Учебное пособие 1754

91

Для распределительных камер необходимо учитывать потери не только на внезапное расширение и сжатие потока при входе и выходе из камер, но и потери на удар и вихреобразование, зависящие от конфигурации камер.

Для распределительных камер сферической формы

~

где p k F – средняя скорость потока перед фронтом трубной решетки.

Коэффициенты гидравлического сопротивления поворотов потока на 180º в

центральных шестиугольных ζц, кольцевых ζкол и сегментных ζсег сечениях трубного пучка рекомендуется принимать равными 2,0 – 2,5. При повороте потока на 90º соответствующий коэффициент гидравлического сопротивления

92

рекомендуется принимать равным 1,0, при повороте на 45º – равным 0,5. Потеря давления при подходе теплоносителя через центральное отверстие в кольцевой перегородке определится формулой

а расчет потери давления при проходе теплоносителя через зазор между внутренней стенкой корпуса и наружной кромкой дисковой перегородки может быть выполнен по уравнению

где n – число ходов теплоносителя в аппарате; fц – площадь сечения для прохода теплоносителя через отверстие в центре кольцевой перегородки; fкол – площадь сечения для прохода теплоносителя в зоне кольцевых поворотов у наружной кромки дисковых перегородок; f – расчетное сечение трубного пучка.

В (192) и (193) учтено изменение сечений для прохода теплоносителя на рассматриваемых участках, а за расчетную принята средняя скорость теплоносителя в выбранном сечении.

Коэффициенты гидравлического сопротивления кольцевых и серповидных технологических зазоров между стенками отверстий в перегородках и гладкими трубами, а также между стенками корпуса и кольцевыми или сегментными перегородками определяются из выражения

Формула применима при Reδ = υδdδ/ν и δndn = 1,82 ÷ 4,36, где δn – толщина перегородки; dδ – гидравлический диаметр зазора; υδ – скорость течения теплоносителя через зазор.

Для зазора между корпусом и кольцевой или сегментной перегородкой гидравлический диаметр определяется по формуле

93

d Dвн Dпер ,

где Dпер – наружный диаметр перегородки; Dвн – внутренний диаметр корпуса аппарата.

Гидравлический диаметр зазора между трубами и отверстиями в перегородках

для прохода труб с учетом допусков находится по формуле

где Zр – число ребер на участке трубы, по длине, равной толщине перегородки.

При проведении гидромеханических расчетов на этапе предварительного проектирования теплообменного аппарата можно воспользоваться данными табл.

19.

94

7. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

7.1. Гидромеханический расчет теплообменников

При определении полного сопротивления какого – либо устройства в технических расчетах принято суммировать отдельные сопротивления. Такой способ расчета основан на допущении, что сопротивление последовательно включенных элементов равно сумме их отдельных сопротивлений. В

действительности это не так, сопротивление каждого элемента зависит от характера течения среды в предшествующих участках. В частности, например,

сопротивление прямого участка за поворотом значительно выше, чем сопротивление такого же прямого участка перед поворотом. Точное влияние этих факторов может быть установлено лишь из эксперимента. В силу этого в подавляющем большинстве случаев гидравлическое сопротивление теплообменных аппаратов можно рассчитать только приближенно.

В зависимости от природы возникновения движения гидравлические сопротивления движению теплоносителей различают сопротивления трения,

которые обусловлены вязкостью теплоносителя и проявляются лишь в мечтах безотрывного течения, и местные сопротивления. Сказанное справедливо для изотермического потока, однако если движение теплоносителя происходит в условиях теплообмена и аппарат сообщается с окружающей средой, то будут возникать дополнительные сопротивления, связанные с ускорением потока вследствие неизотермичности, и сопротивления, связанные с преодолением гидростатического давления столба теплоносителя.

Таким образом, гидравлическое сопротивление при движении жидкости или газа через теплообменник, определяется формулой

с преодолением гидростатического давления столба теплоносителя, Па.

Так как природа возникновения составляющих сопротивлений в формуле

(196) различна, то и расчет ведется различно. Однако потери давления необходимо выражать в долях единого скоростного напора, вычисленного по какой-либо характерной скорости. Следовательно, при гидромеханическом расчете теплообменнике используется уравнение баланса расходов в аппарате. Например,

гидравлические потери во внутритрубном пространстве кожухотрубного теплообменного аппарата могут быть определены по одной из нижеприведенных формул, в которых расчет ведется либо по средней скорости в трубах Т, либо по

где Твх t d Твых .

Остальные обозначения соответствуют содержанию формул (186) - (191).

При неизотермическом течении теплоносителей движение становится неравномерным вследствие изменения юс плотности, а вместе с тем и скорости.

Это вызывает потерю давления на ускорение потока Ру, которая при течении в канале постоянного сечения равна удвоенной разности скоростных напоров, а

именно

96

Здесь индексом 1 отмечена величина, отнесенные к температуре в начальном сечении, индексом 2 – в конечном и индексом f – к средней температуре

теплоносителя. Для капельных жидкостей Ру не принимается во внимание. В

случае нагревания газа Ру положительно, в случае охлаждения – Ру

отрицательно.

В случае неизотермического течения вынужденному движению нагретого

теплоносителя в нисходящих участках канала противодействует подъемная сила,

направленная вверх. Подавшая сила и равное ей по величине сопротивление Рс

определяется следующим соотношением

где 0, 1 – средняя плотность теплоносителя и окружающего воздуха; h – высота вертикального канала; g - ускорение силы тяжести.

