Расчет гидравлического сопротивления аппарата

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

(6.3)

Для каждого из пространств теплообменного аппарата (трубное и межтрубное пространство), существуют свои определенные особенности расчета гидравлического сопротивления, обусловленные спецификой конструкции и условиями взаимодействия потока и канала.

6.3.1 Трубное пространство

В трубном пространстве перепад давления определяют по формулам:

(6.4)

(6.5)

где — коэффициент трения;

и — соответственно длина и эквивалентный диаметр трубопровода;

— сумма коэффициентов местных сопротивлений;

— плотность жидкости или газа;

- скорость жидкости или газа в трубах.

Эквивалентный диаметр определяют по формуле:

(6.6)

где - площадь поперечного сечения потока, м²;

- полный смоченный периметр.

Скорость жидкости в трубах определяется по уравнению:

(6.7)

где - число ходов в теплообменнике.

Формулы для расчета коэффициента трения зависят от режима движения и шероховатости трубопровода.

При ламинарном режиме:

(6.8)

где - число Рейнольдса;

А – коэффициент, зависящий от формы сечения трубопровода.

Ниже приведены значения коэффициента А и эквивалентного диаметра для некоторых сечений:

Форма сечения A

Круг диаметром d 64 d

Квадрат стороной а 57 а

Кольцо шириной а 96 2а

В турбулентном потоке различают три зоны, для которых коэффициент к рассчитывают по разным формулам:

для зоны гладкого трения (2320<Re< 10/е):

(6.9)

для зоны смешанного трения (10/е <Re< 560/е):

(6.10)

для зоны, автомодельной по отношению к Re (Re>560/e):

(6.11)

При его можно также можно определить по формуле:

(6.12)

В формулах 6.10 – 6.12 - относительная шероховатость трубы, - высота выступов шероховатостей, м.

Значения абсолютной шероховатости для теплообменных труб можно принять из следующих справочных данных:

Трубы , мм

Стальные новые 0,06—0,1

Стальные, бывшие в эксплуатации, с незначительной коррозией 0,1—0,2

Стальные старые, загрязненные 0,5—2

Чугунные новые, керамические 0,35—1

Чугунные водопроводные, бывшие в эксплуатации 1,4

Алюминиевые гладкие 0,015—0,06

Трубы из латуни, меди и свинца чистые цельнотянутые, стеклянные 0,0015—0,01

Для насыщенного пара 0,2

Для пара, работающие периодически 0,5

Для конденсата, работающие периодически 1,0

Воздухопроводы от поршневых и турбокомпрессоров 0,8

Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве:

- входная и выходная камеры;

- поворот между ходами;

- вход и выход из труб.

Местное сопротивление на входе в распределительную камеру и на выходе из нее следует рассчитывать по скорости жидкости в штуцерах. Диаметры штуцеров нормализованных кожухотрубчатых теплообменников приведены в таблице 2 (см. приложение).

В конечном итоге, уравнение для расчета гидравлического сопротивления трубного пространства кожухотрубчатого теплообменного аппарата принимает вид:

(6.13)

где - число ходов по трубам.

6.3.2 Межтрубное пространство.

В межтрубном пространстве гидравлическое сопротивление можно рассчитать по формуле:

(6.14)

Скорость жидкости в межтрубном пространстве определяют по формуле:

(6.15)

где - наименьшее сечение потока в межтрубном пространстве.

Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в межтрубном пространстве:

- вход и выход жидкости;

- поворот через сегментную перегородку;

- сопротивление пучка труб.

где ;

- число рядов труб, омываемых теплоносителем.

Общее число труб при их размещении по вершинам равносторонних треугольников равно , где а — число огибающих трубы шестиугольников (в плане трубной доски). Число труб в диагонали шестиугольника b можно определить, решив квадратное уравнение относительно а:

(6.16)

Число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, приближенно можно принять равным 0,5b, т.е.:

(6.17)

Сопротивление входа и выхода следует также определять по скорости жидкости в штуцерах, диаметры условных проходов которых приведены в табл. 2.

Число сегментных перегородок зависит от длины и диаметра аппарата. Для нормализованных теплообменников эти числа приведены в табл. 1 (см. приложение).

В конечном итоге, уравнение для расчета гидравлического сопротивления межтрубного пространства кожухотрубчатого теплообменника принимает вид:

(6.18)

где - число сегментных перегородок;

- скорость теплоносителя в подводящем и отводящем штуцере.

6.4 Порядок подбора насоса (вентилятора)

1. Рассчитывают необходимую объемную производитель­ность (уравнение 6.2).

2. Рассчитывают полное гидравлическое сопротивление по­току теплоносителя

(уравнения 6.11; 6.15).

3. По объемной производительности и свойствам теплоноси­теля по каталогам (таблицы 9,10,11) подбирается соот­ветствующий насос (вентилятор).

4. Используя паспортные характеристики, по коэффициентам полезного действия рассчитывают потребляемую мощ­ность электродвигателя (уравнение 6.1).

5. Рассчитывают потерю напора при течении теплоносителя (уравнение 6.3).

6. Сравнивают расчетные значения объемной производи­тельности, напора и мощности электродвигателя с пас­портными характеристиками выбранного насоса (вентиля­тора) и делают вывод о его пригодности. В противном слу­чае подбирают другой насос.