гидравлический комплекс

Таблица 1. Опытные данные и результаты расчёта на прямом участке трубы. (dвн 22 мм)

Опытные данные

Результаты расчётов

Расход

Коэффициент

Скорость

Критерий

гидравлического

жидко

сопротивления

сти Vч

Перепад

жидкости

Рейнольдса

№

м3

давления

в трубе

Re

W d

по

форм.

Р, кПа

W, м/с

(2)

расч

Расхожде

час

опыт

Г

ние, %%

Г

1.

2.

…

Таблица 2В. Опытные данные и результаты расчёта на местном сопротивлении «Вентиль».

		Опытные данные						Результаты расчётов
		Пере								Коэффи-
		пад				Ско-
										циент	Литера-
		давл				рость	Скорост
										местного	турные
		ения	Расход			жидко		ной
	№									сопротив-	значения
		Р	жидкос			сти в	напор
										ления	вент
		,	ти			трубе	W2 , м
										(опытный
		кПа	Vч м3			W,		2g
										) вент
				час		м/с
	1.
	2.
	…

21

http://www.mitht.ru/e-library

Таблица 2Д. Опытные данные и результаты расчёта на местном сопротивлении «Диафрагма».

	Опытные данные						Результаты расчётов
							Скоро			Коэффи
		Расход					стной
	Перепад									циент
		жидкос				Скорость	напор
										местного	Литерат
	давления	ти Vч,				жидко	W 2
№										сопроти	урные
	Р , кПа		м	3		сти в			,	вления
						трубе		2g			значения
										(опытн	диаф
			час
						W, м/с		м
										ый)
										диаф
1.
2.
…

Задача 2. Гидравлическое сопротивление теплообменника.

2.1. Расчёт перепада давления в трубном пространстве теплообменника.

Площадь поперечного сечения трубного пространства:

fтр	n	d2	м2 ,
	4

где п – число трубок в теплообменнике (п = 13), d – внутренний диаметр трубки (dвн 0,006 м).

22

http://www.mitht.ru/e-library

Таблица 3. Опытные данные и результаты расчёта гидравлического сопротивления в трубном пространстве

теплообменника.

Температура жидкости t 0С

Вязкость жидкости

Па с

Плотность жидкости

кг

3

м

Опытные данные

Результаты расчётов

Сечение

Коэффици

Расч.

Расход

Перепад

ент

жидко

всех

гидравлич

перепад

Расхождение

№

давлени

Скорость

Критерий

сти Vч

я

трубок

Рейноль

еского

давления

( Рр Роп)

м3

,

f

, м2

жидкости

дса Re

сопротивл

Р

расч

100%

Ропыт

тр

в трубах

ения Г

м.тр.

Рр

час

Па

W, м/с

, Па

1

.

2

.

…

Скорость течения жидкости в трубах

теплообменника рассчитывается из уравнения расхода:

W

V

м

,

тр

fтр

с

V

м3

где V – объемный расход жидкости; V

ч

.

3600

с

Критерий Рейнольдса для жидкости в трубах:

Re

Wтр d

,

где

и – соответственно, плотность (кг

3 ) и

м

динамическая вязкость жидкости (Па с); находятся по

23

http://www.mitht.ru/e-library

справочникам в зависимости от температуры жидкости. В зависимости от полученного значения критерия Reпо одной из формул (1) (4) вычисляют коэффициент

гидравлического сопротивления Г .

Определяют расчётное значение Ртр по формуле:

расч			2
				l		W	[Па]
Р
тр		Г		d 2				оп .
Сравнивают его с опытным значением Р
							тр

2.2. Расчёт перепада давления в межтрубном пространстве теплообменника.

Площадь поперечного сечения для прохода жидкости в межтрубном пространстве равна (см. рис. 2):

fм.тр		Dв2	n	dн2			Dв2 n d	н2 ,
	4		4		4

где Dв – внутренний диаметр кожуха теплообменника, Dв = 0,108 м; dн – наружный диаметр трубы (dн = 0,008 м), п

– число труб в теплообменнике (п = 13).

Скорость жидкости в межтрубном пространстве теплообменника:

Wм.тр.		V		м	,
		fм.тр.
			с
						V	м3
где V – объемный расход жидкости; V						ч			.
								с
					3600

Эквивалентный диаметр при течении жидкости в межтрубном пространстве рассчитывается по формуле:

dэ 4 fм.тр. [м],

П

24

http://www.mitht.ru/e-library

где П – смоченный периметр канала. В данном случае

П Dв n dн .

Критерий Рейнольдса Re при течении жидкости в межтрубном пространстве:

Re Wм.тр. dэ ,

где и – соответственно, плотность (кгм3 ) и

динамическая вязкость жидкости (Па с); находятся по справочникам [1].

В зависимости от полученного значения критерия Reпо одной из формул (1) (4) вычисляют коэффициент гидравлического сопротивления Г .

Определяют расчётное значение Ртр по формуле:

2

Pмрасч.тр. Г l Wм.тр.

d 2

И сравнивают его с опытным значением Роп .

25

http://www.mitht.ru/e-library

Таблица 4. Опытные данные и результаты расчёта

гидравлического сопротивления в межтрубном

пространстве теплообменника.

Температура жидкости t 0С

Вязкость жидкости

Па с

Плотность жидкости

кг

3

м

Опытные

Результаты расчётов

данные

Переп

Крит

Коэффиц

Расход

ад

Сече

Скорость

ерий

иент

Расхождение

жидк

давле

ние

Рейн

гидравли

Расч.

