Тепловые, гидродинамические и физико-химические процессы в пг

Гидродинамические процессы наиболее важны. От них зависят тепловые и физико-химические процессы. Гидродинамика и теплообмен определяют конструкции ПГ с технико-экономической точки зрения.

Под гидродинамическими процессами понимается следующее:

1. Скорость движения сред в трубах и межтрубном пространстве зависит от движущего напора и гидравлического сопротивления.

2. Режим течения характеризуется числом Re.

3. Гидравлическое сопротивление тракта, которое зависит от числа Re, шероховатости труб и местных сопротивлений.

4. Гидравлическая разверка – это различия гидравлических сопротивлений в трубах разной длины, соответствующие при одинаковом движении напора в трубах разной длины, различаются расходы и равная разностная температура среды на выходе разных трубок. Это приводит к неодинаковости теплового потока и возможности пережога труб высокотемпературных трубопроводов.

Рассмотрим две конструкции ПТО.

Теплообменник кожухотрубный.

Потери давления в трубах ПТО:

С одной стороны, для всех труб const.

С другой стороны- движущий напор «Закон Ома» для гидравлики:

, где

- разность потенциалов,

Gv- ток в трубе,

R– гидродинамическое сопротивление трубки.

Схема 1.

l_трубсильно различается

Gv- сильно различается,

разверка большая.

_{, ;}(maxиmin)-трубаmaxиminдлины.

Схема 2.

Более совершенна, т.к. гидравлическая разверка меньше.

5. При организации парообразований внутри труб существует нестабильные гидродинамические условия в параллельно включенных каналах. Это приводит к пульсации расходов, как между параллельными трубами, так и по всей ПТО в целом, т.е. расход то увеличивается, то уменьшается. Уменьшение расхода приводит к увеличению (температуры стенки) t_сттрубки, а что приводит к пережогу и возникаю вибрации, что ведёт к уменьшению надёжности ПТО. Знание гидродинамики 2^хфазной среды в обогревательных каналах необходимо, чтобы предотвратить пульсации.

6. При организации кипения в большом объёме (в корпусных ПГ(ИСП) и в БС) требуется рассчитывать также гидравлические сопротивления контура с ЕЦ, от которого зависит движущий напор и расход в контуре с ЕЦ. G_ецдолжен быть достаточно, чтобы обеспечивать требуемую кратность циркуляции:

; требуемая , где- на выходе ПТО,< х_кр

0,9950,997 (такая требуется).

G_ец – зависит от гидравлического сопротивления при барботаже, т.е. прохождения паровой фазы сквозь толщину водяной фазы ([barb]- пузырь).

7. Процесс осушки пара при гравитационной сепарации. Нужно уметь рассчитывать требуемую высоту парового пространства для получения на выходе необходимой степени сухости, которая достигается за счёт осушки влажного пара или сепарации.

Сопротивление движению однофазного потока в поверхностях теплообмена.

Случай 1.1.

Движение внутри каналов (или параллельно включенных труб). Надо знать потерю давления в трубе. Общая потеря давления в трубке ПТО:

- потеря давления в результате трения движущей среды о степени канала.

; - коэффициент трения,- отношение длины/диаметру

 - скорость, - плотность среды.

- суммарная потеря на местных сопротивлениях (изгибы, повороты, переход на другой внутренний диаметр, различные дроссельные шайбы и т.д.).

- гидравлическая потеря давления.

* [], где

*удобнее записать через расход, чему равноR?

выразим подставим в (*) и получим:

Мы получили комплекс гидравлического сопротивления

Вывод: 1) Закон Ома для гидравлики является нелинейным, т.к. зависит от расхода.

2) Под d- понимается внутренний диаметр труб, а подd_эквпонимается:

, где

f- проходное сечение канала,

П – омываемый периметр канала.

Если движение в межтрубном пространстве, то в качестве канала выделяется ячейка.

Наиболее удобная формула для гидравлических потерь:

, где

- эта формула даёт связь расхода с потерей давления.

P_г - иногда называют «гидравлическим сопротивлением» - этоНеверно!– гидравлические потери давления, обусловленные потерямиR– гидравлическим сопротивлением!

заданы потенциалы: Р_i(i- узлы), требуется найтиG_j(j– ветви гидравлической сети)

АПЭН 350%G_номиз них 2^арабочих, 1- резерв (для ветвей должно быть известноR)

Р_уск - «сопротивление» движения потока в обогреваемом канале, которое связано с изменением удельного объёма среды при нагреве.

**[Па]

Если , то происходит нагрев.

Если , то поток ускоряется (особенно при парообразовании).

- (нивелирное «сопротивление»), связано с подъёмом и опуском потока, если высотные отметки входа и выхода канала различаются.

***[Па], то есть общий перепад давлений на ПТО, определяется расход.

- зависит от вида жидкости, режима течения и состояния стенок (шероховатости). , для режимов сRe>Re_{переходн}

,

при Re>Re_перполучается, чтозависит только от шероховатости- в мм.

Если Re<Re_перполучается, чтозависит от числаRe^0,8или^0,8.