6.3 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.