CC BY
35
Боровиков Шихты Алексеевич, доктор технических наук, профессор\ заведующий кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ, действительный член Академии электротехнических наук РФ. Окончил Томский политехнический институт. Имеет статьи и монографии по вопросам повышения качества автоматизированных электроприводов разных классов.
Петрова Марина Валерьевна, старший преподаватель кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Окончила Ульяновский политехнический институт. Имеет статьи и доклады по вопросам компенсации реактивной мощности и высших
гармонических в бытовых электрических сетях. •
• •
9
УДК 533.6.011
I •
Н.Н. КОВАЛЬНОГОВ
РАСЧЕТ УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА УГ ЛЕРОДА
»
Предложена методика расчета установок газового пожаротушения^ использующих в качестве огиемушащего состава диоксид углерода (СО?). Методика учитывает особенности движения диоксида углерода в магистралях, установки, обусловленные возможностью выпадения твердой фазы при понижении давления Она позволяет при заданном времени выпуска огнетушаи^его состава выбрать такие режимные и конструктивные параметры установки, при которых исключается возможность образования твердой фазы по всему тракту установки вплоть до выходного сечения сопла
насадки-оросителя Приведен пример расчета.
- • ' . (* • 1 . • . * Й I
№ ж
• * • •
При расчете установок пожаротушения на основе диоксида углерода необходимо учитывать особенности, связанные с тем, что при его движении по трубопроводам установки возможно выпадение твердой фазы («снега»), который способен полностью перекрыть проходные учения
- 1 » щ ' Г."
магистралей. Существовавшая до настоящего времени методика расчета установок объемного пожаротушения не только не отражала этих особенностей движения диоксида углерода, но и не позволяла выбрать основные конструктивные размеры установки (диаметры проточной части -трубопроводов 15 выпускных к&садок). В нзетожцее время тга методика утратила свою силу вместе со СНиП 2.04.09-84, в котором она
содержалась. Не- отражает упомянутые особенности и методика [!],
• , » • •
ориеншрованиая на использование в качестве ошетушашего состава пентафгорзтана. В згой связи по заказу ЗАО трест «Спедавтоматаке»
I
4 • » I 9 1
• •
■ад Вестник УлГТУ 2/200
»
г\
п
г. Ульяновска разработана методика расчета, позволяющая определить основные параметры и конструктюные размеры установки объемного пожаротушения и отражающая, важнейшие физико-химические особенности диоксида углерода.
хеш установки пожаротушения иризедена на рис Л. В исходном остоянии запас диоксида углерода в жидком виде хранится ъ баллонах 5, находящихся под давлением наддува. При пожаре (после срабатывания соответствующих датчиков) жидкий диоксид углерода под действием давления наддува подается в магистральный трубопровод 3 через сифонную трубку 6 и коллектор 4. Далее он поступает в распределительные трубопроводы 2, насадки-оросители 1 и истекает в защищаемое помещение.
При движении диоксида углерода по магистралям от баллонов к оросителям происходит снижение его давления; и в некотором сечении будет достигнуто давление насыщения. При дальнейшем снижении давления происходит интенсивное вскипание жидкости и ее испарение, а
на некотором участке магистрали реализуется двухфазное ('жидкость -
_ • **
пар) течение. При давлении пара ниже 0,518 МПа происходит выделение твердой фазы («снега»), и на последующих участках магистрали реализуется течение дисперсного потока (пар - твердая фаза).
Ркс. 1
»/кбМЯ
устано в км ооъемного
пожаротушения: I - выпускная насадка-
ороситель; 2 трубопровод;
распределительны й мотзстральный
трубопровод; 4 - коллектор; 5 - баллон с диоксидом углерода; 6 - сифонная трубка
• *• •• К1 • • »
• ....... • - - - ........ ... а ее а
..... .........................•..«••»..___
•■•«•- аа > .......... •
• •• . а • .. •• ..- ..,•«.. м. ..... . •
• ...................................■••(•••*!• ••. «
...... • а . в . . . . ■ . ..
«•■•••••с
• ••*••••• •
«>«.»•«■1 - » • ••• .........................
• М1«м>*
• ' ............... ■• ••• ....... . | а . , , . . щщ . • в а . • е • а а а . ( • • ■ • а ■ а ...... ...
