Значения коэффициента загрязнения труб

Таблица 5

Материалы трубы и состояние их поверхности
Медные и латунные чистые гладкие трубы	1,0
Новые стальные чистые трубы	1,16
Старые (загрязненные) медные или латунные трубы	1,3
Старые (загрязненные) стальные трубы	1,51 - 1,56

Местные сопротивления обуславливаются вихреобразованием в местах, где меняется сечение канала и преодолеваются отдельные препятствия, например при входе, выходе, сужении, расширении, повороте и т.д.

Потери давления местных сопротивлений определяются по формуле

, (3.7)

где - коэффициент местного сопротивления.

В случае неизотермического движения жидкости коэффициент сопротивления трения является функцией не только числа , но также чисел и .

Кроме того, при неизотермическом движении газов движение становится неравномерным при изменении их плотности, а вместе с тем и скорости. Это вызывает дополнительную потерю давления на ускорение газа , которая при движении в канале постоянного сечения равна удвоенной разности давлений

, (3.8)

здесь индексом 1 отмечены величины, отнесенные к температуре в начальном сечении, индексом 2 - в конечном. В случае нагревания газа положительно, в случае охлаждения - отрицательно.

При неизотермическом движении также появляется сопротивление самотяги, возникающее из-за того, что вынужденному движению нагретой жидкости в нисходящих участках канала препятствует подъемная сила, направленная вверх.

Подъемная сила и равное ей по значению сопротивление самотяги определяется соотношением:

, (3.9)

где - средняя плотность холодной жидкости, например, окружающего воздуха, кг/м³;

- средняя плотность нагретой жидкости, например, дымовых газов, кг/м³;

- высота вертикального канала – газохода, м.

При нисходящем движении нагретой жидкости значение является дополнительным сопротивлением канала, при восходящем же движении нагретой жидкости сопротивление канала уменьшается на величину . Общее сопротивление самотяги определяется как разность между значениями подъемной силы во всех нисходящих и восходящих каналах.

При определении полного сопротивления какого-либо устройства в технических расчетах принято суммировать отдельные сопротивления. Такой способ расчета основан на допущении, что полное сопротивление последовательно включенных элементов равно сумме их отдельных сопротивлений. В действительности это не так, сопротивление каждого элемента зависит от характера движения жидкости в предшествующих участках. Например, сопротивление прямого участка за поворотом значительно выше, чем сопротивление такого же прямого участка перед поворотом. Точно влияние этих факторов может быть установлено лишь экспериментальным путем.

Значения коэффициента местного сопротивления

при расчетах теплообменных аппаратов

Таблица 3.1

Наименование детали
Вентиль проходной, d = 50 мм	4,6
То же, d = 400 мм	7,6
Вентиль Косва .....	1,0
Задвижка .....	0,5 - 1,0
Кран проходной	0,6 - 2,0
Угольник 90 °, R = d	0,3
То же, R = 4 × d.....
То же через колено в секционных подогревателях....	2,0
Вход в межтрубное пространство под углом 90 ° к рабочему потоку	1,5
Входная и выходная камера (удар и поворот)	1,5
Поворот на 1800 из одной секции в другую через промежуточную камеру	2,5
Круглые змеевики (n - число витков)	0,5n
Поперечное движение в межтрубном пространстве (m - число труб в ряду)
Поворот на 180 ° в V - образной трубе.....	0,5
Переход из одной секции в другую....	2,5
Поворот на 180 ° через перегородку в межтрубном пространстве	1,5
Выход из межтрубного пространства под углом 90 °.....	1,0

Таким образом, полное гидравлическое сопротивление теплообменных устройств равно:

. (3.10)

Однако для практических расчетов гидравлического сопротивления теплообменных аппаратов наиболее часто используют зависимость

, (3.11)

где - плотность теплоносителя определенная по средней его температуре.

Исходными данными для расчета потерь давления в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменного аппарата, например с сегментными перегородками являются: наружный диаметр охлаждающих трубок, минимальная ширина свободного сечения для прохода среды между перегородками, количество отсеков в теплообменнике, количество рядов трубок, пересекаемых по перечным потоком (по центрам тяжести сегментов), диаметры входного и выходного патрубков. В данном случае в расчете учитываются следующие местные сопротивления: входной и выходной патрубки, вход и выход в межтрубном пространстве, поворот потока при обтекании перегородок, сопротивление трубного пучка движению теплоносителя между перегородками. Кроме того, учитываются потери напора на трение при течении теплоносителя в межтрубном пространстве.

