ТЕПЛОМАССООБМЕН

Контрольная работа №3

Контрольные вопросы

 

 

19. Каковы   задачи   гидромеханического   расчета   теплообменных   аппаратов?

Ответ

Основной задачей гидромеханического расчета теплообменных аппаратов является определение потери давления теплоносителя при похождении его через аппарат. При течении жидкости всегда возникают сопротивления, препятствующие движению. На преодоление этих сопротивлений затрачивается механическая энергия, пропорциональная перепаду давления Ар. Сопротивления в зависимости от природы возникновения разделяются на сопротивления трения и местные сопротивления.

Гидравлическое сопротивление трения обусловливается вязкостью жидкости и проявляется лишь в местах безотрывного течения жидкости вдоль твердой стенки. При этом сила давления равна силе трения, т. е. Δpf=sF, откуда  . Так как  то это означает, что чем больше вязкость протекающей жидкости, тем больше и сопротивление. Кроме того, сопротивление зависит от скорости ω. Если скорость ниже критической, то сопротивление пропорционально первой степени скорости; если же скорость выше критической, то сопротивление пропорционально квадрату скорости. Потери давления на преодоление сил трения при течении несжимаемой жидкости в каналах на участке безотрывного движения в общем случае рассчитываются по формуле

где l — полная длина канала; d — гидравлический диаметр, который в общем случае найдется как d = 4f/U (f — поперечное сечение канала; U — периметр поперечного сечения); ξ — коэффициент сопротивления трения, безразмерная величина, характеризующая соотношение сил трения и инерционных сил потока; ζ0 — поправка на гидродинамический начальный участок: при наличии перед входом в трубу успокоительного участка ζ0 = 0, при отсутствии успокоительного участка и равномерном распределении скоростей на входе ζ0 = 1,16 для круглой трубы и ζ0 = 0,63 для плоского канала; р и ω— средняя плотность и средняя скорость жидкости или газа в канале.

В практических расчетах поправка ζ0 обычно несущественна и сопротивление трения в трубах и в каналах определяется по формуле

Местные сопротивления обусловливаются вихреобразозанием в местах изменения сечения канала и преодоления отдельных препятствий, например при входе, выходе, сужении, расширении,повороте и т. д. Местные сопротивления определяются по формуле

где ζ — коэффициент местного сопротивления.

В случае неизотермического движения жидкости до недавнего времени сопротивление подсчитывалось так же, как и при изотермическом, и по тем же самым формулам. Влияние же изменения температуры при этом учитывалось лишь тем, что все расчетные величины — скорость, плотность и вязкость — относили к средней температуре жидкости. Однако опытом установлено, что если сопротивление теплообменных аппаратов рассчитывается по величинам, отнесенным к средней температуре жидкости (что вполне целесообразно), то коэффициент сопротивления трения в этом случае является функцией не только числа Re, но также чисел Gr и Рг .

Кроме того, при неизотермическом движении газов движение становится неравномерным вследствие изменения их плотности, а вместе с тем и скорости. Это вызывает дополнительную потерю давления на ускорение газа Δрн, которая при движении в канале постоянного сечения равна удвоенной разности скоростных напоров, а именно

Здесь индексом 1 отмечены величины, отнесенные к температуре в начальном сечении, индексом 2 - в конечном. В случае нагревания газа ΔрH положительно, в случае же охлаждения — ΔрH отрицательно.

При неизотермическом движении должно также учитываться сопротивление самотяги, возникающее вследствие того, что вынужденному движению нагретой жидкости в нисходящих участках канала противодействует подъемная сила, направленная вверх.

Подъемная сила и равное ей по значению сопротивление самотяги определяются соотношением

где ро — средняя плотность холодной жидкости, например, окружающего воздуха; ρ — средняя плотность нагретой жидкости, например, дымовых газов; ha — высота вертикального канала - газохода.

При нисходящем движении нагретой жидкости значение Δрс является дополнительным сопротивлением канала, при восходящем же движении нагретой жидкости сопротивление канала уменьшается на величину Δрс. Общее сопротивление самотягн определяется как разность между значениями подъемкой силы во всех нисходящих и восходящих каналах.

При определении полного сопротивления какого-либо устройства в технических расчетах принято суммировать отдельные сопротивления. Такой способ расчета основан на допущении, что полное сопротивление последовательно включенных элементов равно сумме их отдельных сопротивлений. В действительности это не так, сопротивление каждого элемента зависит от характера движения жидкости в предшествующих участках. В частности, например, сопротивление прямого участка за поворотом значительно выше, чем сопротивление такого же прямого участка перед поворотом. Точно влияние этих факторов может быть установлено лишь экспериментальным путем.

Таким образом,  полное гидравлическое сопротивление теплообменных устройств равно:

К списку задач

Главная