6.8. Пластины с гофрами
В пластинчатых теплообменных аппаратах, выполненных из гофрированных методом штамповки листов, в межпластинных каналах различают три участка течения теплоносителя: 1) от входной кромки углового отверстия до начала гофрированной поверхности; 2) в основном канале при омывании гофрированной поверхности; 3) от конца гофрированной поверхности до выходной кромки углового отверстия, где течение завершается отеканием теплоносителя в коллекторный канал аппарата.
На первом участке течение теплоносителя происходит в условиях плоского расходящегося потока при плавном уменьшении скорости, т.е. этот участок можно рассматривать как плоский диффузор. С обтекания первой гофры начинается омывание профильной поверхности. При течении в извилистом щелевидном канале теплоноситель много раз меняет направление движения и величина его средней скорости пульсирует вдоль потока, поскольку такой канал является цепочкой местных сопротивлений, состоящих из близко расположенных друг к другу поворотов. При этом турбулентный поток теплоносителя обычно дестабилизированный, так как в извилистых каналах отсутствуют условия для стабилизации поля скоростей и давлений – длина прямолинейных участков между поворотами в каналах пластинчатых аппаратов составляет всего (1,4 ÷ 1,6) d. За извилистым щелевидным участком межпластинного канала следует участок выхода, представляющий собой плоский щелевидный сходящийся канал в виде плоского конфузора.
Гидравлическое сопротивление многопакетного пластинчатого аппарата при одинаковом числе каналов во всех пакетах может быть выражено формулой
, (139)
где
N
– количество последовательно соединенных
пакетов по тракту данного теплоносителя;
– приведенная длина канала вдоль одной
пластины;
χ
– смоченный периметр канала; F
– поверхность теплообмена канала.
В извилистых каналах на участках образования вихрей, касательные усилия на стенках направлены в ту же сторону, что и в ядре потока, так как само движение теплоносителя в области вихря направленно в сторону, противоположную течению в ядре потока. Поэтому основным фактором, определяющим сопротивление канала, состоящего главным образом из местных сопротивлений, является вязкость жидкости. В вихревой области сила вязкостного трения значительна потому, что в нет скорости в одном и том же сечении изменяют направления на обратное и происходит непрерывный обмен количеством движения между вихревой областью и ядром потока. При этом импульс внутренних сил равен нулю, а работа равна потере механической энергии.
В
приведенных ниже формулах для определения
гидравлического сопротивления каналов
из пластин ленточно-поточного типа за
определяющий размер принят dr
= 2δ,
где δ
– минимальный зазор между поверхностями
гофр, измеренный по нормали к их
плоскостям. При этом
,
где V1
– объемный секундный расход теплоносителя
через один канал; b
– ширина канала.
Гидравлическое сопротивление для каналов из ленточно-поточных пластин с горизонтальными рифлями треугольной формы, в диапазоне чисел Re от 100 до 30000 может быть определено по следующим
и 
. (140)
Ламинарном режиме течения (Re ≤ 100)
и 
. (141)
Для ленточно-поточных пластин с синусоидальной формой гофр в области 1000 ≤ Re ≤ 20000
и 
. (142)
Для ленточно-поточных пластин с горизонтальными гофрами трапецеидальной формы в диапазоне чисел Re от 4000 до 30000
. (143)
Для определения коэффициента гидравлического сопротивления единицы относительной длины извилистого щелевидного канала можно использовать обобщенное уравнение Маслова для различных ленточно-поточных пластин
, (144)
где S – шаг гофр; δ' – зазор между пластинами в точке поворота гофр; β – угол при основании гофра между горизонтальной плоскостью, на которой лежит пластина, и наклонной к ней стороной гофра.
Уравнение (144) может быть использовано для пластин с гофрами треугольной, синусоидальной и трапецеидальной формы.