« • • » • ' •• ••• • • .........." • •• I ••••<••.•••!. • , .. . Г# . . ....
. . а в . а . . а . ............. .«•■'••••. а . . а а . . . 0 • • ■ в # . • • • ••• ..... .. ... ..... . ................аЯ .... ,
..............• а • - а а......... . .. . ....... / / ....
...<•«• I М • • ' .....•«••». ......... • в . •• >14 ■ •(•• I || . «I I II • • «в», а. ааа ^^. . . • ^ , I .
..... • в ••••«••• ..... • •• ••• ••• . • • в >> " ' • ' • • • • • >•••<
. • а . • а . I • II I
■ а а*аааа.авам. а ' • а «I . ее а «••«• • • • • • а в а . • а а в
в . • а - а а«.в • | а »в* • а• в в в •• • в
■••"«ММ....... ааавв а••••••••••,•!.•
... •>•«••• еааааеа.п
• ■•( • • ... . .......
• ••••••• • •■ .
• II н*> •••• -••
> • . . .....
• в...в.еааваа • .••• •■••«••••••••а*вам
.••••■.«< ••• > « <
• •••V а I в.ааааае.1а*ваее«М<
• . в • а | а а | •••■4«
- -••«•••••••ае*'.в
••• •••• в в • ••• а • а а - • а .
.. •• ......... ••• .» . МП... .............. • •■■
а..ааааа..ааава.. ............. ••••«<>>||1'| .
........... • • —• • • ••.»»•.,.,, им......
• •■>•••-•••• --• I ••>.. ■..■•.«•.•••»
•.■•«1К11К .<•• •••••■•>•••< ММ
•••••»•••% а • а • а • «•••■••■■• а. ..а. ••«■
••• .................а а а•.•• .а.в. ,.,аева»М*Ма.
•• • «••••• • «.а*. I а а а . в в • .
-••••*а.«а а.а а а а.а а а а а а а а а • а а а а ■ а- •• . .а. .. щи
••••••••« •■•••■«.а а • • * а ■ . а а • - . а в • • а
... .ч а.а.ввавв«. | •••••• I • • | •
• а а . ••••••••• •• 1 • . ............... III .. * а
.........-а..- а,!.». ... • «,.. аааааеа|а а
-а ****** ..... • • I •М••••••••аа••амма.м««»•
•...... * • • • • • * • • • • • • • * * • • • • • ( • • • * • • • • • • • • а в а в • >••
. -- - - Т — ---- ............ ..... ..... . ........ — . . ' . . . . . . .
•**•••'•••- а • а • «ит». • •....«.• а •• а! ■•.|)|.а а • . • а ...... -а . а . * * * ■ ................. * • • *• •• • • • •а а а • • • а • I I а • • • а . • » •
• в • • а а а • а ........... «а. •••.а. а. ..аа. .а • а »
в а в . в в а в • а а а . в . • » « » | | • . • •• •>•!• а•. . . . •• а • • • . . а I а .а• ааа« .. * «а*
...........................................ИМ
• • • • •/§..........
- ...................'...а. ■ ■ .а.-.. . /Л..........(«а.....
........................................... маа.ц, « . к---- II I I ИМ I ■ II
• а ^Я .... . А ■ . ... а......
...... . , • а • а , • . а .а а а........ .а. ' I н и Л М ||1 I II а • I • а... а а
• •
••••• ева-аавв-.
1*1|М<(|«||1 а. а- в
• • • . а • - а • а • аа* манн а > М в • • •#•••■•••••• ••••«.
• • а • ■ а . • а . . < а в а
Г*" • а . .а •М'.аааа.
.............................. аааа. а...
наши
М • • •
а|а<аааама
«•• •••/•ап>
• I ••
• • а а а • •
• а • • а • а
••••*** • •••«• •••*••••■ •
" • » •••••••■••• • • * в_а • •• а .
МЙ <а(а ............ а
аа* .«а ее...««.••««••• «|*|<ГМ1>1(М|1|11.||М «••'»ими»! I а.»аа..... а*иаа1.аа. е-аа. .«аа а
.................авввава
в а * а а а а а а ааа|аа*аа •• • ••ИМ а а а * . • а • а а I • а I .еееее-ае а» НММа!
