Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Транспортная энергетика (хладотранспорт) Минимаркер Гидравлический расчет теплообменного аппарата и контура

Гидравлический расчет теплообменного аппарата и контура

Страница 21 из 22
Содержание лекции:
Теплообменные аппараты (теплообменники)

Эффективность работы теплообменного аппарата зависит от характера, движения и средней скорости жидкости, а также от конфигурации поверхности, омываемой жидкостью. Оптимальная скорость потока определяется технико-экономическим расчетом. С увеличением скорости теплоносителя в аппарате увеличивается коэффициент теплоотдачи, а следовательно, коэффициент теплопередачи, уменьшается поверхность теплообмена, сокращаются капитальные затраты. Но в то же время с повышением скорости вязкой несжимаемой среды увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата и всего контура, а также возрастают затраты энергии на перекачку теплоносителя.

Несжимаемость жидкости и газа определяется относительным изменением плотности потока ∆ρ/ρ0 или числом Маха (Ма):

∆ρ/ρ0 = 1/2·Ma2 < 1,

где Маw/Cз; w, Cз – скорости потока и звука в данной среде, м/с.

Для воздуха и газа при скорости звука Сз ≈ 330 м/с и скорости потока w = 100 м/с относительная плотность ∆ρ/ρ0 или 1/2·Ма2 = 0,046.

Следовательно, скорость течения газа 100 м/с следует считать предельной, при которой газы еще допустимо рассматривать как несжимаемую среду.

В практике проектирования и эксплуатации теплообменников были выявлены оптимальные скорости для наиболее распространенных аппаратов и теплоносителей, которые приведены в (табл. 2.1, смотрите предыдущие лекции).

Падение давления ∆р в трубопроводе или в канале чисто теоретически можно рассчитывать только в случаях стабилизированного ламинарного течения. Для начального участка при ламинарном и турбулентном течении известны лишь приближенные решения. Поэтому при гидравлическом расчете обычно пользуются опытными соотношениями и данными, используя для этого два безразмерных комплекса Re и Eu, безразмерные параметры отношения длины участка к диаметру l/d и относительную шероховатость δ/r:

200314_f47

где ρw2/2 – кинетическая энергия движущейся среды, равная давлению торможения.

Учитывая, что сопротивление трения ∆ртр пропорционально длине гладкой трубы, получаем соотношение, зависящее только от числа Re:

200314_f48

где ψ (Re) – коэффициент гидравлического сопротивления или коэффициент сопротивления трению ξ; l – длина рассчитанного участка, м.

Для круглой трубы гидравлический диаметр равен внутреннему диаметру трубы: dг = dвн, dг = 4f/П – гидравлический диаметр, м; f – живое сечение канала, трубы, м2; П – полный периметр сечения, омываемый текущей жидкостью, м.

Для каналов прямоугольного сечения

dг = 2ab/(a+b), (5.20)

где a и b – размеры сторон прямоугольника, м.

Эквивалентный диаметр прямоугольного корпуса, заполненного трубами, омываемыми продольным потоком,

200314_f49

где d – наружный диаметр труб, м; n – полное число труб, шт.

При изотермическом ламинарном течении ( Re < 2·103) коэффициент трения не зависит от шероховатости и определяется как отношение:

ξиз = A/Re, (5.22)

где А – коэффициент, соответствующий определенной форме канала, для круглого сечения А = 64, для квадрата А = 57, для круглого кольца А = 96.

Для изотермического турбулентного течения

200314_f50

При неизотермическом течении коэффициент сопротивления трения:

для ламинарного течения

200314_f51

для турбулентного течения

200314_f52

Физические параметры, входящие в Reж и Рrж, принимают по средней температуре жидкости, а для Рrс – при температуре стенки.

При числах Re, встречающихся в промышленных теплообменных аппаратах, влиянием шероховатости можно пренебречь.

Местные сопротивления (повороты, сужения и расширения каналов, вентили, задвижки, решетки, пучки труб и прочее)

200314_f53

Коэффициент местного сопротивления ζ зависит от характера препятствия на пути потока жидкости.

При неизотермическом течении газов движение становится неравномерным вследствие изменения их плотности и скорости. Это вызывает дополнительную потерю давления на ускорение газа. Потеря давления для канала постоянного сечения

200314_f54

Количество движения можно выразить как отношение γ·w3·f/g; разделив это соотношение на f и умножив на g, получим в системе СИ ρw2 или удвоенный скоростной напор. 2·ρw2/2, Па.

Индексом 1 обозначены величины, отнесенные к температуре в начальном сечении, индексом 2 – в конечном сечении.

Для капельных жидкостей ∆рн мало по сравнению с общим сопротивлением потока, и это сопротивление можно не принимать во внимание.

В замкнутом контуре неизотермического течения теплоносителя могут быть подъемные и опускные участки с разной плотностью среды одинаковой или разной высоты. Возникающая при этом подъемная сила способствует или препятствует движению потока. В первом случае общее сопротивление уменьшается на величину геометрического напора ∆рг, а во втором общее сопротивление увеличивается на ∆рг:

рг = ±g[∑ρ0h0 - ∑ρh], (5.28)

где ρ, h – плотность, кг/м3, и высота, м, участков с нагретой жидкостью; ρ0, h0 – плотность, кг/м3, и высота, м, участков с холодной жидкостью.

Если аппарат сообщается с окружающей средой, необходимо учитывать воздействие на продвижение теплоносителя самотяги

рг = ±hg0 - ρ), (5.29)

где h – расстояние по вертикали между входом и выходом теплоносителя, м; ρ, ρ0 – средняя плотность теплоносителя и окружающего воздуха, кг/м3.

В случае восходящего движения нагретого газа или жидкости самотяга помогает продвижению потока, уменьшая сопротивление всего контура на ∆рс. В случае нисходящего течения нагретой среды общее сопротивление увеличивается на ∆рс.

При открытом сливе теплоносителя в резервуар в сумму сопротивлений необходимо включить кинетическую энергию, затраченную на истечение жидкости из трубопровода или соплового аппарата,

рист = ρw2/2. (5.30)

Если жидкость перекачивается в резервуар, в котором поддерживается избыточное давление ∆ризб, то это давление необходимо прибавить к общему сопротивлению контура. Если резервуар находится под вакуумом, то из общего сопротивления вычитают ∆рв = ВРабс.

Общая потеря давления в системе с последовательно включенными теплообменниками и другими элементами в расчетах определяется как сумма отдельных сопротивлений, рассчитанных по участкам. Распределение участков контура производят по геометрическим признакам и характеру течения среды (изотермическое, неизотермическое).

Таким образом, полный напор, необходимый для продвижения теплоносителя,

200314_f55

Мощность, необходимая для привода насоса, вентилятора, дымососа,

200314_f56

где V – объемный расход теплоносителя, м3/с; G – массовый расход, кг/с; ηн – к. п. д. насоса, вентилятора, дымососа, компрессора; ηэ – к. п. д. двигателя; φр = 1,1÷1,15 – коэффициент запаса; ρ – плотность теплоносителя, кг/м3.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика