5.Гидромеханический расчет тоа

Цель гидравлического расчета теплообменного аппарата - определение величины потери давления теплоносителей при их движении через соответствующие полости аппарата.

Величина гидравлического сопротивления определяет необходимый расход энер­гии (мощность) на перемещение теплоносителей.

При проектировании теплообменных аппаратов необходимо стремиться к тому, чтобы с одной стороны, расход энергии при перемещении теплоносителей был мини­мальным при максимально возможной величине теплового потока, передаваемого в теплообменнике, т.е. чтобы отношение Q / N было максимальным, а с другой сто­роны, чтобы стоимость теплообменной поверхности была минимальной.

Гидравлическое сопротивление складывается из двух составляющих: потери на­пора на преодоление трения и потери напора на преодоление местных сопротивлений

(5.1)

где ΔP_тр, Па - сопротивление трения;

Δ_Pмс , Па -местные сопротивления.

Сопротивление трения обусловлено физическими свойствами теплоносителей, состоянием поверхности и длиной канала. Сопротивление трения при движении жид­кости в прямом гладком канале определяется по формуле

(5.2.)

где L, м - длина канала;

d_э, м - эквивалентный диаметр канала;

ω, м/с - средняя скорость движения жидкости;

ρ, м³/кг- плотность жидкости;

λ – коэффициент гидравлического трения ;

g, м²/с²- ускорение свободного падения.

При ламинарном режиме течения (Re < 2300) коэффициент трения определяется по формуле Пуадейля

(5.3)

При турбулентном режиме (Re > 2300) коэффициент гидравлического трения определяется по эмпирической формуле Блазиуса

(5.4)

Указанные зависимости (5.3) и (5.4) справедливы только для невязких жид­костей.

Для расчетов коэффициентов гидравлического трения при движении вязких жидкостей рекомендуют следующую эмпирическую зависимость:

(5.5)

где А = 0.0111÷0.0175.

Эта зависимость справедлива при числах Rе = 4·10³ 1·10⁵

В практических расчетах коэффициент гидравлического трения для вязких жидкостей определяют по формуле:

(5.6)

Местные потери напора (ΔР_мс) представляют собой арифметическую сумму от­дельных сопротивлений, возникающих при проходе рабочей среды в аппарате вслед­ствие сужений, расширений, поворотов и т.п.

(5.7)

В свою очередь

(5.8)

Таблица 2

Значения местных сопротивлений в охладителях и подогревателях жидкостей

N п.п	Вид местного сопротивления	Коэффициент сопротивления
1	Входная и выходная камеры	1.5
2	Поворот на 180и внутри камеры при переходе из одного пучка трубок в другой	2.5
3	Поворот на 180° при переходе из одной секции в другую через колено	2.0
4	Поворот на 180о и около перегородки в межтрубном пространстве	1.5
5	Поворот на 180° в U-образной трубке	0.5
6	Огибание перегородок, поддерживающих трубки	0.5
7	Вход в трубное пространство и выход из него	1.0
8	Вход в межтрубное пространство	1.5
9	Круглые змеевики (n-число витков)	0.5
10	Поперечное омывание трубок в межтрубном пространстве ( – число рядов трубок, омываемых поперечным потоком)

Полное гидравлическое сопротивление полости аппарата определяется по формуле

(5.9)

Полученные по формуле (5.9) потери давления не должны превышать величины гидравлических сопротивлений, оговоренных техническим заданием. Низкие значе­ния сопротивлений свидетельствуют о том, что аппарат спроектирован нерацио­нально. В этом случае необходимо пересмотреть геометрические размеры аппарата и повысить скорости теплоносителей. Следует иметь ввиду, что чем больше ско­рость теплоносителя, со стороны которого ожидается меньшая величина коэффи­циента теплоотдачи, тем больше α, а следовательно иR, тем меньше необходимая площадь поверхности теплообмена.