Контрольная работа по предмету Теплотехника на тему: Контрольная по теплотехнике

РАСЧЕТ СОПЛА «Лаваля»
Исходные данные для рассчетов
Рассчитать размеры сопла «Лаваля» dкр, d, l и по полученным размерам нарисовать на миллиметровке схему сопла.
Для расчета параметров сопла принимаем следующие исходные данные:
Расчет проводить по методике, изложенной ниже








Методика расчета сопла «Лаваля»

Рассчитать размеры сопла «Лаваля» dкр, d, l (см. рис. 1)








Рис.1. Сечение сопла фурмы кислородно-конвертерного процесса

Пример расчета параметров сопла выполнен по следующим исходным данным:
Т = 300 т – тоннаж конвертера;
Q2 – расход технического кислорода м3/т (Q2 = 49,64 м3/т);
 - время продувки, мин, принимаем 20 мин;
Ро = 0,8-1 МПа – начальное давление газа, принимаем 0,8 МПа;
Рокр = 750 мм.рт.ст. = 99200 Па – давление окружающей среды ;
Р = 1,1 ∙ Рокр = 1,1 ∙ 99200 = 109120 Па – давление газа после расширения;
То = 293 К – температура окружающей среды;
К = 1,4 – показатель адиабаты;
n = 3-6 – число сопел для кислородного конвертера емкостью 100-300 т, для 300 т конвертера принимаем n = 6;
 = 8 о – угол расширения сопла.




Решение
Расчет параметров сопла «Лаваля» выполнен по методике [1].
1. Определяем интенсивность продувки, м3/т.мин.
, (1)
где Q2 – расход технического кислорода м3/т;
 - время продувки, мин, принимаем 20 мин.
IО2 = 49,64 / 20 = 2,48 м3/ т.мин.
2. Расчет давления кислорода в критическом сечении сопла
, (5.2)
Ркр = Ро ∙ 0,528 = 0,8 ∙ 0,528 = 0,4224 МПа = 422400 Па.
3. Расчет температуры кислорода в критическом сечении сопла
, (5.3)
Ткр = То ∙ 0,83 = 293 ∙ 0,83 = 243,19 К.
4. Расчет скорости истечения кислорода в критическом сечении сопла
, (5.4)
где R – универсальная газовая постоянная, для кислорода R = 259 Н.м/кг.К.
.
5. Расчет плотности кислорода в критическом сечении сопла, кг/м3,
, (5.5)
кр = 422400 / (259 ∙ 243,19) = 422400 / 62986,21 = 6,706 кг/ м3.
6. Площадь и диаметр критического сечения
, (5.6)
где М – масса кислорода, проходящего через сечение в единицу времени,
М = (IО2 / 60) ∙ Т ∙ (32 / 22,4) ∙ (1 / n), (5.7)
М = (2,48 /60) ∙ 300 ∙ 1,429 ∙ (1 / 6) = 2,95 кг/с.
F = 2,95 / ( ∙ 6,706) = 0,00148 м2.
, (5.8)
dкр = (4 ∙ 0,00148 / 3,14)0,5 = 0,043 м = 43 мм.
Критический диаметр сопла должен быть равен от 35 до 45 мм. Если значение диаметра меньше, то необходимо уменьшить количество сопел (n), если больше – то увеличить.
7. Критерий скорости
, (5.9)
 = (6 ∙ [1 – (109120 /800000)0,285])0,5 = 1,612.

8. Скорость газа после расширения
и =  ∙ икр, (5.10)
и = 1,612 ∙ 296,697 = 478,27 м/с.
9. Температура газа после расширения определяется по формуле
, (5.11)
Т = 293 ∙ [1 – 0,166 ∙ 1,6122 ] = 167 К.
10. Плотность газа после расширения
, (5.12)
 = 109120 / (259 ∙ 167) = 2,523 кг/м3.
11. Площадь выходного сечения сопла
, (5.13)
F = 0,00148 ∙ 1,612 [0,833 / 0,57]2,5 = 0,00616 м2.
12. Диаметр выходного отверстия сопла
, (5.14)
d = (4 ∙ 0,00616 / 3,14)0,5 = 0,0886 м или 88,6 мм.
13. Длина сопла определяется по формуле
, (5.15)
l = (88,6 – 43) / 0,14 = 325 мм.
По полученным размерам необходимо в масштабе зарисовать сопло «Ловаля».

Рекомендуемая литература

1. Кудрин В.А. Металлургия стали. Учебник для ВУЗов. / В.А. Кудрин. – М.: Металлургия, 1981. – 488 с.

Нет