2 Гидравлический расчет

Гидравлический расчет любого теплообменника проводится с целью определения достаточности давления, создаваемого насосами (компрессорами) для преодоления сопротивлений, возникающих при движении потока через аппарат. Расчетные значения гидравлических сопротивлений при этом не должны превышать допускаемых (∆Р <∆Р_доп). В учебных расчетах допускаемую потерю давления можно задавать.

Расчет гидравлических сопротивлений, возникающих при движении потока в теплообменниках, проводят при различных вариантах подачи рабочей среды.

В общем виде расчет гидравлического сопротивления можно проводить по оценке потери давления , или потере напора Н_П , что совершенно равнозначно, т.к.

2.1 Расчёт гидравлических сопротивлений трубного пространства

В трубное пространство подаётся уксусная кислота, гидравлическое сопротивление трубного пространства находят по формуле [6]:

∆Р=∆Р1 + z·(∆Р2+∆Ртр+∆Р3)+ ∆Р4

где ∆Р1 – потеря давления при входе потока в распределительную камеру;

∆Р2 – потеря давления при движении из камеры в трубы;

∆Р3 – потеря давления на выходе потока из труб;

∆Р4 – потеря давления при входе потока в штуцер;

∆Ртр – потеря давления на трение в трубах; z – число ходов в трубном пространстве.

Составляющие ∆Р₁–∆Р₄ находят по общей формуле:

где ξi – коэффициенты местных сопротивлений на соответствующем участке (из таблицы IV. 3[6]);

ξ1= ξ2 =1; ξ3 = 1,5; ξ4 = 0,5.

ωi – скорость движения теплоносителя на соответствующем участке.

Скорость потока на входе и на выходе (участки 1, 4) определяется исходя из диаметра присоединительного штуцера; т.к. уксусная кислота меняет свое агрегатное состояние из жидкости в пар, то диаметр штуцера рассчитаем по формуле и примем соответственные скорости:

Рассчитаем объемные расходы:

Вход потока в распределительную камеру (первый штуцер):

Вход потока в штуцер (выход из теплообменника):

Примем для жидкого потока 2 м/с, а парового – 30 м/с. Это максимальное рекомендуемое значение скорости с учетом агрегатного состояния потока [9].

Рекомендуемая скорость рассчитывается по уравнению:

, где d_ш – диаметр штуцера (м);

Если взять стандартные диаметры штуцеров:

d_ш1= 0,05 м;

d_ш4= 0,25 м;

Тогда скорости на входе и выходе из штуцера будут соответственно равны:

28,1 м/с

Скорость потока в трубах:

,где fтр= 530 мм - площадь проходного сечения трубного пространства выбранного аппарата [4]

Потери давления на разных участках пути движения теплоносителя:

где рассчитывается с помощью Re:

При ламинарном режиме (Re<2300):

Тогда гидравлическое сопротивление трубного пространства составит:

∆Р = 809,24 + 1 ∙ (0,01+ 0,25 +0,02) + 346,43= 1157Па

2.2 Гидравлический расчет межтрубного пространства

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства, в которое подаётся пар, находится по уравнению [6]:

∆Р`= ∆Р6 + (l / ln) · ∆Рмт + (l / ln - 1) · ∆Р7 + ∆Р8

где ∆Р₆ – потеря давления при входе потока в межтрубное пространство;

∆Р₇ – потеря давления при огибании потоком перегородки;

∆Р₈ – потеря давления при выходе потока из межтрубного пространства;

∆Р_мт – потеря давления на трение в одном ходе межтрубного пространства;

l – длина труб испарителя, м;

l_П = 0,5· D = 0.5 ∙ 0,6 = 0,3 м – расстояние между перегородками;

l / l_П = 2 / 0.3 = 6.6– число ходов в межтрубном пространстве,

Коэффициенты местных сопротивлений при движении потока в межтрубном пространстве составят: ξ₆ = ξ₇ = ξ₈ = 1,5 (таблица IV.3 в приложении [4]).

где ω_{мтр шт} = ω7 - скорость теплоносителя в межтрубном пространстве,м/с;

ω₇ – скорость движения потока в вырезе перегородки, м/с;

f_П – площадь сечения выреза в перегородке м/с;

Скорость потока в межтрубном пространстве:

S_МТР= f_п =4,0·10^-2 м² -наименьшее сечение потока в межтрубном пространстве

ρ_пар= 0,3456 кг/м³ – плотность греющего пара по таблице LVI [1].

Найдем потери напора в межтрубном пространстве:

Потери давления на трение в межтрубном пространстве:

– коэффициент трения в межтрубном пространстве, зависящий от размещения труб и числа рядов труб:

- при размещении труб по вершинам треугольников:

Критерий Рейнольдса для межтрубного пространства:

– число рядов труб

где плотность греющего пара найдена по таблице 2.1 [6];

вязкость греющего пара найдена по 1.6 [6].

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства, в которое подаётся пар:

∆Р`= + (2 / 0,3)·155 + (2 / 0,3 - 1) + = 6394 Па