

При подогреве температура слоев масла, расположенных вы­ ше подогревателя, довольно скоро выравнивается по всему объ­ ему (рис. 8), в то время как в нижних она все время резко зави­ сит от высоты расположения их от днища, что косвенно подтверж­ дает слабое влияние конвекции. В районе расположения набора

температура масла на несколько градусов ниже средней для соот­ ветствующего слоя. Так, на расстоянии 100 мм от днища в месте расположения рейки 1 она на 5°С ниже, чем у рейки 3, хотя пос­ ледняя дальше отнесена от подогревателей. Термопары же рей­ ки 2, находящиеся внутри профиля набора, до конца подогрева фиксировали температуру меньшую температуры застывания.

В достаточной степени близкими оказались расчетные значе­ ния коэффициентов теплопередачи через прдводную часть-с полу­ ченными при натурных испытаниях. Так,) при подогреве баржи «Болва» (рис. 10) относительная погрешность в их оценке не пре­ вышала 5%- Для оценки точности теоретических расчетов с на­ турными испытаниями в отношении тепловых потерь через палу­ бу также использованы результаты, полученные кафедрой энерге­ тики Астрыбвтуза (табл. 1) на барже пр. Р-27, имеющей Т= 2,6 м,

Н =2,85 м и ^ 8.4= 1940 м2.

Таблица 1

23