•• «• •I а • а • .
«*<••••" аа... • •• • «ак * »••'«'•V» .■••••аа|||||(|
• в« III' ..а • а »••«!«••■••-«••«а ааа1»а. . .................. .......... •••••- • - -
• ■а • в . • а • •...аааа ааааааааа.а- « ..
а а а • I I а а I
■I •••••а. • «••
• аеамеаееееее а а а • • •
1««||.а*1.»а III
• ••«•••••••••аа .I
••*. -•...а- * а • а а
'• •••!•• I •«•«•
НММИМ1.1 I....... I
••«|.аа.а.аа.а
... • а • •» • а* • —аа .
• • "
• •••••а • . а » - I в• •
в а • . . - ^ а ■ . . а • а а а -
• • • * • '^Г • «л! ••••••«•
• ..а .
• • вш^Я •••М1вв-
............. .1 • -а
.....•■••••,•
»11*11111
I •
а • •
• а а а а а • а .
а ..«••. а •■!•••... .«••••
«• • • а а | I НаМ ...
««>•'...••*.••.• а а а ..<
• • ■••••••
• а.аа. а. •«•••••
• • •«• «•••«• а .
«• •
• «'••■ Пампа
• ««**......в..'ва.а-...ваав..а%авв1«а»«а»».в-а
»• •а••а•••«•ф•••а•а•м • • • •••••.••• . ..• а. ...
. ••■••••••• ••«•-■ а • • .........а.,... , а а • а •
'Ь* "V * * >•• •••••■•«а. • а а а I а . а • • . « а^ . в • • I а I а
Г* - . • в • • а а а а . . . а . • • аа • •• а • • а а а а^^ . . а . ■ • а а •
| « • « I • • • а " ■ • ' а у ' " ■•••-••••#
. Яа « ... гГТТ а. . а а . а « а •••••••*«•<•• Па1 а а • • • а а
- "--- а а а а • • • * • • I • а • • • ■ а а I • . I • а • а
■ ••МММ*. • а а а I а . а а - а а а а а а
• а а • а а а а а а • а а а |а«.а|«ам а а.
• ••••аа* ... ' а а • 1аа аам ааа
• а НИИ........ ....... а..
• а. ............•'••••НИН! .1 • •
• «•••••! ...................а*
..... а а I . в а . в
• а а •••••-« ИИ аааа .а
а - а, а».••«•••• • • • ИММ'
— •* •..••а* а • а а•а а а.а
• ••••мм •!••• аТ^^^р^- I а .1, . «... а. ■••.*. а а а > а . ..........' а.-а. а. а ......и.....
••*•• •••'•••*• а ••«•'••' а -а . ............. • «а а а а ™ . ... / . а а • а
...И. . а ■ а • • | . . .......ааа.а • а »V • * ■ • • *
• " •• • ••• '•а.11а!аа.(.Ь.... .
*■• ' ' ' ' Мама. а«, вв. в. .а«*...а«а.а а а а ■
ммм.амнам а ..а в* ....в. .. -а • • а • I а а
а а . . а
а . а а в а . а а . а ......в . а
• НИ.............
•МИММ»М.а1'ИМ1
• • а ••••«•»
•••••••а
.............» .а
. • а » а а * • ....
• * в а в в •■>••• а« ааа
Г!:;:
•аа.>аа.авааааа.а аава ....... . .а.
а•».•• • ••••■ а
*••« в•• •••••в•в•I в ..................••••••аава.
аИМ.ЦаГ^ЩН а..»
• вв .аа. .•в1аа«а.ва в--»-.
....... •"••
В соответствии о [2] время выпуска г диоксида углерода в защищаемое помещение не должно превышать 60 с. Малое время выпуска накладывает высокие требозанян к -точности расчета потерь давления в машстрагш, выполняемого при проекгировакии установки. В настоящей врош. отсутствуют метода! расчета этих потерь б дисперсных потоках, которые обеспечили бы требуемую точноегсъ. Предлагаемая мето.гщка расчета
Зестки^с УлГГУ 2/200!
