Гідравлічний розрахунок теплообмінного апарата

Метою гідравлічного розрахунку є визначення втрат тиску теплоносіїв при проходженні через теплообмінник.

1.3.1 Визначення втрат тиску для теплоносія, який рухається в між трубному просторі

Втрати тиску в міжтрубному просторі ΔР_МП розраховуються як сума втрат в поперечному потоці між перегородками ΔР_П, в кінцевих зонах ΔР_К, в поздовжньо–поперечному потоці в вікнах перегородок ΔР_В, а також на вході ΔР_вх і на виході ΔР_вих в теплоносія в міжтрубний простір (рис.9):

. (1.15)

Рис. 1.4 Схема зон теплообмінника для розрахунку втрат тиску

1.3.1.1 Втрати тиску потоку між перегородками визначаються з залежності:

, (1.16)

де n_в – кількість перегородок;

ε_б=0,5…0,8 - коефіцієнт, що враховує байпасний потік через зазор між пучком труб і стінкою корпуса. Приймаємо ε_б=0,8;

ε_п=0,4…0,5 - коефіцієнт, що враховує перетікання в перегородці через отвори для труб і зазор між корпусом і перегородкою. Приймаємо ε_п=0,5.

ΔР₂- перепад тиску в ідеальному пучку труб, який визначаємо за залежністю:

, (1.17)

де ρ, μ - густина і динамічна в’язкість теплоносія, значення яких вибираються за середньою температурою;

μ_с - динамічна в’язкість рідини при температурі стінки труби;

ω – швидкість в «екваторіальному» перерізі теплообмінника;

N_п – кількість рядів труб, що поперечно омиваються потоком теплоносія (рис. 1.2), яка визначається за заданою висотою h перегородки вікна діаметром корпуса D і відстанню між рядами труб S_р. Для трикутної компоновки відстань між рядами труб пов’язана з відстанню між трубами в ряду співвідношенням S_р = 0,707∙S;

f_і - фактор тертя, який визначається за формулою:

, (1.18)

, (1.19)

де Rе - критерій Рейнольдса, який визначається за швидкістю в «екваторіальному» перерізі теплообмінника і зовнішнім діаметром труб.

Коефіцієнти m₁, m₂, m₃, m₄ вибираються для трикутної компоновки трубного пучка, с.9 [8].

Так як Rе= 10⁵-10⁴, то m₁=0,372; m₂= -0,123; m₃= 7; m₄=0,5.

;

1.3.1.2 Втрати тиску потоку в двох кінцевих зонах (рис. 1.4):

, (1.20)

де N_пк – кількість рядів труб, що поперечно омиваються в кінцевих зонах (рис. 1.2), визначається з геометричних залежностей за відомими D, h, S_p, S^/, d_зов.

1.3.1.3 Втрати тиску при поздовжньо–поперечному протіканні потоку в вікнах перегородок міжтрубного простору:

Рис. 1.5 – Вікно перегородки

(1.21)

де N_в – кількість рядів труб в вікні перегородки (рис. 1.2), виходячи з геометричної побудови за відомими значеннями h, S_p, S^/, d_зов.

- швидкість потоку в вікні перегородки, яка визначається за формулою:F_вв і прохідного «екваторіального» перерізу поперечного потоку f_e:

, (1.22)

де f_вп= 0,1895 м²- площа вільного перерізу вікна перегородки(не зайнятого трубами), яка визначається побудовою трубного пучка(див рис.1.2) в програмному середовищі КОМПАС -3D V12.

1.3.1.4 Втрати тиску на вході теплоносія в теплообмінник ΔР_вх і на виході ΔР_вих розраховуються як місцеві опори:

, (1.23)

де ξ_вх=0,5; ξ_вих=1 коефіцієнти місцевих опорів входу.та виходу відповідно.

1.3.1.5 Тоді сумарні втрати тиску рівні за формулою (1.15):

1.3.2 Визначення втрат тиску для теплоносія, який рухається всередині труб

Втрати тиску теплоносія який рухається в середині труб в теплообміннику складаються з двох частин: втрати на тертя в середині труби ΔР_тр і втрат в місцевих опорах ΔР_м:

. (1.24)

1.3.2.1 Втрати тиску на тертя розраховуються:

, (1.25)

Z – кількість ходів.

- коефіцієнт гідравлічного тертя. Згідно с.9, при при Re>2300 коефіцієнт тертя визначається із співвідношення:

1.3.2.2 Визначаємо втрати тиску в місцевих опорах:

- вхід теплоносіяв теплообмінник за формулою:

(1.26)

де =0,5- коефіцієнт місцевого опору на вході у теплообмінник

- вихід теплоносія з теплообмінника за формулою:

(1.27)

де =1- коефіцієнт місцевого опору на вході у теплообмінник

- вхід теплоносія в трубний пучок за формулою:

(1.28)

.

- вихід теплоносія з трубного пучка за формулою:

(1.29)

- сумарні втрати тиску на місцеві опори:

1.3.2.3 Сумарні втрати тиску теплоносія, який рухається всередині трубок визначимо за формулою(1.23):

1.3.3 Вибір тиску теплоносіїв в теплообміннику

1.3.3.1 З метою запобігання кипіння води, тиск на виході з теплообмінника для гарячої води приймаємо рівним тиску насичення води , який знайдений по максимальній температурі води в апараті:

де

Тиск на вході в теплообмінник для гарячої води:

. (1.30)

1.3.3.2 З метою запобігання кипіння води, тиск на виході з теплообмінника для холодної води приймаємо рівним тиску насичення води P_нас, який знайдений по максимальній температурі води в апараті:

де .

Тиск на вході в теплообмінник для холодної води:

Дата добавления: 2015-08-31