Виды гидравлических потерь в ЭС.

При движении жидкости всегда возникают сопротивление, препятствующее движению, и потери механической энергии. Эти потери вызваны силами трения, образованием вихрей, преодолением подъемных сил и т. п. Ниже рассмотрены отдельные виды потерь.

Сопротивление трению вызвано вязкостью жидкости. Силы трения проявляются в основном в области пограничного слоя на поверхности обтекаемых тел.

Рассмотрим частный случай движения несжимаемой жидкости в горизонтальной трубе и найдем перепад давлений Δр_т между сечениями на входе 1 и выходе 2,вызванный трением. Величина Δр_т определяется по формуле Дарси :

(7)

где l, d_экв— длина и эквивалентный диаметр канала; χ (хи)— коэффициент сопротивления трения единицы относительной длины (l/d_экв)участка канала; ζ_тр = χ l/ d_экв — коэффициент сопротивления трения всего участка канала; S — площадь поперечного сечения; U — периметр.

Коэффициент сопротивления является важнейшей гидродинамической характеристикой. Зная ζ_трили χ, можно по формуле (7) вычислить потери на трение для труб данного типа при разных размерах, скоростях движения и плотности жидкости.

Местные сопротивления.

Местные сопротивления вызваны локальным нарушением характера течения, отрывом потока от стенок или вихреобразованием в местах изменения формы канала. К местным потерям относят потери кинетической энергии потока при внезапном расширении или сужении канала, потери на входе в канал, в местах изгиба канала, потери на обтекание тел.

Различные виды местных потерь происходят на более или менее длинном участке канала и неотделимы от потерь на трение. Однако для удобства расчетов местные сопротивления считаются сосредоточенными в одном сечении i канала и не включают сопротивление трению. Потери давления Δр_мна преодоление местных сопротивлений рассчитываются по формуле

Δр_м =ξ_мiρ_iV_i²/2. (8)

Числовые значения местных сопротивлений ξ_мi приводятся в курсах гидравлики и специальных справочниках.

Принцип наложения потерь. Пусть между двумя сечениями трубы находится система, состоящая из последовательно соединенных труб разных диаметров и длин и содержащая ряд местных сопротивлений. Если каждое из местных сопротивлений расположено на таком расстоянии от других местных сопротивлений, что их взаимным влиянием можно пренебрегать, то приближенно можно считать потерю энергии во всей системе равной сумме потерь энергии в отдельных ее частях (принцип наложения потерь)

(9)

Неизотермическое движение. При неизотермическом движении газа оно становится неравномерным вследствие изменения плотности. При нагревании газа возникают дополнительные гидравлические потери Δр,вызванные ускорением потока. Рассмотрим начальное 1и конечное 2сечения канала со средними температурами газа t₁и t₂и средними скоростями V₁и V₂. При движении в канале постоянного сечения потери Δр_кинравны удвоенной разности скоростных напоров и определяются по формуле

(10)

где — средняя абсолютная температура газа; — средняя плотность и скорость газа, которые вычисляются по формулам

Коэффициент гидравлического сопротивления ζ_кинхарактеризует неравномерность движения из-за разных плотностей газа. Кроме рассмотренных дополнительных потерь Δр_кин при неизотермическом движении появляется еще один источник изменения энергии потока, вызванный самотягой: вынужденному движению нагретого газа в нисходящих участках канала противодействует подъемная сила, направленная вверх. Потери из-за самотяги определяют по формуле

(11)

где — средние плотности холодной и нагретой жидкости; h — высота вертикального канала.

При нисходящем движении нагретой жидкости Δр_c>0 появляется дополнительное сопротивление в канале, при восходящем Δр_c<0. Общее сопротивление самотяги равно разности значений подъемной силы во всех восходящих и нисходящих участках канала.

Общие гидравлические потери давления определяют как сумму всех видов потерь в элементах устройства:

(12)

Свободная вентиляция ЭС.В результате нагревания воздуха в ЭС его плотность уменьшается по сравнению с плотностью воздуха вне аппарата, появляется разность давлений и воздух через верхние отверстия или жалюзи в корпусе выходит из аппарата, а на его место поступает холодный воздух через нижние отверстия в корпусе. В установившемся режиме перепад давлений Δp_с,вызванный самотягой, уравновешивается гидравлическими потерями Δp_сi на всех участках i ЭС:

.

Гидравлические потери для ЭС с вертикальным шасси вызваны местными потерями Δp_вхна входе в аппарат и выходе Δp_вых из него, потерями на трение Δp_тр о стенки корпуса, поверхности деталей, шасси, а также ускорением потока воздуха из-за его нагревания (местными потерями пренебрегают):

ζ_вх , ζ_вых – гидравлические сопротивления перфораций на дне и крышке устройства.

Преобразуя исходное уравнение получают объемный расход воздуха через устройство G_V, а затем скорости воздуха между ПП.

где T_с – температура воздуха на входе в ЭС; средняя площадь поперечного сечения устройства, свободная для прохода воздуга.

Принудительная вентиляция. Мощность N нагнетателя (насоса, вентилятора и т. д.), необходимая для перемещения теплоносителя, определяется формулой

N=ΔpG_ρ/(ρη)),(14)

где G_ρи ρ — массовый расход и плотность теплоносителя; т) — к. п. д. нагнетателя.

Расход воздуха через ЭС зависит от выбранного типа вентилятора и величины местных сопротивлений в проточной части. Аэродинамическая характеристика вентилятора представляет собой зависимость Δp_В = f(G_V), которая устанавливается опытным путем.

Гидравлическая характеристика разрабатываемого устройства представляет собой степенную зависимость полных потерь от расхода воздуха Δp_С = f(G_V), которая определяется по формуле (9). Фактический расход воздуха соответствует точке пересечения гидравлической характеристики и аэродинамической характеристики выбранного вентилятора рис. 3.

Рис.3 Графическое определение расхода воздуха через устройство

1- аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора; 2- характеристика малогабаритного осевого вентилятора; 3- характеристика центробежного вентилятора со сниженным уровнем шума; 4- гидравлическая характеристика устройства ЭС

После определения фактического расхода воздуха через устройство ЭС в целом и в каждом канале между платами производится выбор критериальных уравнений, описывающих процесс теплообмена и расчет температур.