Проектирование системы охлаждения кессонов печи взвешенной плавки (стр. 4 из 7)
Для гидравлически гладких труб формулы соответственно Блазиуса и Никурадзе
(4) 
,(5)причём первая даёт хорошие результаты при
, вторая при 
.Для гидравлически шероховатых труб формула Никурадзе:
;(6)При использовании формул (4) – (6) необходимо определить, в какой области работает данная труба, подсчитав толщину ламинарного слоя
, например, по уравнению (7) и сравнив её с эквивалентной шероховатостью трубы. 
; (7)Определив коэффициент трения по формуле (1) находим величину потерь.
2.2 Расчёт местных потерь напора
Помимо потерь напора на трение, которые имеют место по всей длине трубопровода, при движении жидкостей и газов возникают потери напора в местах локальных возмущений потока, вызванных разного рода изменениями в направлении движения жидкости, изменениями сечения, наличием преград на пути движения и т.д.. Эти потери носят название местных потерь напора, а причины, их вызывающие, называются местными сопротивлениями.
Практически величина местных потерь
прямо пропорциональна динамическому напору 
в данном сечении потока: 
;(8)где
- коэффициент местного сопротивления, характеризующий данное сопротивление.Общие потери напора в трубопроводе, включая потери на трение и местные потери, находят суммированием:
;(9)где
- сумма потерь напора на всех местных сопротивлениях на данном трубопроводе; 
- суммарный коэффициент местных сопротивлений. 2.3 Построение характеристики сети
Для трубопроводов, состоящих из часто употребляемых стандартных труб, расчёт потерь напора удобно вести с помощью обобщённых параметров трубопровода. Рассмотрим простой короткий трубопровод постоянного диаметра. Общие потери напора в нём, определяемые формулой (9), можно выразить через расход жидкости
: 
(10)Сделаем замену в этом выражении:
;(11)где b – сопротивление трубопровода.
Из выражений (10) и (11) получаем:
(12)Из этого выражения видно, что для данного трубопровода зависимость потерь от расхода графически выражается параболой.
При последовательном соединении трубопроводов разного диаметра общие потери напора соединения
равны сумме потерь в отдельных трубопроводах, расход же жидкости по всей длине соединения одинаков и равен расходу в отдельном трубопроводе: 
;(13)где
- сопротивление всего соединения.Расходы жидкости в отдельных ветвях параллельного соединения различны и определяются сопротивлением ветвей. Общий расход в соединении
равен сумме расходов ветвей. В этом случае из выражения (12) получаем: 
; (14)Рассмотрим общий случай: трубопровод, в котором по пути движения жидкость совершает работу или над ней совершается работа. Полный напор жидкости в начальном и конечном сечениях трубопровода соответственно:
; 
,а приращение полного напора в трубопроводе
;(15)где
- геометрическая высота подачи жидкости.Выражение для удельной энергии Н, которую надо затратить на приращение полного напора жидкости в трубопроводе и преодоление в нём потерь напора, носит название уравнения сети, а величина Н – полный потребный напор трубопровода.
; (16)Преобразуем это выражение, введя обозначение
; (17) 
; (18)Учитывая выражение
получим: 
; (19)где а, b и с константы для данной сети.
Выражение (19) является уравнением напорной характеристики трубопровода. Оно устанавливает связь между потребным напором и расходом жидкости в сети.[2]
2.4 Расчет тепломассообмена
Если тело А передало каким-либо образом телу В некоторое количество тепла Q, то говорят, что между этими телами произошел теплообмен.
В теплотехнике особенно важен теплообмен соприкосновением между движущейся жидкостью и твердым телом, получивший название теплоотдачи. Это вид теплообмена встречается в тепловых аппаратах как часть общего случая перехода тепла от одной жидкости к другой через разделяющую их стенку. Такой общий случай мы будем называть теплопередачей. Под жидкостью мы в данном случае разумеем как капельную жидкость, так и упругую жидкость-газ.
Если обозначить: Q - количество тепла, которое проходит от одной поверхности стенки к другой; t’ст- температура одной поверхности стенки, ºС; t”ст- температура другой поверхности стенки ºС;
- время; S- толщина стенки; F- поверхности стенки, то 
Коэффициент
измеряет количество тепла, распространяющееся в течении 1с в теле от одной его поверхности размером в 1м2 к другой такой же поверхности при толщине тела 1м и при разности температур 1ºС. Этот коэффициент называется коэффициентом теплопроводности. 
Явление теплоотдачи между стенкой и жидкостью можно записать в виде
-коэффициент теплопередачи; измеряет количество тепла, которым обмениваются через единицу времени при разности температур между поверхностью стенки и жидкости в 1ºС 
Количество тепла, переданное в единицу времени через единицу поверхности, называется поверхностной плотностью теплового потока или удельным тепловым потоком и обозначается буквой q и рассчитывается по формуле Фурье
.[3]Для проведения расчётов необходимо сконструировать трубопровод на основании следующих данных:
· высота водоохлаждаемой шахты 3600 мм;
· расход воды на кессон 2 м3/ч (скорость воды в змеевике 0,5 м/с)
· давление в трубопроводе не должно превышать рабочего;
· кладка шахты из строительного кирпича -
Дж/м·с·град;· Температура внутренней стенки шахты – 1250 ˚С.
На основании этих и других (выше и ниже изложенных) данных строим трубопровод (рис. 3.).
Рис 3. Схема системы охлаждения.
4. Результаты расчётов и их анализ
Произведем расчет змеевика. Определим режим движения жидкости в нём. Для этого воспользуемся формулой (3). Скорость и диаметр заданы, а кинематическую вязкость возьмем из таблицы при температуре воды 500С. Она равна
. Используя эти данные, получим: