гидравлический комплекс
.pdfТаблица 1. Опытные данные и результаты расчёта на прямом участке трубы. (dвн 22 мм)
|
|
Опытные данные |
|
Результаты расчётов |
|
|
||||||
|
Расход |
|
|
|
|
|
Коэффициент |
|||||
|
|
Скорость |
Критерий |
|
гидравлического |
|||||||
|
жидко |
|
|
|||||||||
|
|
|
сопротивления |
|||||||||
|
сти Vч |
Перепад |
жидкости |
Рейнольдса |
|
|||||||
№ |
|
м3 |
давления |
в трубе |
Re |
W d |
|
по |
|
|
|
|
|
|
форм. |
|
|
|
|||||||
|
|
Р, кПа |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
W, м/с |
|
|
|
(2) |
|
расч |
Расхожде |
|
|
|
час |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
опыт |
|
Г |
ние, %% |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2В. Опытные данные и результаты расчёта на местном сопротивлении «Вентиль».
|
Опытные данные |
|
|
Результаты расчётов |
|
||||||
|
Пере |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффи- |
|
|
|
пад |
|
|
|
Ско- |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
циент |
Литера- |
|||
|
давл |
|
|
|
рость |
Скорост |
|||||
|
|
|
|
местного |
турные |
||||||
|
ения |
Расход |
жидко |
|
ной |
||||||
№ |
|
сопротив- |
значения |
||||||||
Р |
жидкос |
сти в |
напор |
||||||||
ления |
вент |
||||||||||
|
, |
ти |
трубе |
W2 , м |
|||||||
|
(опытный |
||||||||||
|
кПа |
Vч м3 |
W, |
|
2g |
|
|
||||
|
|
) вент |
|
||||||||
|
|
|
час |
|
м/с |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21
http://www.mitht.ru/e-library
Таблица 2Д. Опытные данные и результаты расчёта на местном сопротивлении «Диафрагма».
|
Опытные данные |
|
Результаты расчётов |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Скоро |
Коэффи |
|
||
|
|
Расход |
|
стной |
|
||||||
|
Перепад |
|
циент |
|
|||||||
|
жидкос |
Скорость |
напор |
|
|||||||
|
местного |
Литерат |
|||||||||
|
давления |
ти Vч, |
жидко |
W 2 |
|||||||
№ |
сопроти |
урные |
|||||||||
Р , кПа |
|
м |
3 |
|
сти в |
|
|
, |
вления |
||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
трубе |
|
2g |
значения |
|||
|
|
|
|
|
|
(опытн |
диаф |
||||
|
|
|
час |
||||||||
|
|
|
W, м/с |
|
м |
||||||
|
|
|
|
ый) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диаф |
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача 2. Гидравлическое сопротивление теплообменника.
2.1. Расчёт перепада давления в трубном пространстве теплообменника.
Площадь поперечного сечения трубного пространства:
fтр |
n |
d2 |
м2 , |
|
|||
|
4 |
|
где п – число трубок в теплообменнике (п = 13), d – внутренний диаметр трубки (dвн 0,006 м).
22
http://www.mitht.ru/e-library
Таблица 3. Опытные данные и результаты расчёта гидравлического сопротивления в трубном пространстве
теплообменника.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура жидкости t 0С |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вязкость жидкости |
|
Па с |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность жидкости |
|
кг |
3 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Опытные данные |
|
|
|
|
|
|
Результаты расчётов |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
Сечение |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффици |
|
|
Расч. |
|
|
|
|
||||||||
|
Расход |
Перепад |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ент |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
жидко |
|
всех |
|
|
|
|
|
|
|
гидравлич |
|
перепад |
Расхождение |
||||||||||||||
№ |
давлени |
|
Скорость |
Критерий |
|
|||||||||||||||||||||||
сти Vч |
я |
трубок |
Рейноль |
|
|
еского |
|
|
|
давления |
|
( Рр Роп) |
||||||||||||||||
|
|
м3 |
, |
f |
|
, м2 |
жидкости |
дса Re |
|
|
сопротивл |
|
Р |
расч |
|
|
|
100% |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Ропыт |
|
тр |
|
в трубах |
|
|
|
ения Г |
|
|
|
м.тр. |
|
Рр |
|
|
||||||||
|
|
час |
Па |
|
|
|
W, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, Па |
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Скорость течения жидкости в трубах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
теплообменника рассчитывается из уравнения расхода: |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
V |
|
|
м |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
тр |
|
|
fтр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
м3 |
|
|
|
|
|
||
|
где V – объемный расход жидкости; V |
|
ч |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3600 |
|
с |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Критерий Рейнольдса для жидкости в трубах: |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Re |
Wтр d |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
и – соответственно, плотность (кг |
|
3 ) и |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
динамическая вязкость жидкости (Па с); находятся по |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
http://www.mitht.ru/e-library
справочникам в зависимости от температуры жидкости. В зависимости от полученного значения критерия Reпо одной из формул (1) (4) вычисляют коэффициент
гидравлического сопротивления Г .