551
позволяет выбрать такие конструктивные размеры и параметры установки, при которых исключается возможность образования твердой фазы по всему тракту установки вплоть до выходного сечения сопла насадки-оросителя, а испарение жидкого диоксида углерода полностью завершается до входа в насадки и происходит в магастраяьном и распределктелькых трубопроводах. Такой подход обеспечивает повышенную точность и достоверность расчетов.
Расчет выполняется в следующей последовательности.
1. Средний за время выпуска т массовый расход С диоксида >тлерода
С = м0/т, (1)
где то - расчетная масса диоксида углерода, кг.
Масса та определяется в соответствии с [2] и включает массу диоксида углерода, остающуюся в конце расчетного времени г в трубопроводах, соединяющих баллоны с распылителями. ^
2. Количество одновременно опорожняемых баллонов п
п = /и,; (2)
где - масса диоксида углерода, заправляемого в о,цин баллон, кг.
3. Парциальное давление Па, паров СО2 в баллоне при их хранении определяется с помощью табл. 1 по температуре / окружающего воздуха в месте расположения баллонов.
Таблица 1
Теплофизическае свойства жидкого диоксвда углерода
иа линии насыщения
»V °с Рг, МПа А О :<г/м Р», кг/м3 ГУ кДж/кг • кДж/кг
-56,6 0,5180 1177,9 13,8 347,9 301,3
-50 0,6838 1153,5 18,1 337,2 314,0
-40 1,006 1115,0 26,2 320,6 333,2
-30 1,427 1074,2 37.,0 302,9 352,4
-20 1,968 1029,9 51,4 283,8 372,3
-10 2,648 980,8 70,5 261,7 393,9
0 3,486 924,8 96,3 235,0 418,6
10 4,508 858,0 133,0 201,3 445,8
20 5,735 771,1 189,8 3.55,3 477,2
30 7,195 595,1 335,7 63,0 527,0
4. Объем жидкости У\ я каждом баллоне
Щ-Щш. \ (з)
где р- плстносгь жидкого диоксида углерода, кг/и3.
• * • — * %
Плотяссгь о отделяется с помощью табл. 1 по температуре г окружающего воздуха з месте расположения баллонов.
5. Объем свободного пространства в баллоне У„ при его хранении
Вестам* УдГТУ 2/200!
Vn = V-Vx> (4)
где V- внутренний объем каждого баллона, м*
6. Масса паров диоксида углерода в каждом баллоне при его хранении т[ и в конце работы системы пожаротушения ж*
¿7 V V
= (5)
RT V
где ра - парциальное давление паров при температуре выбираемое из табл. 1; Rn = 189 - газовая постоянная паров СО^ Дж/(кг-К); 21- выраженная в Кельвинах температура окружающего воздуха t.
7. Общая дополнительная масса Am диоксида углерода, которая должна находиться в баллонах
Ат = т*пп> (6)
8. Уточненное потребное количество баллонов п
л = (|яв + Дж)/|яг (7)
Результат расчета по формуле (7) округляется до целого в большую сторону, а полученное округленное значение я принимается за расчетное; по имеющимся расчетным значениям й и то с помощью формулы (2) уточняется масса т\:
9. Удельная энтальпия Г жидкости в баллоне в конце работы системы пожаротушения
т.
9
• w
где г - теплота парообразования, Дж/кг; /' - удельная энтальпия жидкости в баллоне при его хранении, Дж/кг.
Величины г и if определяются с помощью табл. 1 по температуре t окружающего воздуха б месте расположения баллонов.
10. Парциальное давление р" паров СО2 в баллоне в конце работы системы пожаротушения определяется с помощью табл. I по найденной в п. 9 энтальпии /".
11. Температура t* жидкости в баллоне в конце работы системы пожаротушения (в момент опорожнения баллонов от жидкого компонента) определяется с помощью табл. 1 по найденному в п. 10 давлению р*.
12. Плотность р9 жидкости в баллоне в конце работы системы
пожаротушения определяется с помощью табл. 1 но найденной в п. II температуре С.
13. Скорость- движения и жидкого диоксида углерода в сифонной трубке
«=т
Ж10П
где dßia - внутренний диаметр сифонной грубхи, м.
Вес№№ УяГ£У 2/2001
Cl-J
i 4. Число Рейнольдса Re потока в сифонной -шубке
4 G
где и - динамический коэффициент вязкости жидкого диоксида углерода, выбираемый по температуре , Па с.
