Решение.

Избыточное давление в монтежу расходуется:

• на подъём метанола: ;

• на сообщение потоку кинетической энергии: ;

• на трение: ;

• на местные сопротивления: .

Потери давления на подъём метанола: .

Скорость метанола: .

Скоростные потери давления: .

Критерий Рейнольдса: .

Коэффициент Дарси для гидравлически гладких труб рассчитываем по формуле Блазиуса:

.

Коэффициент сопротивления трения: .

Потери давления на трение: .

Таблица местных сопротивлений [1, табл. XIII]:

Название местного сопротивления	Коэффициент сопротивления	Количество сопротивлений
Вход в трубу (с закруглёнными краями) Нормальный вентиль Колено (угольник) Диафрагма Выход из трубы	0,2 ≈ 4,7 1,1 ≈ 11,5 1	1 1 3 1 1
Сумма местных сопротивлений ξмс		20,7

Расчёт коэффициента сопротивления диафрагмы: .

Потери давления на местные сопротивления:

.

Общие (суммарные) потери давления:

.

Минимальное избыточное давление в первой ёмкости (в монтежю):

.

Задача 25.

Определить гидравлическое сопротивление двухходового кожухотрубчатого теплообменника при движении через него 40%-го (масс.) раствора этанола. Средняя температура раствора 45°С. Скорость движения этанола в трубах 0,5 м/с. Внутренний диаметр труб 50 мм, длина труб 3 м. Число труб 60. Диаметры штуцеров 100 мм. Трубы стальные с незначительной коррозией.

Решение.

Плотность раствора этанола: [1, табл.IV].

Вязкость раствора этанола: [1, табл.IX].

Критерий Рейнольдса: .

Абсолютная шероховатость: [1, табл.XII].

Относительная шероховатость: .

Коэффициент гидравлического трения (формула Кольбрука):

.

Коэффициент сопротивления трения: .

Потери давления на трение: .

Таблица местных сопротивлений [1, с. 55]:

Название местного сопротивления	Коэффициент сопротивления	Количество сопротивлений
Вход в камеру (входной штуцер) Вход в трубчатку Выход из трубчатки Поворот на 180° Выход из камеры (выходной штуцер)	1,5 1,0 1,0 2,5 1,5	1 2 2 1 1

Расчёт скорости в штуцерах:

.

Сумма коэффициентов сопротивления штуцеров: .

Потери давления на местные сопротивления штуцеров:

.

Сумма коэффициентов сопротивления теплообменника: .

Потери давления на местные сопротивления теплообменника:

.

Потери давления на местные сопротивления:

.

Слишком высокие потери давления в штуцерах из-за малого их диаметра, для их снижения увеличим диаметр штуцеров до 200 мм.

...

Потери давления в теплообменнике: .

Задача 26.

Вода при температуре 20°С движется по цилиндрическому змеевику из нижней ёмкости в верхнюю со скоростью 1 м/с. Характеристики змеевика: диаметр витка 1 м, число витков 10, шаг витка 0,1 м, диаметр трубы 50×2,5 мм. Избыточное давление в нижней ёмкости 1,5 ати. Определить избыточное давление в верхней ёмкости. Трубы змеевика стальные с незначительной коррозией.

Решение.

Высота змеевика: .

Потери давления подъём: .

Скоростные потери давления: .

Критерий Рейнольдса: .

Относительная шероховатость: .

Коэффициент Дарси прямой трубы (формула Кольбрука):

.

Критическое число Рейнольдса: .

Коэффициент Дарси змеевика: .

Распрямив поверхность цилиндра, образованного змеевиком, получимnпрямоугольных треугольников, малый катет которых равен шагу витка змеевика, а большой катет равен длине окружности в основании цилиндра. Длина змеевика, таким образом, будет равна сумме гипотенуз этих треугольников, а квадрат гипотенузы в прямоугольном треугольнике равна сумме квадратов катетов. Отсюда длина змеевика выражается соотношением:

.

Коэффициент сопротивления трения: .

Потери давления на трение: .

Общие (суммарные) потери давления:

.

Избыточное давление в верхней ёмкости: .

Семинар 7.