Определяют расчётное значение Ртр по формуле:
расч |
|
|
2 |
|
|
|||
|
|
|
l |
|
W |
[Па] |
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||||
тр |
|
Г |
|
d 2 |
оп . |
|||
Сравнивают его с опытным значением Р |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
тр |
2.2. Расчёт перепада давления в межтрубном пространстве теплообменника.
Площадь поперечного сечения для прохода жидкости в межтрубном пространстве равна (см. рис. 2):
fм.тр |
|
Dв2 |
n |
dн2 |
|
|
Dв2 n d |
н2 , |
|
|
|
||||||
|
4 |
4 |
4 |
|
|
где Dв – внутренний диаметр кожуха теплообменника, Dв = 0,108 м; dн – наружный диаметр трубы (dн = 0,008 м), п
– число труб в теплообменнике (п = 13).
Скорость жидкости в межтрубном пространстве теплообменника:
Wм.тр. |
|
V |
|
м |
, |
|
|
|
|
fм.тр. |
|
|
|
|
|||||
|
|
с |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
V |
м3 |
|
|
где V – объемный расход жидкости; V |
|
ч |
|
|
. |
||||
|
с |
||||||||
|
|
|
|
|
3600 |
|
|
Эквивалентный диаметр при течении жидкости в межтрубном пространстве рассчитывается по формуле:
dэ 4 fм.тр. [м],
П
24
http://www.mitht.ru/e-library
где П – смоченный периметр канала. В данном случае
П Dв n dн .
Критерий Рейнольдса Re при течении жидкости в межтрубном пространстве:
Re Wм.тр. dэ ,
где и – соответственно, плотность (кгм3 ) и
динамическая вязкость жидкости (Па с); находятся по справочникам [1].
В зависимости от полученного значения критерия Reпо одной из формул (1) (4) вычисляют коэффициент гидравлического сопротивления Г .
Определяют расчётное значение Ртр по формуле:
2
Pмрасч.тр. Г l Wм.тр.
d 2
И сравнивают его с опытным значением Роп .
25
http://www.mitht.ru/e-library
|
|
|
|
Таблица 4. Опытные данные и результаты расчёта |
|
|||||||||||
|
|
гидравлического сопротивления в межтрубном |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
пространстве теплообменника. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура жидкости t 0С |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вязкость жидкости |
Па с |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность жидкости |
кг |
3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опытные |
|
|
|
Результаты расчётов |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Переп |
|
|
|
Крит |
Коэффиц |
|
|
|
|
|
|
|
Расход |
|
ад |
|
Сече |
Скорость |
ерий |
иент |
|
Расхождение |
||||||
|
жидк |
|
давле |
|
ние |
Рейн |
гидравли |
Расч. |
||||||||
№ |
|
|
жидко |
|
( Рр Роп) |
|
||||||||||
ости |
|
ния |
|
всех |
сти в |
ольд |
ческого |
перепад |
|
|
|
100 % |
||||
|
Рр |
|
||||||||||||||
|
|
Vч |
|
Ропыт |
|
трубок |
трубах |
са |
сопротив |
давления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м3 |
|
|
, Па |
|
fтр , |
W, м/с |
Re |
ления Г |
Рмрасч.тр. |
|
|
|
|
|
|
|
час |
|
|
|
м2 |
|
|
|
, Па |
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача 3. Гидравлическое сопротивление тарелок
Общее гидравлическое сопротивление одной тарелки любого типа (ситчатой, колпачковой и др.) выражается суммой:
р= рс+ рσ+ рж [Па] где рс — потеря напора газа на преодоление местных
26
http://www.mitht.ru/e-library
сопротивлений на сухой (неорошаемой) тарелке; рσ — сопротивление вызываемое силами поверхностного натяжения; рж — статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке.
При этом
р |
|
|
w2 |
|
|
|
с |
0 |
г |
||||
2 |
||||||
|
|
|
где ξ — коэффициент сопротивления; ρг — плотность газа (воздуха) [кг/м3]; w0 — скорость воздуха в наиболее узком сечении для прохода газа (отверстия ситчатых тарелок и т.п.), [м/с]. При известной скорости воздуха в свободном сечении колонны wг скорость w0 находится из уравнения неразрывности (сплошности) потока с учётом доли
отверстий тарелки: w |
w fа |
. |
|
||
0 |
f0 |
|
|
Свободное сечение прямоугольного аппарата (см. основные характеристики колонны КТ и чертёж ситчатой тарелки на рис. 5) составляет fa = 0,3 · 0,1 = 0,03 м2
Таблица 5. Опытные данные и результаты расчёта гидравлического сопротивления ситчатой и колпачковой тарелок.