15. Коэффициент гидравлического сопротивления трения д жидкости в сифонной трубке
£ = 0Д1
А 68 — +—
Re
V «V у
(П)
где Д - абсолютный размер шероховатости внутренней поверхности сифонной трубки, м. .
Шероховатость поверхности А можно принять равной 3-10*° м в соответствии со СНиП 2.04.09-84.
16. Суммарный коэффициент местных сопротивлений £ на участке от входа в сифонную трубку до выхода в коллектор
(12)
где С] - коэффициент местного сопротивления: входа в трубку (¿} = 0,8);
X: ~ коэффициент местного" сопротивления выхода (0 = 1Д); £3 козффитщент местного сопротивления головки баллона и клапана (можно принять в соответствии со СНиП 2.04.09-84: для головки типа ГЗСМ и клапана ЗК-2 - = 2,64; для головки типа ГАВЗ и клапана ОК-Ю -Ш=1,07).
17. Потери давления на участке от входа в сифонную трубку до выхода в коллектор
ърт? =
/
\
тр
р'ги
(13)
где / - суммарная длина сифонной трубки и участка магистрали от головки баллона до коллектора, м.
18. Парциальное давление газа наддува рн при хранении баллонов
Рп =
к
у
(14)
19. Максимальное давление в баллонах при их хранении
Рж=Рн + Р,- - (15)
20. Минимальное давление в баллонах рш в конце работы системы пожаротушения
Q . zz П* 4- An П£\
У via г : "f»»' к*4*-/
|
»
Весили УяГТУ 2/2GO >
21 Среднее (расчетное) давление р. в баллонах в процессе их опорожнения
(1?)
-.22; Минимальное давление-ыа срезе сопла насадки- = 0,5180 МПа
выбирается из условия достижения в этом сечении температуры замерзания диоксида углерода tT = -56,6 °С (см. табл. 1).
23. Давление р ка входе в насадку
/
юс
2
к
\к-1
[к+1
(18)
где & - показатель адиабаты паров СО г {к = 1,3).
24. Температура насыщенного пара °С, определяется с помощью табл. 1 по найденному в п. 23 давлению р^.
25. Абсолютная температура Г^, К, на входе в насадку
7>*Я+273Д5. (19)
26. Суммарная площадь /, м, критического сечения яасадок-распысзштелей ...
f
(20)
по СНиП 2.04.09-84
(21)
__к+1 >
И 2 У'г
где гг- коэффициент расхода насадки.
Коэффициенты расхода можно принять
(5 = 0,6...0,9).
27. Диаметр с1 критического сечения насадки
• 1К
где - общее количество насадок.
28. Потери давления Ар., обусловленные гщфостатичесюш напором
жидкости,
= • (22) где рср - средняя плотность жидкости з "Магастралях, кгш ; £ - ускорение
л ^
свободного падения, м/с- - 9,807 м/с ); Я - максимальная разница уровней расположения насадаии баллонов установки, к.
Среднюю плотность жидкости р^ можно принять равной 943 кг/м'\
29. Общие потери давления Ар0 яа участке от входа в магистральный •грубогтровод до входа в насадку
&Ро « Р
п -А
" ОХ
АР,
ЯГО
Васашх УяПУ 2/2001
аз
30. Потери давления Ар.)и яа'трение и в местных сопротивлениях на участке от входа в магистральный трубопровод до входа в насадку „
3!. Потери давления Ар0мр на трение на участке от входа в
магистральный трубопровод до входа в насадку (в соответствии со СНиП 2.04.09-84 принимаются равными 83% от потерь Ар0м)
АрОтр=0$ЗАрОм. (25)
32. Средние потери давления на трение Ар} > приходящиеся на единицу дайны магистрали,
4Р| = ДРотр '¡К » (26)
где /Л( - суммарная длина трубопровода от коллектора до наиболее удаленной насадки, м.'
