ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ТЕПЛООБМЕННИКА

При проектировании теплообменного аппарата нужно определить не только площадь поверхности теплообмена, но и гидравлические сопротивления , которые будут определять затраты энергии на привод вентилятора или насоса, подающего теплоноситель в теплообменник.

Гидравлические сопротивления, как и коэффициент теплопередачи, зависят от скорости теплоносителей в аппарате. С увеличением скорости возрастает коэффициент теплоотдачи, что приводит к уменьшению площади поверхности теплообмена, но одновременно увеличивается гидравлическое сопротивление, что обусловливает возрастание затрат энергии на обеспечение движения жидкостей в теплообменном аппарате. В связи с этим скорости теплоносителей в аппаратах следует выбирать в оптимальных пределах, исходя из стоимостей теплообменного аппарата и энергии на привод обслуживающего его насоса или вентилятора.

Полное (общее) гидравлическое сопротивление при неизотермическом движении теплоносителя определяется как сумма всех видов сопротивлений в элементах теплообменника:

∆р = ∆р_тр + ∆р_м + ∆р_т, (6.18)

где ∆р_тр – сопротивление трения;

∆р_м - местные сопротивления;

∆р_т – тепловое сопротивление;

Сопротивление трения определяют по формуле:

∆р_тр = ξ(ℓ/d_э)ρw²/2, (6.19)

где ξ – коэффициент сопротивления трения;

ℓ - длина канала;

d_э – эквивалентный диаметр канала;

ρ - плотность теплоносителя при определяющей температуре;

w – скорость теплоносителя.

При неизотермическом течении теплоносителя величина коэффици-ента ξ зависит не только от числа Re, но и от чисел Gr и Pr. Так, при турбулентном режиме течения

ξ =(0,3164/Re_ж^0,25)(Pr_ст/Pr_ж)^1/3. (6.20)

Местные сопротивления определяют по формуле:

∆р_м =ζ ρw²/2. (6.21)

Коэффициент ζ зависит от вида местного сопротивления (внезапное сужение или расширение канала, изменение направления потока, обте-кание препятствий и т.д.). Значение ζ находят в справочной литературе

Тепловое сопротивление вызвано ускорением потока вдоль поверхности теплообмена вследствие изменения температуры теплоносителя при постоянной площади сечения канала

∆р_т = ρ₂w₂²/2 – ρ₁w₁²/2, (6.22)

где w₁ и w₂ – скорости во входном и выходном сечениях канала;

ρ₁ и ρ₂ – плотности жидкостей во входном и выходном сечениях.

Для капельных жидкостей тепловое сопротивление мало по сравне-нию с полным сопротивлением и им можно пренебречь.

Определив полное гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата по формуле (6.18) , находят мощность насоса (вентилятора), необходимую для перемещения теплоносителя через аппарат:

N = m∆р/(ρη), Вт (6.23)

где m – массовый расход теплоносителя, кг/с;

∆р – полное гидравлическое сопротивление теплообменника, Па;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м³;

η – коэффициент полезного действия насоса или вентилятора.

Контрольные вопросы

1. Что называется теплообменным аппаратом?
2. Где применяются теплообменные аппараты?
3. Какие теплоносители могут использоваться в теплообменных аппаратах?
4. Какие теплообменники применяют по способу передачи теплоты?
5. Какими бывают поверхностные теплообменные аппараты?
6. По каким схемам осуществляется движение теплоносителей в рекуперативных теплообменных аппаратах?
7. Теплообменные аппараты какого типа являются наиболее распространенными и почему?
8. Опишите картину теплообмена в регенеративных теплообменных аппаратах.
9. Опишите картину переноса теплоты в контактных (смесительных) теплообменных аппаратах.
10. Уравнение теплового баланса теплообменника при отсутствии тепловых потерь в окружающую среду.
11. Что называется условным эквивалентом?
12. Как соотносятся изменения температур теплоносителей их условным эквивалентам?
13. Уравнение теплопередачи теплообменного аппарата.
14. Что называется средним логарифмическим температурным напором?
15. По какой формуле определяется средняя разность температур греющей и нагреваемой жидкости в теплообменнике?
16. Формула для среднего логарифмического температурного напора, если температура одного из теплоносителей остается постоянной (испарение или конденсация).
17. В каком случае вместо среднего логарифмического температур-ного напора можно воспользоваться формулой среднеарифметического температурного напора?
18. Как определяется средний температурный напор для теплообменников сперекрестным током и другими более сложными схемами движения теплоносителей?
19. Почему противоточная схема движения теплоносителей в теплообменнике является наиболее эффективной по сравнению с другими схемами?
20. В каком случае противоточная схема движения теплоносителей в теплообменнике не имеет существенных преимуществ перед прямоточной схемой?
21. В каких случаях теплообменник с перекрестным током будет иметь бо'льшую величину коэффициента теплопередачи, чем теплообменник с противотоком?
22. По какой формуле определяется рабочая поверхность теплообменного аппарата?
23. Формула для определения среднего коэффициента теплопере-дачи теплообменника.
24. Как определяют число труб и их длину конкретного теплооб-менного аппарата?
25. Для чего необходимо определять полное гидравлическое сопро-тивление теплообменника?
26. По какой формуле определяется полное (общее) гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата?
27. Формула для определения гидравлического сопротивления трения (сопротивления по длине).
28. По какой формуле определяется коэффициент сопротивления трения?
29. Формула для определения местного гидравлического сопро-тивления.
30. От каких факторов зависит коэффициент местного со носителями к меньшему значительно больше 1,7.против-ления и как его находят?
31. Чем вызвано тепловое сопротивление теплообменника и по какой формуле его определяют?
32. По какой формуле находят мощность насоса (вентилятора), необходимую для перемещения теплоносителя через теплооб-менный аппарат?