№

жидко

( Рр Роп)

ости

ния

всех

сти в

ольд

ческого

перепад

100 %

Рр

Vч

Ропыт

трубок

трубах

са

сопротив

давления

м3

, Па

fтр ,

W, м/с

Re

ления Г

Рмрасч.тр.

час

м2

, Па

1.

2.

…

Задача 3. Гидравлическое сопротивление тарелок

Общее гидравлическое сопротивление одной тарелки любого типа (ситчатой, колпачковой и др.) выражается суммой:

р= рс+ рσ+ рж [Па] где рс — потеря напора газа на преодоление местных

26

http://www.mitht.ru/e-library

сопротивлений на сухой (неорошаемой) тарелке; рσ — сопротивление вызываемое силами поверхностного натяжения; рж — статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке.

При этом

	р			w2
		с		0		г
				2

где ξ — коэффициент сопротивления; ρг — плотность газа (воздуха) [кг/м3]; w0 — скорость воздуха в наиболее узком сечении для прохода газа (отверстия ситчатых тарелок и т.п.), [м/с]. При известной скорости воздуха в свободном сечении колонны wг скорость w0 находится из уравнения неразрывности (сплошности) потока с учётом доли

отверстий тарелки: w	w fа	.
0	f0

Свободное сечение прямоугольного аппарата (см. основные характеристики колонны КТ и чертёж ситчатой тарелки на рис. 5) составляет fa = 0,3 · 0,1 = 0,03 м2

Таблица 5. Опытные данные и результаты расчёта гидравлического сопротивления ситчатой и колпачковой тарелок.

Опытные данные

Результаты расчётов

Расход

р, кПа

ркол

Расхожде

руст

Расхождение

жидко

№

Расход

Одной

Всей

п

ние

кПа

( Рр Роп)

сти Vч

возд.

колп.

установ

кПа

оп

100 %

Рр

м3

ки

( рколп

рколп)

Vв

тарелки

рколпоп

час

м3/ч

рколпоп

ропуст

1.

27

http://www.mitht.ru/e-library

2.

…

Таблица 5к. Результаты расчёта гидравлического сопротивления колпачковой тарелки

			Сопротивл	Сопротивление	Перепад	Полное
	Скорость	Скорость	ение сухой	за счёт	давления	(расчётное
	газа в	газа в	(неорошае	поверхностн	за счёт	) значение
	свободном	кольце	мой)	ого	слоя	перепада
№	сечении	вом	тарелки	натяжения	жидкости	давления
	аппарата	простр	рс	рσ	на тарелке	на тарелке
	wг	анстве	Па	Па	рж	рколп =
	м/с	wо			Па	рс + рσ
		м/с				+ рж
						Па
1
2
.
.
.

28

http://www.mitht.ru/e-library

Таблица 5с. Результаты расчёта гидравлического сопротивления ситчатой тарелки.

	Скорость	Скорость	Сопротивл	Сопротивл		Полное
		газа в	ение сухой	ение за	Перепад	(расчётное)
	газа в	отверсти	(неорошае	счёт	давлен	значение
	свободном	ях	мой)	поверхност	ия за	перепада
	сечении
		тарелки	тарелки	ного	счёт	давления
№	аппарата	wо	рс	натяжения	слоя	на
	wг	м/с	Па	рσ	жидкости	тарелке
	м/с			Па	на	рсит =
					тарелке	рс + рσ
					рж	+ рж
					Па	Па
1.
2.
...

Площадь отверстий для прохода газа в ситчатой тарелке, имеющей 73 отверстия диаметром d0 = 5 мм составляет:

		d2				0,0052		0,001433 м2
f0 =73			0		73
			4			4
Доля сечения для прохода пара в ситчатой тарелке
составляет
	fа		0,001433
	f0			0,03			= 0,0478 или 4,78 %

Для колпачковой тарелки в соответствии с размерами (см. рис. 6) наиболее узким местом прохода воздуха является кольцевое пространство между колпачком и патрубком. Величина f0 в этом случае составляет

29

http://www.mitht.ru/e-library

	(0,0462 0,0382 ) 5,28 10 4 м2
f0 = 4

Коэффициенты сопротивления ξ сухих тарелок имеют следующие ориентировочные значения [3]:

Колпачковые тарелки				с		круглыми				4 — 5
колпачками
Ситчатая тарелка со свободным сечением										1,85
отверстий до 10 %
Плотность воздуха зависит от температуры t и
рассчитывается по формуле
ρг =	29				273 кг
	22,4				273 t			3
							м
Сопротивление, вызываемое силами поверхностного
натяжения					4
р						[Па]
					dэ

где σ — поверхностное натяжение на границе раздела воздух – жидкость (вода) [Н/м]; dэ — эквивалентный диаметр для прохода газа через отверстия тарелки [м].

Значения поверхностного натяжения для воды при различных температурах t можно найти в справочниках, например [1].

Для ситчатых тарелок с отверстиями d0 эквивалентный диаметр dэ = d0.

В случае колпачковых тарелок при полном открытии прорезей

4 fпр

dэ П

где fпр = hпр · b — площадь свободного сечения [м]; b — ширина прорези [м]; hпр — высота прорези [м]; П —

30

http://www.mitht.ru/e-library