33. Давление потока р., Па, в характерных сечениях;
4
а) на входе в магистральный участок
б) на выходе из магистрального участка
р^РГ^-Ар^иЩ, (28)
где /, - длина маг истрального участка, м;
в) во всех последующих сечениях на наиболее протяженном отводе от магистрального участка
Р, ~Рр~^Ртр ' 4к ~ 1Д [А?, Й + 01 (29)
где / - длина трубопроводов от выхода из магистрального участка до рассматриваемого сечения, м;
г) во всех последующих сечениях на произвольном отводе от магисгрального участка
Д =Рг*Рш, ~ 4Р. - ЩР1 -12Ар/, (30)
р —Ар -Ар —\,2Ар{1.~р где Ари = —-----—-—; - длина трубопроводов от выхода
из магистрального участка до последней насадки, расположенной на рассматриваемом ответвлении (отводе).
34. Плотность потока р. в характерных сечениях:
а) на входе в магистральный участок движется двухфазный поток с преобладанием жидкой фазы, поэтому можно принять р. - о = 771,1 кг/м3;
б) на выходе из магисгрального участка и во всех последующих сечениях движется двухфазный поток с преобладанием паровой фазы, поэтому можно принять р{ = рп, где плотность пара определяется с
помощью табл. I по найденному в рассматриваемом сечении значению давления ~ . ,
. Весгюж^ЛТУ 2/2001
35. Внутренние диаметры d{ различных участков трубопровода (магистрального, распределительного , участка, соединяющего ветви распределительных трубопроводов)
d =к
r G
(31)
где к - числовой коэффициент, выбираемый из диапазона 0,39...0,49 (в расчетах можно использовать среднее значение 0?45); G,- - массовый расход диоксида углерода на рассматриваемом участке трубопровода, кг/с (Сц = G - на магистральном участке, = GIN - на каждом распределительном трубопроводе, N - количество распределительных трубопроводов); Ар]р - расчетный перепад давления на ! м длины
I • . ff Ф .
трубопровода (Др1/7 = Ар, - для всех сечений, расположенных на
магистральном участке или на наиболее протяженном ответвлении от магистрального участка, Ар]р = Дри - ддя всех сечений, расположенных на
произвольном ответвлении от магистрального участка).
36. Соотношение расходов rp-GHjGH2, проходящих через любые две
насадки
<P = PjP*> (32)
где рн19рк2 - давления на входе соответствующей насадки, определяемые по п. 32; G;<1, Gh2 - массовые расходы диоксида углерода через
.анализируемые насадки, кг/с.
37. Масса воздуха Мй в защищаемом помещении
мв=рУш. » (33)
Я 7
где рв - плотаость воздуха, кг/м' (в расчетах можно принять #,=1,2 кг/м ); Г - объем помещения, м3.
wac *
38. Массовые доли воздуха и диоксида углерода в помещении после завершения работы системы пожаротушения
: * = (34)
АЛ . ' ОС02 ,
Мв 4* т0 А/. т0
39. Газовая постоянная смесиЛ^
^ = 287^ + 189^. (35)
40. Удельная изобарная теплоемкость смеси с^
с^гт^+щ^. (36)
41. Энтальпия смеси 1
ал
= 293000Ы я + 183100т0. (37)
«
42. Температура среды Г|СЛ в герметичном помещении после выпуска диоксида углерода
Вествах УлГТУ 2/20CI
43. Абсолютное давление в гермететяом помещении после вьшуска диоксида углерода
А.=адЛм.+».У^. • (39)
44. Предельное избыточное давление ри в помещении после вьшуска диоксида углерода
А-Д--105- (40)
Проиллюстрируем предложенную методику расчетом конкретного примера.
1. Пусть т0 = 842 кг. Примем 60 с, тогда О = 842/60 = 14,03 кг/с.
2. Полагая ш\ = 25 кг, имеем п =■• 842/25 = 33,68.
3. Примем i = 20 °С; по табл. I найдем р3 = 5,73-106 Иа = 5,73 МПа; />—771,1 кг/м.
4. = 24,76/771,1 = 0,0321 м3.
5. Полагая V- 0,04 м3, найдем V» = 0,04 - 0,0321 = 0,0079 м\
6.* - МЦМЖ . 0,786 кг; ,«- 0,786^ =4,14 кг.
0.0079
189•293
7. Ат = 4,14 • 33,68 = 139,4кг.
8. п = (842 +139,4)/25 = 39,25.
Округлив найденное значение, получим п = 40; уточнив т^ найдем т I - (842+139,4)/40 = 24,54 кг.
