Теплообменники

Приведённые выше данные о коэффициентах местных сопротивлений отно­сятся к движению жидкости с нормальным (выровненным) полем скоростей. В теплообменных аппаратах местные сопротивления расположены настолько близ­ко одно к другому, что поток между ними не успевает выравниваться, поскольку вихреобразования, возникающие при проходе через местное сопротивление, ска­зывается на значительном протяжении вниз по потоку. В результате взаимного влияния местных сопротивлений значения их коэффициентов сопротивления от­личаются от рассмотренных выше, когда каждое местное сопротивление исследо­валось отдельно. Значения коэффициентов местных сопротивлений отдельных элементов теплообменных аппаратов, полученные непосредственным измерением в теплообменных аппаратах, приведены в таблице 8 (таблица 1-4 [4]).

 

Таблица 8 — Значения коэффициентов местных сопротивлений отдельных элементов теплообменных аппаратов

Наименование местного сопротивления	ζ	Отнесен к скорости
Вход в камеру через входной патрубок (вне­запное расширение и поворот потока) и вы­ход из камеры (внезапное сужение и поворот)	1, 5	В патрубках входа и выхо­да
Поворот на 180° между ходами через про­межуточную камеру	2, 5	В трубках
Поворот па 1 80° через колено в секционных подогревателях (например МВН-2050-62)	2, 0	В трубках
Вход и выход в трубки из камеры	1, 0	В трубках
Поворот на 1 80° в 11-образной трубке (змее-виковый теплообменник)	0, 5	В трубках
Вход в межтрубное пространство с поворо­том потока на 90°	1, 5	В межтрубном пространстве
Выход из межтрубного. пространства с по-воротом потока на 90°	1, 0	В межтрубном пространстве
Поворот на 180° через перегородку в меж­трубном пространстве	1, 5	В межтрубном пространстве
Переход из одной секции в другую (меж-грубный поток)	2, 5.	В межтрубном пространстве
Огибание перегородок, поддерживающих трубы	0, 5	В межтрубном пространстве

Коэффициенты потерь входа в камеру через входной патрубок и выхода из камеры через выходной патрубок относят к скорости во входном или выходном патрубках, которая определяется по формуле

, (26)

где А _пат= π d²/4— площадь проходного сечения патрубка, м²;

G— массовый расход жидкости, кг / с;

r — плотность жидкости (газа), кг / м³.

При расчёте потерь внутри трубок все коэффициенты местных потерь отно­сят к скорости внутри трубок, которая определяется по формуле

 

, (27)

где площадь проходного сечения одной трубки;

d_в — внутренний диаметр трубки;

n_т — общее число трубок в теплообменнике;

z — число ходов; n_т / z — число трубок в одном ходе.

При продольном омывании пучка труб сопротивление трения рассчитывает­ся по формуле (1) для прямых труб, причём в этой формуле эквивалентный диа­метр определяется из выражения (5). Средняя скорость в межтрубном пучке в осевом направлении определяется по формуле

(28)

где -

площадь проходного сечения между трубками, перпендикулярного оси трубок;

D— внутренний диаметр корпуса теплообменника;

d _Н — наружный диаметр трубок.

При наличии сегментных перегородок (рисунок 11) в расчёте потерь по длине
берётся скорость в сегментном вырезе перегородки (над перегородками), которая
определяется по формуле

, (29)

где

-

площадь сегмента за вычетом площади трубок (см. Рисунок 11 а)

N_c – количество трубок в сегментном вырезе перегородки;

_с – центральный угол сегмента в градусах.

сегментная перегородка

Рисунок 11 – Сегментная перегородка

 

Эквивалентный диаметр сечения над перегородкой в этом случае определяет­ся по формуле

.

(30)

При расчёте местных сопротивлений в межтрубном пространстве все коэф­фициенты местных сопротивлений относят к максимальной, скорости жидкости при движении её между перегородками

, (31)

где -

площадь минимального проходного сечения для прохода жидкости между пере­городками (см. рисунок 11 б) в направлении, перпендикулярном оси трубы;

y₀— зазор между корпусом и крайней трубкой; у — зазор между трубками;

h— расстояние между перегородками;

т — количество зазоров между трубками в ряду у кромки перегородок.

 

Сопротивление поперечно омываемых пучков труб. Коэффици­ент сопротивления поперечно омываемого пучка труб зависит от количества ря­дов и расположения труб и от числа Рейнольдса. Для расчёта коэффициента со­противления пучка труб предложено ряд зависимостей [4, 5, б]. Однако эти зави­симости довольно сложны и применяются для уточнённых расчётов, когда из­вестна геометрия пучка труб. Для приближённых расчётов можно пользоваться формулой [4]

, (32)

где К — количество рядов трубок, пересекаемых поперечным потоком (при на­личии поперечных перегородок учитываются все ряды труб, захваченных перего­родкой, и половина рядов труб, выступающих из неё).

Значение критерия Rе здесь определяется по формуле

, (33)

где у — зазор между трубками;

w_макс — максимальная скорость потока при поперечном омьвании пучка труб;

ν — кинематическая вязкость. _:

На практике встречаются теплообменники, в межтрубном пространстве ко­торых устанавливаются кольцевые и дисковые поперечные перегородки (напри­мер, маслоохладители турбоустановок завода Пергале). Расчёт площади проход­ных сечений для жидкостей в этом случае производится по следующим форму­лам:

а) между корпусом и диском

; (34)

б) в вертикальном сечении — между перегородками

; (35)

в) внутри кольца

,

 

где D₀=(D₁+D₂)/2 — средний диаметр;

D— внутренний диаметр корпуса, м;

D₁ и D₂ — диаметр проходного сечения и диаметр диска, м;

d _н – наружный диаметр трубки, м;

s – шаг между трубками, м;

h – расстояние между перегородками, м;

η =0, 8 0, 85.

Диаметр диска определяется по формуле

,

где n_т — число трубок в трубной доске; η имеет прежнее значение.

Размеры D_0, D₂ и h должны быть так подобраны, чтобы скорость жидкости во всех сечениях была одинаковой:

,

где V_t=V/t— объёмный расход жидкости, м³/с.