12.2. Гидромеханический расчет теплообменников

Целью расчета является определение перепада (потери) давления теплоносителя на участке между входом и выходом, кото­рый необходим для преодоления: сопротивления трения при движении теплоносителя; местных сопротивлений на пути потока; сил тяжести в гравитационном поле; инерционных сил при ускорении по длине канала из-за изменения объема при нагревании теплоносителя.

Сопротивление шахматного пучка труб при поперечном обте­кании (см. рис. 12) определяется следующим образом. Обозначим геометрический параметр пучка

,(281) где d — наружный диаметр труб; , — поперечный и диагональный шаги труб.

Если , то сопротивление

.(282)

Если А > 0,53, то сопротивление

,(283)

где z — число рядов труб по потоку.

Сопротивление коридорного пучка труб при поперечном обтекании (см. рис. 13) определяется следующим образом.

Обозначим геометрический параметр пучка

,(284) где — продольный шаг труб.

Если , то сопротивление

.(285)

Если , то сопротивление

.(286)

Показатель степени при Rе определяется по формуле

при , (287)

или

при . (288) В формулах (282), (283), (285), (286) — скорость потока в узком сечении пучка.

Мощность N, кВт, потребляемая двигателем насоса или вентилятора,

,(289) где V, т — объемный, м³/с, и массовый, кг/с, расходы теплоносителя; — полное гидравлическое сопротивление движению теплоносителя, Па; — плотность теплоносителя, кг/м³; , , — КПД соответственно насоса (вентилятора), передачи и двигателя.

Полное сопротивление при движении теплоносителя через теплообменник определяется по формуле

, (290) где — сопротивление трения; — местное сопротивление; — сопротивление ускорения потока. Сопротивление трения при движении теплоносителя

,(291) где — коэффициент сопротивления трения; l — длина канала; D=4F/П—эквивалентный (гидравлический) диаметр (F — площадь перечного сечения канала, П — периметр канала); , — плотность и средняя скорость теплоносителя.

Коэффициент сопротивления трения определяется следующим образом:

при ламинарном стабилизированном режиме течения в изотермических условиях для гладких прямых каналов

,(292) где для трубы A₀=64, для каналов квадратного поперечного сечения кольцевого сечения А₀=96;

при ламинарном неизотермическом течении потока

;(293)

при турбулентном изотермическом режиме течения

;(294)

при турбулентном неизотермическом режиме течения

;(295)

при турбулентном режиме течения с учетом шероховатости стенок труб

,(296) где — внутренний диаметр трубы; — эквивалентная абсолютная шероховатость стенок труб, значение которой можно принимать: для бесшовных стальных новых труб 0,014 мм; для сварных стальных но-1 вых труб 0,05 мм; умеренно заржавевших труб 0,5 мм; старых за­ржавевших труб 1 мм; для чугунных труб, бывших в употреблении, 1 мм; для очень старых труб мм.

Местные гидравлические сопротивления

,(297) где — коэффициент местного сопротивления, который выбирается по справочнику [11]; для некоторых случаев его можно определить сле­дующим образом:

при повороте потока в колене на угол

;(298)

при внезапном расширении потока

,(299) где и — площади сечения канала до и после расширения;

при внезапном сужении потока:

…….0,01 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

……..0,5 0,47 0,42 0,38 0,34 0,3 0,25 0,20 0,15 0,09 0

Сопротивление от ускорения потока газа при неизотермическом течении в канале постоянного сечения

,(300) где индексы 1 и 2 обозначают величины, определенные для входного и выходного сечений канала.

Змеевики из круглых труб:

при (см. § 6.3) коэффициент сопротивления трения

;(301)

при коэффициент сопротивления трения

,(302)где — коэффициент сопротивления трения при турбулентном движении для прямой трубы при том же значении , формулы (294) — (296).

81