9. По табл. 1 для г = 20 вС найдем г" = 477,2 кДж/кт; г - 155,3 кДж/кг.
_ .» (4,14-0,786)-155,3 _ .
Тогда г = 477,2 - ---—-~ = 456 кДж/кг.
24,54
10. С помощью табл. 1 для I* - 456 кДж/кг найдем р* ~ 4,92 МПа.
11. С помощью табл. I для // = 4,92 МПа найдем *" = 13,6 СС.
12. С помощью табл. 1 для х" = 13,6 °С найдем р" = 829,4 кг/м3.
13. Полагая с!пр = 0,012 м, получим
4-14,03
и -
=3,74 м/с,
3,1416-0,0122-829,4-40 14. При С = 13,6 °С имеем и = 3,1 -10^, тогда
Ке =
4-14,03
ЗД416-0,012 3,1 • 10 • 40
Л 6 \0.2J
=1,2-10 .
— и
Л,0186.
н е-ЛП!3'10"'6 4 68
1 ^. — ид А----1---Г
10,012 1,2-105;
16. Пусть эксплуатируется головка типа ГЗСМ с клапаном ЗК-З (£? = 2,64), тогда
С = 0,8+1,1 + 2,64 = 4,54.
с».
V*-».. ./II. .. ,*
17, Полагая 1,6 м, получим
/ , 0,01 86 • 1,6ч) 829,4 • 3,74*
гг.р
4,54 -t-
У
ч
Л
0,012
= 0,407-105 Па.
fi
18. р = 0,407 • 10* - 2,14 -105 Па.
0,0079
19. ртп = 2,14 • 105 + 5,73 • 106 = 5,944 • 10d Па.
20. = 4,92 • 10* + 0,407 ■ 105 = 4,96 • 10* Па.
21. Рр = (5,944 • 10й + 4,96 -10е )/2 = 5,452 • 106 Па.
22. рс — 0,5180 МПа.
1,3
/
23. р =5,18-105/1 )= 9,53■ 105 Па.
/Цз+1,
24. С помощью табл. I для рт = 9,53 -105 Па МПа найдем = -41.5 "С.
25. Т = -41,5 + 273,15 = 231,7 К.
сх ' *
26. Пусть * = 0,8, тогда / «----ШЫЖ.I-----= 5,887 • 10 3 м2.
I 1 ч ( 2 Л'•3"1 0,8-9,53-10' {-—[ ——-1
__]189 ll,3 + lj
27. Пусть л. = 54. тогда d„ = = 0,01178 м.
28. Пусть #= 25 м, тогда Аре = 943 • 9,807 ■ 25 = 2,312 • 105Па.
29. Др0 - 5,452 • 106 - 9,53 • Ю3 - 0,407 • 105 = 4,458 • I О6 Па.
30. Ар0и = 4,458 -106 - 2,312 • 105 « 4,227 • Ю6 Па. 31 • = ОЗЗ • 4,227 • 106 = 3,508 • 10* Па.
32. Пусть 1М = 59 м, тогда Ар, = 3,508 • 10s/59 = 59,46 • 10'Па.
33. а) На входе в магистральный участок pt « 5,452 • 3 0S - 0,407 • 105 = 5,411-106 Па;
б) на выходе из магистрального участка (принято /. -35м)
pi = 5,452-10* -0,407 -105-2,312-Ю5-1,2-59,46• Ю3 - 35«2,682• 10* Па;
il •
в) у наиболее удаленной - насадки
34. а) На входе в магистральный участок р. -771,1 кг/м3;
«
б) на выходе из магистрального участка с помощью табл. 1 до давлению pi = 2,632 - 10б Па находим pi ~ 72,5 кг/м ; s) у наиболее удаленной, насадки с помощью табл. 1 по давлению
pt =9,53-105 Па находим кг/м3; д = 24,5 кг/м3;
Веса«« УлГТУ 2/200 Î. §9
г) у наименее удаленной насадки (на выходе из магистрального участка) с помощью табл. 1 по давлению я - 2,682-10* Па находим р: =72,5 кг/м3.