При нисходящем движении теплоносителя значение Pc из формулы (198)

является дополнительным сопротивлением канала, при восходящем же движении нагретого теплоносителя сопротивление канала уменьшается на величину Pc.

В случае использования в качестве теплоносителя газа величина Pc

называется сопротивлением самотяги.

Если теплообменник включен в замкнутую систему (не сообщается с окружающей средой), то Pc = 0.

Формула (196) не учитывает гидравлические сопротивления трубопроводов,

подводящих и отводящих теплоносители. Сопротивление трубопроводов зависит от типа теплообменника, поэтому при использовании формулы (196) необходимо учитывать схему включения теплообменника.

По подсчитанному общему гидравлическому сопротивлению тракта теплообменника определяется мощность, необходимая для перемещения теплоносителя через аппарат.

где Q – обменный расход теплоносителя; М – массовый расход теплоносителя; η –

к.п.д. насоса или вентилятора.

98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленное пособие содержит методики конструктивного и поверочного расчетов низкотемпературных теплообменных аппаратов современных промышленных предприятий. Предназначено для выполнения курсового проекта

(работы) по проектированию и расчету низкотемпературных рекуперативных теплообменных аппаратов.

Приведенный материал является достаточным для изучения физической сущности процессов, протекающих в современных промышленных теплообменниках. Пособие снабжено достаточным справочным материалом.

Пособие может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании, а также при расчете реальных низкотемпературных рекуперативных теплообменных аппаратов и представляет интерес для студентов технических специальностей и инженеров, проектирующих низкотемпературные установки.

99

ББЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, ―Энергия‖, М., 1977.

2.Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий (курсовое проектирование). ―Энергия‖, М., 1970.

3.Домашнев А.Д., Конструирование и расчет химических аппаратов. ―Машиностроение‖, М., 1971.

4.Машины и аппараты химических производств. Под ред. Чернобыльского И.И. ―Машиностроение‖, М., 1975.

5.Берман С.С. Теплообменные аппараты и конденсационные устройства турбоустановок. Машгиз, М., 1959.

6.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. ―Химия‖, М., 1971.

7.Сборник правил и руководящих материалов по котлонадзору. ―Недра‖, М., 1971.

8.Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок. ―Энергия‖, М., 1970.

9.Григорьев В.А. и др. Краткий справочник по теплообменным аппаратам. ГЭИ,

М.-Л., 1962.

10.Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. ―Энергия‖, М., 1972.

11.Каталог-справочник. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты,

ЦИНТИХимнефтемаш, М., 1966.

12.Пери Дж. Справочник инженера-химика. т.1. ―Химия‖, Л., 1969.

13.РТМ 42-69. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность узлов и деталей. Издательство стандартов, М., 1964.

14.Исаченко В.П. и др. Теплопередача. ―Энергия‖, М., 1975.

15.Справочник химика, т.5. ―Химия‖, М.-Л., 1968.

16.Теплотехнический справочник. т.1 и П. Под ред. Юренева Лебедева П.Д. ―Энергия‖, М., 1976.

100

17.Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчетов химической аппаратуры (Справочник). Машгиз, М., 1963.

18.Отраслевой стандарт 26-291-71. Сосуды и аппараты оварные стальные.

Технические требования. Срок введения 1 января 1973. Сб. Паровые котлы,

сосуды паротрубопроводы (сборник официальных материалов), ―Техника ‖, М.,

1972.

19.Раманков П.Г., Носков А.А. Сборник расчетных диаграмм по курсу процессов

иаппаратов химической технологии ―Химия ‖, Л., 1977.

20.Генкин А.Э. Оборудование химических заводов, М., ―Высшая школа‖, 1978.

21.Майоров В.В. Конструктивный расчѐт теплообменных аппаратов непрерывного действия. Учебное пособие. - Воронеж: ВПИ, 1978. – 115 с.

22.лушаков А.Н. Гидродинамика теплообменных аппаратов: Учеб. пособие. –

Воронеж: ВПИ, 1985. – 77 с.

23.Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления, – М.: Недра, 1870. – 215 с.

24.Андреев В.А. Теплообменные аппараты для вязких жидкостей. Основы расчета

ипроектирования. – 2–е изд. перераб. и доп. Л.: Энергия, 1971. – 151 с.

25.Антикайн П.А., ?ронова М.С., Бакластов А.М. и др. Рекуперативные теплообменные аппараты, – М. – Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 232 с.

26.Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева, – М.: Энергия, 1966. – 184 с.

27.Антуфьев В.М., Гусев Е.К., Ивахненко В.В. и др. Теплообменные аппараты из профильных листов. – Л.: Энергия, 1972. – 128 с.

28.Аэров М.Э., Тодео О.М. Гидравлические и тепловые основы работа аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. – Л.: Химия, 1968. – 510 с.

29.Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод)/Под ред.

С.И. Мочана. – 3-е изд. – Л.: Энергия, 1977. – 256 с.

30.Бакластов А.М. и др. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплообменных установок. – М.: Энергоиздат, 1981. – 336 с.

31.Барановский Н.В., Коваленко Л.М., Ястребенецкий А.Р. Пластинчатые и