|
|
|
Опытные данные |
|
|
Результаты расчётов |
|
||||||||
|
Расход |
|
р, кПа |
ркол |
|
Расхожде |
|
руст |
Расхождение |
||||||
|
жидко |
|
|
|
|||||||||||
№ |
Расход |
Одной |
Всей |
п |
|
ние |
|
кПа |
|
( Рр Роп) |
|
||||
сти Vч |
возд. |
колп. |
установ |
кПа |
|
|
оп |
|
|
|
|
100 % |
|||
|
|
|
|
Рр |
|||||||||||
|
|
м3 |
|
ки |
|
( рколп |
рколп) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
Vв |
тарелки |
|
|
рколпоп |
|
|
|
|
|||||
|
|
час |
м3/ч |
рколпоп |
ропуст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
http://www.mitht.ru/e-library
2.
…
Таблица 5к. Результаты расчёта гидравлического сопротивления колпачковой тарелки
|
|
|
Сопротивл |
Сопротивление |
Перепад |
Полное |
|
Скорость |
Скорость |
ение сухой |
за счёт |
давления |
(расчётное |
|
газа в |
газа в |
(неорошае |
поверхностн |
за счёт |
) значение |
|
свободном |
кольце |
мой) |
ого |
слоя |
перепада |
№ |
сечении |
вом |
тарелки |
натяжения |
жидкости |
давления |
аппарата |
простр |
рс |
рσ |
на тарелке |
на тарелке |
|
|
wг |
анстве |
Па |
Па |
рж |
рколп = |
|
м/с |
wо |
|
|
Па |
рс + рσ |
|
|
м/с |
|
|
|
+ рж |
|
|
|
|
|
|
Па |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
28
http://www.mitht.ru/e-library
Таблица 5с. Результаты расчёта гидравлического сопротивления ситчатой тарелки.
|
Скорость |
Скорость |
Сопротивл |
Сопротивл |
|
Полное |
|
газа в |
ение сухой |
ение за |
Перепад |
(расчётное) |
|
|
газа в |
отверсти |
(неорошае |
счёт |
давлен |
значение |
|
свободном |
ях |
мой) |
поверхност |
ия за |
перепада |
|
сечении |
|||||
|
тарелки |
тарелки |
ного |
счёт |
давления |
|
№ |
аппарата |
wо |
рс |
натяжения |
слоя |
на |
|
wг |
м/с |
Па |
рσ |
жидкости |
тарелке |
|
м/с |
|
|
Па |
на |
рсит = |
|
|
|
|
|
тарелке |
рс + рσ |
|
|
|
|
|
рж |
+ рж |
|
|
|
|
|
Па |
Па |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь отверстий для прохода газа в ситчатой тарелке, имеющей 73 отверстия диаметром d0 = 5 мм составляет:
|
|
d2 |
0,0052 |
0,001433 м2 |
||||
f0 =73 |
|
0 |
73 |
|
|
|||
|
4 |
4 |
||||||
Доля сечения для прохода пара в ситчатой тарелке |
||||||||
составляет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fа |
|
0,001433 |
|
||||
|
f0 |
|
0,03 |
|
= 0,0478 или 4,78 % |
Для колпачковой тарелки в соответствии с размерами (см. рис. 6) наиболее узким местом прохода воздуха является кольцевое пространство между колпачком и патрубком. Величина f0 в этом случае составляет
29
http://www.mitht.ru/e-library
|
(0,0462 0,0382 ) 5,28 10 4 м2 |
f0 = 4 |
Коэффициенты сопротивления ξ сухих тарелок имеют следующие ориентировочные значения [3]:
Колпачковые тарелки |
|
|
с |
круглыми |
4 — 5 |
|||||
колпачками |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ситчатая тарелка со свободным сечением |
1,85 |
|||||||||
отверстий до 10 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность воздуха зависит от температуры t и |
||||||||||
рассчитывается по формуле |
|
|
|
|
|
|||||
ρг = |
29 |
|
|
|
273 кг |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
22,4 |
|
273 t |
3 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
Сопротивление, вызываемое силами поверхностного |
||||||||||
натяжения |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
р |
|
[Па] |
|
|
||||||
dэ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где σ — поверхностное натяжение на границе раздела воздух – жидкость (вода) [Н/м]; dэ — эквивалентный диаметр для прохода газа через отверстия тарелки [м].
Значения поверхностного натяжения для воды при различных температурах t можно найти в справочниках, например [1].
Для ситчатых тарелок с отверстиями d0 эквивалентный диаметр dэ = d0.
В случае колпачковых тарелок при полном открытии прорезей
4 fпр
dэ П
где fпр = hпр · b — площадь свободного сечения [м]; b — ширина прорези [м]; hпр — высота прорези [м]; П —
30
http://www.mitht.ru/e-library