35. а) На входе в магистральный участок
,2 •\0-2
± - 0,45}
14,03-
= 0,038 м = 38 мм;
V 59460- 771,1 б) ка выходе кз магистрального участка
4 = 0,45
,061 м = 61 мм;
\
59460 • 72,5 ; в) на входе в наиболее удаленную насадку
Ст, -14,03/54 = 0,26 кг/с; а, = 0,45 ^
\
0,2
= 0,015 м = 15 мм;
у
59460 • 24,5
г) на входе » наименее удаленную насадку (принят расположенным на выходе из магистрального участка)
,2
в, = 14,03/12 = 1,169 кг/с; а, = 0,45
Г
1.169
59460 - 72,5
= 0,014 м = 14 мм.
У
36. ^ = 2,632-106/0,953-106 = 2,81.
37. Пусть ¥тм = 1012,4 и2, тогда Мв =1,2-1012,4 = 1214,9 кг.
Щ * /
38 о =
842
1214,9 + 842
39. К^ — 287 • 0,59 +189 • 0,41 = 246,8
1214,9 + 842 Дж
= 0,41.
40.^ = 1000,5 • 0,59 + 846 • 0,41 = 937,2
кг-К'
Дж
кг-К
41. = 293000 -1214,9 + 183100 ■ 842 = 510,14 • 10" Дж.
42. = 510,14 -106/[937,2(1214,9 + 842)] = 264К = -9 °С. 43 рпон =246,8-264(1214,9 + 842)/Ю12,4 = 0,1324 МПа. 44. о = 1,324 • 105 -105 = 0,324 • Ю5 Па.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
* •«
1. Ковэльногов Н.Н., Битюрин А. А. Расчет установок объемного пожаротушения на основе пентафторэтана // Вестник УлГТУ. 2000. №1. •
2. Нормы пожарной безопасности. Установки газового пожаротушения автоматические. КПБ 22-96. М., ¿996. ' '
л %
Вестакк УлГТУ 2/2001
Кояшгьногое Николай Николаевич 9 доктор технических наук,
«
профессор, заведующий кафедрой «Теплоэнергетика» Ульяновского
• _
государственного технического университета. Окончил факультет двигателей летательных аппаратов Казанского авиационного института. Имеет статьи и монографии в области теплофизики.
• • • ' ..... I в . . . ¿¿и * . .
• • •
V
• • • < « • • г
удк 533:601.16 . *
Д.Л. ЖУХОВИЦКИЙ, А.А. ДЫНАЕВА
4
ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОГО ЭФФЕКТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
л ■ •
Устройства, использующие вихревой эффект, широко применяются в холодильной технике, системах термической стабилизации. Для . ^проектирования вихревых устройств необходимо определить га энергетические характеристики. Существующие методы определения энергетических характеристик разработаны для вихревых устройств, работающих на высоких перепадах давлен^ но па практике зачастую используются устройства с низкими степенями расширения газа. Поэтому были проведены экспериментальные исследования для ответа на вопрос о применимости существующей методики расчета, а в результате исследований внесена поправка в эту методику.
.V*
Устройства, использующие вихревой эффект, широко применяются в холодаяьной технике, системах термической стабилизации объектов. Для проектирования вихревых устройств необходимо определить их энергетические характеристики. Существует методика расчета энергетических характеристик вихревых труб (ВТ) [1], применяемая для устройств, работающих с высокими степенями расширения сжатого газа в вихревых устройствах (ВУ). ВУ, применяемые в холодильной технике и системах термической стабилизации, зачастую работают на низких перепадах, давления (вихревые кондиционеры автомобилей, вихревые гигрометры, вихревые сепараторы и т.д.), поэтому возник вопрос о [фименимости существующей методики расчета энергетических характеристик ВТ (эффекта охлаждения АТХ, холодопроизводиггельнос-ш
ВУ д) на низких перепадах давления. Для решения этого вопроса были
проведены экспериментальные исследования делящей ВТ (ДВТ) на низких (я* «1/78, здесь и далее к - степень расширения газа в ВТ) и высоких
перепадах давления {я « 4.89) с площадью входного сопла
• ^
Рс -15 -10"° м, на сжатом воздухе от заводской с&тй (ОАО «Строймаш»).
* II .
Для оценки энергетических характеристик исследуемой ДВТ был проведен тестовый эксперимент. Расчет для условий тестового
Вестник УлГТУ 2/2001 91
