Гидродинамический расчет т/о аппаратов. Основные геометрические характеристики, определение проходных сечений и скоростей теплоносителей

Основной задачей гидродинамического расчета т/о аппаратов является определение потери давления теплоносителя при прохождении его через аппарат.

При течении жидкости всегда возникают сопротивления, препятствующие движению. На преодоление этих сопротивлений затрачивается механическая энергия, пропорциональная перепаду давления ΔР. Сопротивления разделяются на трения и местные сопротивления.

Гидравлическое сопротивление трения обуславливается вязкостью жидкости и проявляется лишь в местах безотрывного течения жидкости вдоль твердой стенки. При этом сила давления равна силе трения, т.е. ΔР_т∙f=S∙F, откуда ΔР_т= , где S - касательное напряжение (S= ), это означает, что чем больше вязкость протекающей жидкости, тем больше сопротивле­ние).

Кроме того, сопротивление зависит от скорости w. Если скорость ниже критической, то сопротивление пропорционально первой степени скорости; если же скорость выше критической, то сопротивление пропорционально квадрату скорости.

Потери давления на преодоление сил трения при течении несжимаемой жидкости в каналах на участке безотрывного движения в общем случае рассчитывается по формуле:

,

где ℓ - полная длина канала, м;

d - гидравлический (эквивалентный) диаметр, d= (f- поперечное сечение канала; u-периметр поперечного сечения) м;

λ- коэффициент потерь на трение;

ρ - средняя плотность жидкости или газа в канале, кг/м³;

w - средняя скорость жидкости или газа в канале, м/с.

В практических расчетах поправка λ₀ обычно несущественна и потери давления в трубах и в каналах определяются по формуле:

ламинарный λ=64/Re; Re = ;

Для гидравлических гладких труб – формула Альтшуля

Местные сопротивления обуславливаются вихреобразованием в местах, где меняется сечение канала и преодолеваются отдельные препятствия, например, при входе, выходе, сужении, расширении, повороте и т.д.

Потери давления местных сопротивлений определяются по формуле:

где

- коэффициент местного сопротивления, выбирается от вида местного сопротивления.

Кроме того, при неизотермическом движении газов движение становится неравномерным при изменении их плотности, а вместе с тем и скорости. Это вызывает дополнительную потерю давления на ускорение газа ΔР_н , которая при движении в канале постоянного сечения равна удвоенной разности давлений: ΔР_н = ρ₂ ∙ w₁²- ρ₁ ∙ w₂².

При неизотермическом движении также появляется сопротивление самотяги, возникающее из-за того, что вынужденному движе­нию нагретой жидкости в нисходящих участках канала препятствует подъемная сила, направленная вверх. Подъемная сила и равная ей по значению сопротивление самотяги определяется по формуле:

где

ρ₀ - средняя плотность холодной жидкости, например, окружающего воздуха, кг/м³;

ρ - средняя плотность нагретой жидкости, например, дымовых газов, кг/м³;

h ₀ - высота вертикального канала – газохода (если поток не исходящий, то дополнительное сопротивление канала; при восходящем же движении нагретой жидкости сопротивление канала уменьшается на величину ΔР_с).

При определении полного сопротивления какого-либо устройства в технических расчетах принято суммировать отдельные сопротивления.

Полное гидравлическое сопротивление теплообменных устройств равно:

ΔР_п = ΣΔР_тр+ ΣΔР_м+ ΣΔР_н+ ΣΔР_с , где

ΔР_тр- потери напора на трение; ΔР_м- на местные сопротивления; ΔР_н - потери в следствии неизотермического течения; ΔР_с - потери самотечения.

Скорости теплообменных аппаратов:

Для латуни w_max=2-2,2 м/с; для медно-никелевых сплавов w_maх=2,5-2,7 м/с; для нержавейки w_max⁼4,5 м/с; для титана w_maх= 5 м/с; При морской воде скорости принимают на 10-15 % меньше.

Определив полное гидравлическое сопротивление и зная расход жидкость, легко определить мощность, необходимую для пере­мещения рабочей жидкости через аппарат.

Мощность на валу насоса или вентилятора определяется по формуле:

Вт, где

V - объемный расход теплоносителя, м³/с;

М - массовый расход теплоносителя, кг/с;

ΔР-полное сопротивление потери давления, Па;

η - кпд насоса или вентилятора.

Основные геометрические характеристики.

При заданном расходе теплоносителя G,кг/с, и выбранной скорости его движения w, м/с внутри пучка труб количество труб в тепло­обменнике:

N_p= шт.

расчетная поверхность теплообмена кожухотрубного аппарата:

F=π∙d_ср∙ℓ_р∙N_р, где

ℓ_р - рабочая длина труб, м;

d_ср- расчетный диаметр труб, равный d_ср=0,5 ∙ (d_н+d_вн);

σ_тр

_{Error: Reference source not found}

σ_п

σ_тр - толщина трубки, м;

σ_п - толщина перегородки, м;

ℓ_d- действительная длина трубки, равная рабочей длина,м; ℓ_d =ℓ_р ∙ σ_п∙п + 2∙ σ_{тр. доски}, ,м;

n - число перегородок, шт.

Толщину трубной решетки принимают из условий развальцовки труб: для стальной σ_мин ^р =(5 )∙d_н , мм; для медной σ_мин ^р =(10 )∙d_н , мм.

После выбора обязательна проверка на прочность.

Определение проходных сечений и скоростей теплоносителя.

Зачастую для определения числа Re или проходных сечений Rе= .

Кожухотрубные аппараты: d_э= 4 площади поперечного сечения к смоченному параметру ν.

Если поток течет внутри трубок, то d_э=d_вн, а если в межтрубном пространстве то d_э= эквивалентному диаметр межтрубного пространства.

_t

Скорость потока: N_х- число трубок в одном ходе,шт..

Все физические параметры теплоносителя, входящие в число Re. зависят от t и очень слабо от Р, средней t:

№ 28