5.3. Расчет гидравлического сопротивления

В общем виде расчет гидравлического сопротивления можно проводить по оценки потери давления Р_п - или потери напора Н_п, что совершенно равнозначно, т.к.

(5.3)

Для каждого типа теплообменного аппарата есть свои определенные особенности расчета гидравлического сопротивления, соусловленные спецификой конструкции и условиями взаимодействия потока и канала. Ниже приводятся основные методы расчета гидравлического сопротивления для наиболее распространенных типов теплообменных аппаратов.

5.3.1. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

Трубное пространство:

(5.4)

(5.5)

здесь  - коэффициент трения; L - длина теплообменных труб, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений; _тр - скорость течения теплоносителя в трубах, м/с.

Коэффициенты трения  могут быть рассчитаны по одному из следующих выражений:

Re<2300 (5.6)

где коэффициент А определяется геометрией канала, в частности для труб А=64;

2300<Re<10/е, зона гладкого трения (5.7)

10/е<Re<560/e, зона смешанного трения (5.8)

Re>560/е, автомодельная область (5.9)

В уравнениях 5.7 - 5.9 е=/d_э, где  - абсолютная шероховатость стенок труб, м; е - относительная шероховатость.

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

Трубы	, мм
1. Стальные, новые	0,60,1
2. Стальные, б/у, с незначительной коррозией	0,10,2
3. Стальные б/у, старые	0,52,0
4. Чугунные новые, керамические	0,351,0
5. Чугунные водопроводные б/у	1,4
6. Алюминиевые, гладкие	0,0150,06
7. Трубы из латуни, меди, свинца	0,00150,01
8. Для насыщенного пара (паропроводы)	0,2
9. Для конденсата	1,0
10. Воздухопроводы	0,8

При Re>2300 коэффициент трения можно рассчитать по обобщенному уравнению[7]:

(5.10)

Значения коэффициентов местных сопротивлений:

вход и выход из распределительной камеры

(крышки, днища) 1,5

поворот между ходами 2,5

вход в трубы и выход из них 1,0

При этом следует отметить, что расчет гидравлического сопротивления при входе и выходе из распределительной камеры, рассчитывается по скорости движения жидкости в подводящем и отводящем штуцерах (_шт.).

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

(5.11)

Межтрубное пространство

Гидравлическое сопротивление потока при его течении по межтрубному пространству можно рассчитать по следующему уравнению:

(5.12)

здесь _м.тр. - скорость течения жидкости в межтрубном пространстве в узком его сечении, которую в свою очередь можно определить по уравнению расхода:

(5.13)

где S_м.тр. - наименьшее сечение потока в межтрубном пространстве.

Значения коэффициентов местных сопротивлений:

вход и выход теплоносителя в межтрубное пространство 1,5

поворот через сегментную перегородку 1,5

сопротивление пучка труб

здесь Re_м.тр.= ; m - число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, которое приближенно можно принять равным:

(5.14)

где n - общее число труб в трубном пучке.

Сопротивление входа и выхода так же определяется по скорости течения теплоносителей в подводящем и отводящем штуцерах.

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

(5.15)

здесь х - число сегментных перегородок; _{м.тр.шт.} - скорость теплоносителя в подводящем и отводящем штуцерах.

5.3.2. Пластинчатый теплообменник

Для каждого теплоносителя гидравлическое сопротивление в пластинчатых теплообменниках рассчитывается по уравнению [4, 7]:

(5.16)

здесь L - приведенная длина канала (см. таблицу 11), м; d_э - эквивалентный диаметр канала, м; х - число пакетов для данного теплоносителя;  и _шт - соответственно скорости теплоносителя в каналах и отводящем и подводящем штуцерах, м/с;  - обобщенный коэффициент сопротивления каналов:

при Re50 =А/Re (5.17)

при Re<50 =В/Re^0,25 (5.18)

Коэффициенты А и В в зависимости от типа пластины имеют следующие значения:

тип пластины (м²) 0,2 0,3 0,6 1,3

А 19,6 19,3 15,0 17,0

В 425 425 320 400

5.3.3. Спиральный теплообменник

Для спиральных теплообменников потеря давления при течении теплоносителей рассчитывается по уравнению:

(5.19)

здесь

(5.20)

(5.21)

Коэффициент трения _сп.тр. в спиральном канале рассчитывается как для прямого канала в прямоугольной форме с поправкой:

_сп.тр.=1,15_тр. (5.22)

здесь _тр. при ширине канала b=8; 12 и16 мм:

1. при Re=200010000

(5.23)

2. при Re 2000

(5.24)

Местные сопротивления _м.с. обусловлены только сопротивлением на входе и выходе из спирального канала.

В конечном итоге гидравлическое сопротивление спирального канала можно оценить по уравнению:

(5.25)