2.6. Гидравлический расчет

Как уже отмечалось, при выполнении проектных расчетов стремятся использовать стандартные теплообменные аппараты. Для многих из них по результатам испытания натурных образцов получены эмпирические зависимости гидравлического сопротивления теплооменника в целом no-каждому з теплоносителей от скорости последних (для капельных жидкостей) или от их массовой скорости (для газообразных сред), см., например, формулы для расчета сопротивления стандартных калорифе­ров в §2.10.

При отсутствии таких зависимостей или при существенном отличии условий эксплуатации теплообменников от стандартных выполняют их детальный гидравлический расчет. Тогда полное гидравлическое сопро­тивление теплообменного аппарата по любому из теплоносителей пред­ставляют в виде суммы сопротивлений трения в каналах теплообменной поверхности местных сопротивлений вследствие необратимых по­терь при входе потока в каналы и выходе из них , прочих местных сопротивлений обусловленных внезапным расширением, сужением, поворотами потока в проточной части теплообменника, вклю­чая штуцера, распределительные камеры и т. п. Кроме того, в результа­те нагревания или охлаждения теплоносителя появляется дополни­тельное сопротивление от ускррения потока вызываемое изменени­ем плотности и скорости теплоносителя, наконец, в аппаратах, вклкИенных в разомкнутую сеть, сообщающуюся с атмосферой, необхо­димо учитывать сопротивление самотяги возникающее из-за раз­ности плотностей теплоносителя в аппарате и окружающей среды. В ре­зультате получаем

(2.57)

где —коэффициент трения; —коэффициенты местных сопротивлении; . — средние плотность и скорость теплоносителя; 'и '—его плотность и скорость на входе и выходе; —длина и эк-

вивалёнтный диаметр канала; — разница уровней входа и выхода теплоносителя в систему; —плотность атмосферы; —номер рассчи­тываемого участка.;

Способы расчета известны из курса «Механика жидкости и

газа» и подробно изложены в [29, 35, 95], а также в § 2.10. Сопротив­ление пучков труб в поперечном потоке обычно рассматривают как по­следовательно включенные местные сопротивления и рассчитывают по формуле , _Где —число Эйлера; -общий .

коэффициент сопротивления пучка.

Обычно так же поступают пи расчете сопротивления спиральных и пластинчатых теплообменников, набираемых из гофрированных пластин'

при расчете аэродинамических сопротивлений теплообменников газ— жидкость, газ —газ, включенных в систему, как показано на рис. 2.19, а, 6, уравнение (2.57) нетрудно преобразовать в уравнение предложенное в [50]: "

где —отношение площади живого сечения тракта теплообменника к площади фронтального его сечения; — коэффициенты сопротивле­ния за счет Необратимых потерь статического давления на входе и вы­ходе; — площадь полной поверхности теплообмена; —площадь жи­вого сечения тракта; — фактор трения; - скорость в наиболее узком сечении Остальные обозначения соответствуют ранее принятым.

В уравнении (2.58) суммой учитывается влияние входа,

причем величины введены соответственно для учета обратимого снижения давления от внезапного сужения и необратимых по­терь. С помощью членов аналогичным образом учитываются обратимое повышение давления и необратимые его потери при внезапном расширении на выходе из канала. Членом учитыва­ются потери на ускорение потока за счет изменения плотности (здесь — плотности теплоносителя на входе в канал и на выходе из. него). Коэффициенты зависят от геометрических характеристик входа и выхода и режима течения. Графики для их определения приведе­ны на рис. 2,20. Применительно к гладким круглым трубам справедли­во соотношение

Перемещение теплоносителей в теплообменных аппаратах осущест­вляют обычно, принудительно с помощью насосов или вентиляторов,, иногда за счет самотяги. При этом необходимое располагаемое давле­ние, развиваемое нагнетателем или вытяжной трубой, должно быть рав­но сумме сопротивлений теплообменника, трубопроводов' и других последовательно включенных схему элементов. Возможные схемы включения теплообменников приведены на рис. 2.19. ,

Мощность электродвигателя для привода насоса или вентилятора рассчитывают по формуле

где — потери давления в теплообменнике, в трубопроводах и других • элементах системы; -объемный расход теплоносителя; — КПД насоса или вентилятора.