Главная | Обратная связь

Пример инженерного расчета ______ для вытекания кислорода.

 

Расчет большинства элементов воздухопроводной (кислородопроводной) системы выполняется преимущественно по формулам, которые приведены выше в (4.2), поскольку они подходят для расчета и анализа работы, как газовых редукторов, так и легочных автоматов. Совместно с этим для расчета других узлов имеют места другие подходы. В качестве устройства рассмотрим порядок ______ конечных соотношений, которые используют для расчета _______ для вытекания кислорода.

В основу расчета диаметра _____ для вытекания кислорода приведено уравнение неразрывности потока:

. (4.12)

где Q – количество кислорода, которое вытекает из _____ за единицу времени, кг/с;

S – площадь ____ для вытекание кислорода, м²;

W – скорость вытекания кислорода через ____ , м/с;

- полезная масса газа среды, к которой идет вытекание, кг/м³.

Как правило, количество газа известно, поскольку, например, в приведенном случае оно однозначно связано с постоянной подачей кислорода (q = 1,4 л/ мин), а скорость вытекания и массу можно найти, используя физические возможности.

Так по законам динамики газов и курса термодинамики, скорость вытекания газов через _____ при адиабатном процессе определяется следующей независимостью:

. (4.13)

где k – 1,4 – показатель адиабаты кислорода (двухатомного газа);

P₂ – давление кислорода в камере редуктора (давление среды, из которой имеет место вытекание газа);

Р_nnc – давление газов паровоздушной смеси в воздухопроводной системе РДА (давление среды в которую вытекает газ);

V₂ – полезный объём камеры редуктора, м³/кг.

Скорость вытекания газа из ____ зависит от давления среды, в которую он вытекает, до тех пор, пока её величина не превысит критического уровня, который равен скорости звука. Если скорость вытекания выше критической (выше скорости звука), то измерение давления Р_nncсреды, в которую осуществляется вытекание, перестает влиять на скорость вытекания. В приведенном случае скорость вытекания будет зависеть от давления Р₂в камере редуктора (давление среды из которой вытекает кислород).

Отношение давлений, по которому скорость вытекания достигает критического уровня, называется «критической». Величина критического отношения обуславливается уравнением:

. (4.14)

При вытекании кислорода величина критического отношения представляет собой:

. (4.15)

В РДА, которые нормально работают, отношение абсолютных давлений среды, в которую вытекает кислород, Р_nncи среда, из которой он вытекает, Р₂, всегда во всех узлах значительно меньше критического. Соответственно, скорость вытекание кислорода всегда выше критической, то есть во всех случаях вытекания кислорода происходит со звуковой скоростью. Вследствие этого, при расчетах выпускных _____ деталей РДА можно ориентироваться на критическое отношение Р_nnc/Р₂.

Учитывая это, в уравнение (4.13) можно подставить величину критического отношения Р_nnc/Р₂. Если возвести две части уравнения (4.14) в степень , получим:

. (4.16)

Процесс вытекание кислорода откланяется от адиабатического, поскольку в реальных условиях газ трется о стенки дросселя, вследствие чего в этой зоне имеет место теплообмен. Учитывая это, после элементарных алгебраических преобразований формулу (4.13) можно представить следующим образом:

(4.17)

где = 0,9 – коэффициент вытекания, который учитывает отклонение процесса от адиабатического.

Полезная масса _впс газовоздушной смеси, воздухопроводной системы, в которую вытекает кислород, может быть выражена через полезный объём воздухопроводной системы таким образом:

, (4.18)

где V_впс – полезный объём воздухопроводной системы РДА, м³/кг.

Поскольку в уравнение (4.17) входит полезный объём V₂ газа среды в камере редуктора, из которого происходит вытекание, то в уравнении (4.18) свойственно V₂ представить через V_ВПС. Это возможно в следствии того, что при адиабатном процессе вытекания смена давления газа осуществляется обратно пропорционально объёму, который возводится в степень k, то есть

. (4.19)

Откуда,

. (4.20)

Подставляя полученное значение V_ВПС в формуле (4.18) и заменяя отношение давлений его критическим значением по (4.16), получаем :

. (4.21)

Подставляем полученные значения скорости вытекания кислорода (4.17) и полезной массы газовоздушной смеси в воздухопроводной системе (4.21.), в которую происходит вытекание, в уравнение неразрывности потока (4.12) и получаем:

 

 

 

(4.22)

 

Из уравнения Менделеева – Клапейрона

 

P₂ * V₂ = R * T (4.23)

где R= 260 – полезная газовая постоянная кислорода, Дж/(кг*К);

Т- абсолютная температура в зоне вытекания, К;

находим, что

 

V₂= (4.24)

После подстановки (4.24) и (4.25) получим:

 

Q= S* *P₂* (4.25)

Когда в зоне вытекания принять, что абсолютная температура Т=293⁰ К (нормальные условия), а также подставить постоянные величины k=1.4 и R=260 Дж/(кг*k), формула (4.25) примет вид:

 

Q= S* *P₂* ≈0.00248 * S* *P₂ (4.26)

 

 

Из выражения (4.26) можно найти необходимую -------- для вытекания кислорода:

 

S≈ , (4.27)

 

а также соответствующий диаметр:

 

d≈ ≈22.66* , (4.28)

 

для примера приведём расчет диаметра ----- РДА КИП-8, принимая, что давление р₂ в камере редуктора будет 0.58 МПа, постоянная подача составляет q=1.4 л/мин. учитывая то, что кислород имеет плотность 1.42895 г/л, выражение (4.28) принимает вид:

d≈22.66* ≈1.8*10^-4 м≈0.18 мм. (4.29)

приведённый пример свидетельствует, что расчёт автономного изолирующего аппарата является очень сложной инженерной задачей.

Кроме того, необходимо учитывать и то, что по технологическим особенностям изготовления, например, ------- для вытекания кислорода его размер может несколько отличаться от расчетного. Также может колебаться и коэффициент вытекания. В тоже время постоянная подача q должна быть равна заданному уровню (1.4 л/мин).анализ выражения (4.27) свидетельствует, что это можно обеспечить за счет регулирования давления р₂ в камере редуктора. Как было указанно раньше в 4.2, для этого в редукторе приспособлена пружина.

Необходимость в дополнительной порции кислорода во время тяжелой и очень тяжелой работы выполняется с помощью лёгочного автомата. Расчет диаметра клапана выполняется похожим образом.