ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОЖУХОТРУБЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
Для трубного пространства, а также для межтрубного пространства теплообменника без поперечных перегородок
где L - длина одного хода; n - число ходов.
Для коэффициентов местных сопротивлений кожухотрубчатых теплообменников принимают следующие значения ζ:
Tрубное пространство:
вход и выход из теплообменника 1,5
поворот на 180° между ходами или секциями 2,5
вход в трубы и выход из них 1,0
Межтрубное пространство:
вход в межтрубное пространство и выход из него 1,5
поворот на 180° через перегородку 1,5
поворот на 90° в межтрубном пространстве 1,0
Если скорость жидкости в штуцерах больше, чем в теплообменнике, то расчет сопротивлений в штуцерах ведется по скорости жидкости в них.
При наличии поперечных перегородок в межтрубном пространстве гидравлические сопротивления в нем подсчитываются по нижеприведенным формулам при помощи числа Эйлера:
Eu = ∆p/ρw
Коридорные пучки:
Eu = b(34,5m) (S1/d)0,23 Rе-0,26.
Шахматные пучки:
при S1/d < S2/d Eu = b(2 + 3,3m) Re-0,28;
при S1/d > S2/d Еи = b(2,7 + 1,7m) Rе-0,28,
где m - число рядов труб в пучке в направлении движения потока; d - наружный диаметр трубы; S1и S2 - поперечный и продольный шаги между трубами;
b - поправочный коэффициент, зависящий от угла атаки φ (угол между осью трубы и направлением движения потока):
| φ, град | ||||||||
| b | 0,95 | 0,83 | 0,69 | 0,53 | 0,38 | 0,15 |
Скорость потока подсчитывается по самому узкому сечению пучка, значения физико-химических констант берутся при средней температуре жидкости. Число Рейнольдса рассчитывается по наружному диаметру трубы.
Пример 10.1. Жидкость, имеющая плотность ρ= 1200 кг/м3 и динамический коэффициент вязкости μ = 0,002 Па∙с, поступает самотеком из бака с постоянным уровнем в реактор (рис. 10.2).
Рис. 10.2. К примеру 10.1
| Определить максимальный расход жидкости на входе в реактор. Уровень жидкости в баке находится на 6 м выше ввода жидкости в реактор. Трубопровод выполнен из алюминиевых труб с внутренним диаметром 50 мм. Общая длина трубопровода 16,4 м. На трубопроводе имеются три колена и кран. |
В баке и реакторе давление — атмосферное.
Решение: Запишем уравнение Бернулли для сечений 1 и 2:
Так как z1 - z2 = Н; р1 = р2; и w1 = 0, 
Напор H расходуется на все гидравлические сопротивления трубопровода. В последнем уравнении два неизвестных w и λ. Решение может быть найдено методом последовательных приближений.
Определим потери на местные сопротивления:
вход жидкости в трубопровод ζ= 0,5;
кран ζ= 2;
колено ζ = 1,1.
Таким образом Σζ = 0,5 + 2 + 3-1,1 = 5,8.
Исходное уравнение примет вид
6 = w2(1+ (16,4λ/0,05) + 5,8)
В случае движения без трения скорость жидкости
w = (6∙2∙9,81)0,5 = 10,85 м/с.
Примем скорость в случае движения с трением в четыре раза меньше, т.е.
2,71 м/с. Определим при этой скорости коэффициент сопротивления
Rе=ρwd/μ= 2,71∙0, 05∙1200/0,002 = 81300
Отношение е/d для данного случая равно 0,0012, поэтому, используя уравнение, получим
= - 2lg[(0,0012/3,7) + (6,81/81300)0,9]; λ = 0,0234
Определим скорость жидкости при найденном значении коэффициента трения
w = (118,92/(328λ + 6,8))0,5 = 2,87 м/с.
Повторим вычисления
Rе = 2,87∙0,05∙1200/0,002 = 86100
= - 2lg[(0,0012/3,7) + (6,81/86100)0,9]; λ = 0,0233
Совпадение достаточно хорошее, поэтому примем скорость жидкости равной
2,9 м/с. Тогда расход жидкости
V = wπd2 = 2,9π0,052/4 = 0,0057 м3/с = 20,6 м3 /ч.