9.3.11 Гидравлический расчет теплообменного аппарата

Целью расчета является определение величины гидравлического сопротивления, вносимого теплообменником в систему теплотехнических трубопроводов, и определение мощности, необходимой для перемещения теплоносителя.

Для прохода через теплообменный аппарат теплоносители должны подаваться под некоторым избыточным давлением, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление аппарата.

Потери давления (напора) по трубному и межтрубному пространствам (Па)

, (9.49)

где l – коэффициент трения, выбираемый по графикам; l – длина одного хода, трубы, канала и др., м; n – число ходов, труб, витков и каналов; – эквивалентный диаметр трубы, канала, межтрубного пространства, рубашки спирального канала, м; – сумма коэффициентов местных сопротивлений; W - массовая скорость среды, кг/(с м2 );r – плотность среды, кг/м3.

Коэффициент трения: а) для ламинарного течения среды ( Re > 2300): в трубах круглого сечения ; в каналах некруглого сечения ; а) для турбулентного сечения (применяется при Re > 100000).

Гидравлическое сопротивление аппарата с рубашкой состоит из потери напора на трение теплоносителя в рубашке и местных сопротивлений входа и выхода.

Потеря давления в изогнутой трубе (змеевике) больше, чем в прямой трубе (Па):

, (9.50)

Безразмерный поправочный коэффициент вычисляют по формуле

, (9.51)

где d – внутренний диаметр трубы, м; D – диаметр витка змеевика, м.

Потеря давления в прямой трубе (Па)

, (9.52)

где – длина трубы, из которой навит змеевик, м.

Потеря давления в спиральном теплообменнике определяется по формуле (9.49). Коэффициенты местных сопротивлений и зависят от отношения площадей поперечного сечения входного и выходного патрубков.

Гидравлическое сопротивление многопакетного, многоходового пластинчатого теплообменного аппарата при одинаковом числе каналов во всех пакетах выражается уравнением

, (9.53)

где - коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины межпластинного канала; и –приведенная длина и эквивалентный диаметр одного межпластинного канала, м; r – плотность рабочей среды, кг/м; - линейная скорость рабочей среды, м/с; V – объемный расход, м3/ с; f – площадь сечения канала, м2 , m – число каналов в пакете; x – число последовательно включенных каналов или число пакетов в секции.

Мощность, затраченная на преодоление гидравлических сопротивлений (кВт)

, (9.55)

где V – расход теплоносителя , – полная потеря напора, Па; h –КПД машины или насоса, создающего напор.

По подсчитанной мощности нужно выбрать насос для подачи теплоносителя.

Механический расчет теплообменного аппарата состоит из проверки на прочность отдельных узлов и деталей, и сводится к определению их номинальных расчетных размеров (толщины стенок, фланцев и т.п.), которые должны обеспечить им необходимую долговечность.