Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Топ:
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Интересное:
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Дисциплины:
2021-03-17 | 130 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Глава 13
СТАЦИОНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В ТРУБОПРОВОДЕ
Природным газом обычно называют тот углеводородный газ, который добывают из многочисленных газовых месторождений в мире. Природный газ представляет собой смесь различных газов, причем не только углеводородных, однако, метан () составляет в каждой такой смеси основную часть, как правило, более 90%. Углеводородными составляющими природного газа являются метан, этан, пропан, бутан и т.д., а неуглеводородными – азот, кислород, сероводород, углекислый газ, водород, гелий и др. Природный газ каждого месторождения имеет индивидуальный состав, отличающий его от газа других месторождений.
Плотность природного газа при атмосферном давлении и температуре составляет , иными словами, природный газ легче воздуха. Природный газ не имеет цвета и запаха, а тот известный неприятный запах – это запах этилмеркаптана, специального одоранта, который добавляется в газ на газораспределительных станциях, для того чтобы можно было чувствовать наличие газа в помещении.
Таблица 13.1.
Некоторые физические постоянные газов
Газ | Молярная масса, кг/кмоль | Критическое давление, МПа | Критическая температура, К |
Метан | 16,042 | 4,641 | 190,55 |
Этан | 30,068 | 4,913 | 305,50 |
Пропан | 44,094 | 4,264 | 369,80 |
Изобутан | 58,120 | 3,570 | 407,90 |
Н – Бутан | 58,120 | 3,796 | 425,17 |
Н – Пентан | 72,146 | 3,374 | 469,78 |
Азот | 28,016 | 3,396 | 126,25 |
Кислород | 32,000 | 4,876 | 154,18 |
Сероводород | 34,900 | 8,721 | 373,56 |
Углекислый газ | 44,011 | 7,382 | 304,19 |
Водород | 2,020 | 1,256 | 33,10 |
Гелий | 4,000 | 0,222 | 5,00 |
Воздух | 28,966 | 3,780 | 132,46 |
Пример. Характеристики газовой смеси представлены в таблице 13.2.
Таблица 13. 2.
Компонента газа | Объемная доля, % | Критическое давление, МПа | Критическая температура, К |
Метан | 92,0 | 4,641 | 190,55 |
Этан | 4,0 | 4,913 | 305,50 |
Азот | 2,0 | 3,396 | 126,25 |
Сероводород | 1,0 | 8,721 | 373,56 |
Углекислый газ | 1,0 | 7,382 | 304,19 |
Найти значения коэффициента Z сжимаемости и плотности этой смеси при давлении 6,5 МПа и температуре +25 ° С.
|
Решение. Молярная масса смеси, критического давления и критической температуры смеси рассчитываются по формулам (13.5):
кг / моль,
МПа,
Дж /(кг К);
Затем определяются приведенные параметры и газовой смеси:
, .
По формулам (13.4) вычисляеися :
Вычисляются коэффициент
и плотность сжатого газа:
кг/м 3.
Ответ. ; кг/м 3.
Уравнения установившегося течения газа
В трубопроводе
Для описания установившегося стационарного течения газа в трубопроводе используются основные законы механики: уравнение сохранения массы газа (уравнение неразрывности потока), уравнение изменения количества движения (уравнение движения) и уравнение изменения полной энергии газа (уравнение энергии).
Уравнение движения
Уравнение движения газа, выражающее закон изменения количества движения под действием внешних сил (второй закон Ньютона) записывается в следующем виде:
.
Поскольку течение газа установившееся, то это уравнение упрощается:
. (13.8)
Для величины касательного напряжения сил трения газа о внутреннюю поверхность трубопровода обычно используют формулу:
, (13.9)
где коэффициент трения или коэффициент гидравлического сопротивления ().
В общем случае коэффициент гидравлического сопротивления при течении газа по трубопроводу зависит как от числа Рейнольдса , так и от эквивалентной шероховатости внутренней поверхности трубопровода. Однако для магистральных газопроводов числа Рейнольдса составляют миллионы, в силу чего коэффициент зависит только от состояния внутренней поверхности трубопровода. Для расчета в магистральных газопроводах рекомендуется формула ВНИИГаза:
|
. (13.10)
В рамках принятых допущений уравнение установившегосятечения газа в трубопроводе приобретает вид:
. (13.11)
Отметим, что где зависимость геометрической высоты сечения газопровода над уровнем моря от координаты , отсчитываемой вдоль оси трубопровода.
