Скорость потока пара, идущего от одного давления к другому

1

Закрытый паровой котел в кофемашине работает на холостом ходу при температуре около 124 ° C, пар и вода внутри - при давлении 1,2 бар. Когда паровой клапан открывается, пар выливается через паровую палочку, вставленную в молоко, для ее аэрации и нагрева.

То, что я пытаюсь определить, - это скорость потока этого пара, но вся термодинамическая информация о паровых котлах, которую я нахожу, относится к промышленным ситуациям и слишком сложна для моего самого базового понимания термодинамики.

Я не обращаю внимания на дальнейшее нагревание от котла, когда клапан открыт, и просто предполагаю, что бесконечно большой котел с неограниченным количеством предварительно генерируемого пара

Я думаю, что площадь поперечного сечения паровой трубы важна, равно как и длина и тип трубы для потерь. Может кто-нибудь поставить меня на правильный путь, насколько формулы идут.

thermodynamics steam boilers

— jontyc
источник

3

Вы можете использовать уравнение Хагена-Пуазейля для определения расхода в результате градиента давления. Предостережение в использовании этого уравнения заключается в том, что поток должен быть ламинарным, т.е. можно пренебречь инерционными эффектами.

Q = \frac{1}{128} \frac{π d^{4}}{μ} \frac{Δ P}{L}

$Q=\frac{1}{128}\frac{\pi d^4}{\mu}\frac{\Delta P}{L}$

Q

$Q$

d

$d$

L

$L$

Δ P

$\Delta P$

μ

$\mu$

Это уравнение уже учитывает потери на трение на стенках трубы (отсюда и требуемый перепад давления), но оно не учитывает изгибов в трубах или типа труб. Тем не менее, я ожидаю, что их влияние будет незначительным, если большая часть трубок прямая и достаточно грубая, чтобы можно было использовать условия, обеспечивающие скольжение, но не настолько, чтобы вызвать нестабильность потока.

Как упоминалось ранее, после определения скорости потока на основе имеющейся у вас информации вам необходимо проверить, что поток действительно ламинарный. Если нет, уравнение не может быть использовано. Вы можете сделать это, рассчитав число Рейнольдса:

R e = \frac{ρ v d}{μ} \approx \frac{ρ Q}{μ d} < 1

$\mathrm{Re}=\frac{\rho vd}{\mu}\approx\frac{\rho Q}{\mu d}<1$

Пока вышеупомянутое условие выполняется, вы в порядке. Если нет, то подход, предложенный @idkfa , лучше всего использовать.

— nluigi
источник

3

Вы заявили, что большинство вещей, которые вы нашли, слишком сложны для вашего базового понимания. Можно ли предположить, что ответ, который вы ищете, может быть обоснованным предположением? Если так, то я бы пошел с Бернулли

g z_{1} + \frac{c_{1}^{2}}{2} = g z_{2} + \frac{c_{2}^{2}}{2} + \int_{1}^{2} \frac{d p}{ϱ}

$g z_1 + \frac{c_1^2}{2} = g z_2 + \frac{c_2^2}{2} + \int_1^2 \frac{dp}{\varrho}$

$c_1 = 0$

Наконец, вам нужна упомянутая геометрия трубки.

Для более подробной информации используйте нестационарную форму и добавьте потери на трение, если хотите. Я лично пренебрегал бы этим.

— IDKFA
источник

Да, просто нужно быть парком, чтобы понять, стоит ли дальше изучать концепцию.

— Jontyc

Почему здесь интеграция?

— Алго

d p

$dp$

p

$p$

2

Я не рекомендую использовать уравнение Хагена-Пуазейля, поскольку поток, скорее всего, является турбулентным, исходя из данной разности давлений. и так как скорость потока будет в основном зависеть от разницы давления между котлом и выходом трубки (скажем, окружающей), я думаю, что ответа @idkfa достаточно.

Но если вы столкнулись с ситуацией, когда длина трубы / потери на трение имеют значение, вы можете использовать уравнение Унвина-Бэбкока, которое является расширением уравнения Дарси-Вейсбаха, которое применимо для пара:

Δ P = \frac{0.0001306 Q L}{d^{3} ρ_{s t e a m}} (1 + \frac{3.6}{d})

$\Delta P = \frac{0.0001306\,QL}{d^3\rho _ {steam}} (1 + \frac{3.6}{d})$

$\Delta P$ $Q$ $L$ $d$ $\rho _{steam}$

— Algo
источник

Плотность пара на входе или выходе?

— Саломон Тургман

К сожалению. Не берите в голову. Для скорости потока на выходе, плотности на выходе. Для впуска, плотность впуска.

— Саломон Тургман

@sturgman Хорошо, поскольку поток предположительно изотермический (для изолированных парораспределительных труб, где уравнение изначально применимо), разница в плотности не будет значительной между входом и выходом, поэтому это не имеет значения (или вы можете использовать среднее значение значение).

— Алго