Исходными данными для расчета гидравлического сопротивления при движении потока по трубному пространству кожухотрубного аппарата являются: внутренний диаметр охлаждающих трубок, площадь поперечного сечения распределительной коробки для каждого хода, число ходов теплоносителя, площадь поперечного сечения труб одного хода, внутренние диаметры входного и выходного штуцеров. Учитываются следующие местные сопротивления: при входе потока в распределительную коробку (внезапное расширение), при входе потока из распределительной коробки в соответствующий ход (внезапное сужение) при выходе потока из трубной системы соответствующего хода в распределительную коробку (внезапное расширение), поворот потока при переходе из одного хода в другой, при выходе потока через штуцер (внезапное сужение).

Потери напора на трение при течении теплоносителя по трубной системе рассчитываются по формулам (3.3-3.6) с учетом числа ходов.

При расчете аппаратов типовой конструкции потери давления рассчитывают по упрощенным формулам.

Для секционных горизонтальных водоводяных кожухотрубных подогревателей при длине секции 4 м:

- для нагреваемой воды в гладких трубках: , кПа, (37)

- то же при длине секции 2 м: , кПа, (38)

где - коэффициент, учитывающий накипеобразование, определяется по опытным данным, при отсутствии – следует принимать ;

- объемный расход теплоносителя, проходящего по трубкам, м³/с;

- площадь проходного сечения одного хода, м²;

- число секций подогревателя, шт;

В случае использования в подогревателе профилированных трубок в формулах (37) и (38) водится повышающий коэффициент, равный 3.

Потери давления в межтрубном пространстве:

, кПа, (39)

где - коэффициент, приведен в таблице 7;

- скорость теплоносителя в межтрубном пространстве.

Таблица 7

Наружный диаметр корпуса секции , мм	Значение коэффициента
	при длине секции, м
	2	4
57	25	30
76	25	30
89	25	30
114	18	25
168	11	25
219	11	20
273	11	20
325	11	20

Для пластинчатых теплообменников потери давления в водоподогревателе следует определять по формулам:

- для нагреваемой воды , кПа; (40)

- для греющей среды , кПа, (41)

где - коэффициент, учитывающий накипеобразование, который для греющей сетевой воды равен единице, а для нагреваемой воды должен приниматься по опытным данным, при отсутствии таковых можно принимать ;

- коэффициент, зависящий от типа пластины, принимается по техническим характеристикам пластин;

и - скорости греющей и нагреваемой воды в каналах подогревателя, м/с;

- число ходов теплообменника.

В изогнутых трубах движение жидкости имеет очень сложный характер. Под действием центробежных сил весь поток отжимается к внешней стенке и течет с повышенной скоростью, а в поперечном направлении образуется вторичная циркуляция. Несмотря на это, критическое значение числа получается выше, чем для прямых труб, и притом тем выше, чем круче изгиб (при ). Гидравлическое сопротивление изогнутых труб выше, чем прямых.

Определив полное гидравлическое сопротивление и зная расход жидкости, легко определить мощность, необходимую для перемещения рабочей жидкости через аппарат. Мощность на валу насоса или вентилятора определяется по формуле

, Вт, (3.18)

где - объемный расход теплоносителя, м³/с;

- массовый расход теплоносителя, кг/с;

- полное сопротивление потери давления, Па;

- плотность теплоносителя, кг/м³;

- к.п.д. насоса или вентилятора.

Обычно гидравлическое сопротивление представляется в его паспорте в виде графической зависимости потерь напора от расхода через аппарат.

Паровое сопротивление подогревателя, т.е. разность давлений пара при входе в подогреватель и в конце траектории его движения. зависит от конструкции подогревателя. от компоновки трубного пучка, скоростей пара на входе в пучок и в межтрубное пространстве, а также от параметров и режима работы аппарата.

В общем случае оценить величину парового сопротивления позволяет известная зависимость:

, (3.19)

где - коэффициент аэродинамического сопротивления пучка;

- плотность пара, кг/м³;

- средняя скорость пара в межтрубном пространстве; в первом приближении можно принять величину средней скорости пара равной половине скорости пара на входе в аппарат, м/с.

При продольном обтекании гладкотрубных пучков в диапазоне изменения для треугольной разбивки пучка коэффициент сопротивления рассчитывается по уравнению [9]

, (3.20)

где ;

- шаг трубок в пучке, м.

Коэффициенты сопротивления при поперечном обтекании шахматных пучков ( ) определяется по одной из следующих формул [9]:

при , (3.21)

при , (3.22)

где , - относительный поперечный шаг;

- относительный продольный шаг;

- поперечный шаг, м;

- продольный шаг, м;

- число рядов трубок в направлении течения потока.

Вышеприведенные зависимости применяются для расчета парового сопротивления при обтекании трубных пучков теплоносителем без изменения его агрегатного состояния. Паровое сопротивление тракта, на котором происходит конденсация пара, подсчитывается по формулам (3.19)-(3.22) с введением поправочного коэффициента 1/3 [9]