Упрощающее допущение. Поскольку скорость газа увеличивается, то ускорение частиц газа отлично от нуля, однако в длинных газопроводах это ускорение чрезвычайно мало и потому им можно пренебречь. Справедлива следующая оценка:
.
Эта оценка справедлива, если скорость газа в трубопроводе (составляющая, как правило, м/ c) много меньше скорости звука (равная примерно 380-440 м/ c), т.е. . Например, для газа с плотностью кг/м 3, движущегося в газопроводе со скоростью , изменение слагаемого при изменении скорости на 5 м/ c составляет: Па, в то время как изменение слагаемого в правой части уравнения в 18 раз больше: . Вот почему, в уравнении движения, как правило, пренебрегают инерцией, т.е. не учитывают ускорение газа.
С учетом данной оценки уравнение движения газа в газопроводе выражает обычно равенство движущей силы давления и препятствующих ему силы трения и силы тяжести:
. (13.12)
Поскольку природный газ – это относительно легкая среда, то во многих случаях пренебрегают также силой тяжести , поэтому уравнение (13.12) движения газа еще более упрощается:
. (13.13)
Уравнение энергии
Уравнение изменения полной энергии газа, выражающее первый закон термодинамики, в общем случае имеет вид:
,
где внутренняя энергия единицы массы газа; энтальпия единицы массы газа; внешний теплоприток (количество тепла, передаваемое газу извне в единицу времени через единицу поверхности трубопровода, . Левая часть уравнения энергии дает изменение в единицу времени полной энергии газа, причем первое слагаемое в правой части – это секундный приток внешнего тепла; второе – работа в единицу времени (т.е. мощность) внешних сил (в данном случае силы тяжести).
Для установившегося течения , поэтому уравнение энергии упрощается:
. (13.20)
Если в последнем уравнении использовать зависимость энтальпии от давления и температуры , положив , а также принять для , выражение
|
, (13.21)
называемое законом теплообмена Ньютона (здесь температуры внутри и вне трубопровода; коэффициент теплопередачи), то уравнение (13.20) можно преобразовать следующим образом:
.
Обозначая и , получаем:
или
. (13.22)
Здесь теплоемкость газа при постоянном давлении; коэффициент Джоуля-Томпсона.
Используя выражение энтальпии газа через внутреннюю энергию и другие параметры состояния
,
можно выразить эти коэффициенты через коэффициенты и :
;
.
Поскольку при движении газа в газопроводе , а , если (см. диаграммы на рис. 13.2), то эффект Джоуля-Томпсона состоит в дополнительном охлаждение газа за счет падения давления. Очевидно, что этот эффект проявляется только для реального газа, для которого . Как правило, значения коэффициента составляют К/МПа.
Упрощенное уравнение. Если в уравнении (13.22) пренебречь эффектом Джоуля-Томпсона, а также пренебречь измененим кинетической энергии и работой силы тяжести, то уравнение изменения энергии упрощается и приобретает вид:
. (13.23)
Глава 13
СТАЦИОНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В ТРУБОПРОВОДЕ
Природным газом обычно называют тот углеводородный газ, который добывают из многочисленных газовых месторождений в мире. Природный газ представляет собой смесь различных газов, причем не только углеводородных, однако, метан () составляет в каждой такой смеси основную часть, как правило, более 90%. Углеводородными составляющими природного газа являются метан, этан, пропан, бутан и т.д., а неуглеводородными – азот, кислород, сероводород, углекислый газ, водород, гелий и др. Природный газ каждого месторождения имеет индивидуальный состав, отличающий его от газа других месторождений.
Плотность природного газа при атмосферном давлении и температуре составляет , иными словами, природный газ легче воздуха. Природный газ не имеет цвета и запаха, а тот известный неприятный запах – это запах этилмеркаптана, специального одоранта, который добавляется в газ на газораспределительных станциях, для того чтобы можно было чувствовать наличие газа в помещении.
|
|
|
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!