Гидравлический расчет

теплообменный сопротивление нагрев конденсация

На перемещение рабочей среды через аппарат необходимо затратить определенную мощность. Эта мощность (мощность на валу насоса), Вт, определяется по формуле

 

,

 

где  - расход теплоносителя кг/с;

- гидравлическое сопротивление аппарата, Н/м²;

 - плотность теплоносителя, кг/м³;

 - КПД насоса.

Гидравлический расчет теплообменного аппарата сводится к определению потерь давления по тракту каждого теплоносителя от входа в аппарат до выхода из него.

Общее падение давления по тракту складывается из потерь давления в элементах аппарата: входных и выходных патрубках, камерах и коллекторах, в трубных пучках и т.п. Для удобства расчета все составляющие полной потери давления условно разделяют на сопротивление трения при проходе жидкости по линейным участкам тракта аппарата и местные сопротивления, обусловленные наличием в теплообменнике локальных препятствий, изменяющих направление, форму и скорость потока жидкости.

В общем виде полное сопротивление подсчитывается по формуле:

 

,

 

где - сопротивление трения;

- местные сопротивления.

Расчет линейного сопротивления трения.

Сопротивление линейных участков – это, прежде всего, сопротивление входного, выходного патрубков и сопротивление, обусловленное течением в трубном пучке, для одного теплоносителя и омыванием трубного пучка для другого. Линейная длина патрубков подвода теплоносителя, как правило, несоизмеримо мала по сравнению с длиной трубного пучка, поэтому сопротивлением патрубков пренебрегают. В этом случае падение напора потока теплоносителя может быть посчитано по формуле

 

,

 

где L - полная длина пути жидкости в аппарате, м;

w - средняя скорость движения теплоносителя, м/с;

ρ - плотность теплоносителя при средней температуре, кг/м²;

d_э - эквивалентный диаметр канала, м;

- коэффициент сопротивления трения.

Расчет линейного сопротивления трения для воды:

d_э = d_вн=0,016 м;

 = 1,105 м/с;

ρ = 983,6 кг/м³ (при средней температуре воды);

=(1,87+2·0,04)·2=3,9 м;

ΔP_тр1=  Па.

Расчет местных сопротивлений.

Местные сопротивления определяются как арифметическая сумма всех сопротивлений. К последним относятся повороты потока, участки огибания перегородок, изменение сечения для прохода жидкости и др., причем каждое местное сопротивление  рассматривается отдельно друг от друга, а затем результаты суммируются:

 

.

 

Расчет местных сопротивлений для воды.

Сопротивления поворотов на 90° и на 180° окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с остальными из-за малой величины скорости потока в этих местах - скорость резкого упадет при расширении потока. Ими можно пренебречь.

В инженерных расчетах местные сопротивления определяются по формуле

 

 

где ξ - коэффициент местного сопротивления.

Расчет ΔP_мс1 - сопротивление от внезапного расширения потока при входе в распределительную камеру.

Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока:

 

,

 

где  и - большее и меньшее сечение потока соответственно.

F_б=0,5∙F_тр.реш.=0,5∙  м²;

F_м= м² - площадь поперечного сечения входного патрубка;

= ;

ρ = 999,4 кг/м³ (при t_в=15°C);

м/с;

ΔP_мс1=  Па.

Расчет ΔP_мс2 -сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка.

Коэффициент сопротивления при внезапном сужении потока:

 

,

 

где Е - степень сжатия потока;

F_м= N  м²;

F_б = 0,0982 м²;

м/с;

;

;

ΔP_мс2=  Па.

Расчет ΔP_мс3 -сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в поворотную камеру.

F_б=0,159 м²;

F_м=0,0286 м²;

= ;

ρ = 983,6 кг/м³ (при t_в=21°C);

 м/с;

ΔP_мс3=  Па.

Расчет ΔP_мс4 -сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из поворотной камеры.

F_м=0,0201 м²;

F_б=0,0982 м²;

;

;

ρ = 983,6 кг/м³;

 м/с;

ΔP_мс4=  Па.

Расчет ΔP_мс5 -сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в сборную камеру.

F_м=0,0201 м²;

F_б=0,0982 м²;

= ;

ρ = 962,2 кг/м³;

 м/с;

ΔP_мс5=  Па.

Расчет ΔP_мс6 -сопротивление от внезапного сужения потока при входе потока из сборной камеры в выходной патрубок.

F_м=0,0177 м²;

F_б=0,0982 м²;

;

;

ΔP_мс5=

Суммарное местное сопротивление воды:

 

 

ΔP_мс = = 532+233+393+237+401+317=2113 Па.

Полное сопротивление воды:

 

ΔP = ΔP_тр + ΔP_мс = 15858+2113 = 17971 Па

 

Мощность на валу насоса:

Гидравлические испытания аппаратов производятся после выполнения всех сварочных и сборочных работ с целью проверки прочности деталей, и плотности сварных и разъемных соединений. Испытания проводят чистой водой, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат до давления, регламентированного рабочим чертежом. Время выдержки под пробным давлением для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм должно быть равным 10 минут. После снижения давления до рабочего необходимо тщательно осмотреть все швы, прилегающие к ним участки и другие сомнительные места аппарата с целью обнаружения возможной течи и разрывов.

Аппарат считается выдержавшим гидравлическое испытание при условии, что при осмотре не было обнаружено разрывов, течи, а также видимых остаточных деформаций.