Файл: Романков, П. Г. Гидромеханические процессы химической технологии.pdf

67. Р а з у м о в И . М . П с е в д о о ж и ж е н и е и п н ев м о т р а н сп о р т сы п уч и х м а т ер и а л о в .

76. Д е м ь я н о в а Е . М ., П а в л у ш е н к о И . С . Н Т К Л Т И им . Л е н с о в е т а .

К р ат к и е со о б щ е н и я . Л ., 1968, с. 21.

77. N a g a t a S. , Y o s h i o k a N. , Y o k o y a m a T . M em . F a c . E n g . K y o to U n iv .,

82. W h i t е А . М ., B r e n n e r Е. , P h i l l i p s G . А . T ra n s. A m . In st. C h em . E n g .,

Г л а в а 6

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ, НЕКОТОРЫХ АППАРАТОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

При проектировании химических заводов и установок необхо­ димо определение гидравлических сопротивлений при прохождении потоков по коммуникациям и через отдельные аппараты. Расчет гидравлических сопротивлений определяет выбор давления, необ­ ходимого для транспортирования газов и жидкостей, а следова­ тельно, и выбор компрессоров, вентиляторов и насосов.

Гидравлическое сопротивление, рассчитанное для расположен­ ных последовательно отдельных аппаратов, суммируется:

П

1=1

Гидравлическое сопротивление ограничивает скорости потоков, так как высокие скорости вызывают увеличение гидравлических сопро­ тивлений.

При выборе, например, насоса по напору и по мощности мы рассчитываем полный напор, развиваемый насосом, А р 0бщ как сумму напора, затрачиваемого на сообщение потоку скорости (Арск), напоров на преодоление трения (Артр) и местных сопротив­ лений (Арм. с ), на подъем (А р ПоД) и дополнительного напора (АрД|?п), зависящего от разности давлений в начале и конце системы (при изотермическом течении).

При расчете гидравлического сопротивления учитывают две со­ ставляющие: 1) потерю давления по длине на преодоление трения АрТр с учетом режима движения потока и 2) местные сопротивления Арм. с, возникающие при прохождении потока через внезапные из­ менения сечения, арматуру и т. д.

где X = f(R e)— коэффициент сопротивления, величина которого зависит от режима течения; L —длина трубопровода или канала;

26Q

dg— эквивалентный диаметр сечения потока; ну— средняя скорость потока, р — плотность потока.

Как было показано выше (стр. 61), при ламинарном режиме

где £ — коэффициент местного сопротивления, обычно определяе­ мый экспериментально как отношение замеренного перепада давле­

Средние значения коэффициентов местных сопротивлений при­ ведены в учебной и справочной литературе [2].

Каналы переменного сечения часто образуются, например, в трубчатых реакторах при необходимости турбулизации потока (т. е. увеличения длины трубок при условии сохранения постоянным вре­ мени реакции) с помощью турбулизирующих вставок. В качестве турбулизаторов часто используют вставки (рис. 6-1), представляю­ щие чередование конусных элементов (типа «конфузор — диффу­ зор»). При движении потока по кольцевому каналу переменного

261

сечения, образованному внутренней поверхностью трубки и встав­ кой, в качестве определяющего линейного размера для расчета чи­ сла Re, критерия Нуссельта, величины Ар и др. [3] рекомендуется использовать эквивалентный диаметр кольцевого канала постоян­ ного сечения, имеющего такой же объем, как и канал с переменным сечением.

Гидравлическое сопротивление канала рассчитывается по фор­ мулам (6-2) и (6-5). Установлено, что увеличение гидравлического сопротивления при использовании турбулизаторов различной формы характеризует энергию, затрачиваемую на вихревое перемещение

Рис. 6-2. Зависимость £/Ф от Re для каналов переменного сечения:

жидкости, что приводит к уменьшению градиента температур в ра­ диальном сечении слоя жидкости, причем поверхность типа «конфузор — диффузор» вызывает относительно меньшее возрастание Ар по сравнению с турбулизаторами других видов, способствуя со­ хранению высоких значений коэффициента теплоили массоотдачи. На рис. 6-2 приведена зависимость отношения £/Ф от числа Рей­ нольдса для вставок двух различных размеров; где Ф — фактор теплопереноса. Если коэффициент теплоотдачи почти не меняется, то из рисунка следует, что гидравлическое сопротивление в кана­ лах с плавным изменением сечения в несколько раз меньше, чем в каналах с быстрым изменением проходного сечения. Такая кар­ тина характеризует сложность поля скоростей в канале перемен­ ного сечения.

ТРУБЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

Гидравлическое сопротивление Ар (в Па или Н/м2) кожухотруб­ ных теплообменников считают также по уравнению:

к,- д +Д/ѵ „ - р£ + 2 і)V« ■-h t + S t)-г-» (6-6)

262

диаметр трубки или межтрубного пространства, м; w — средние ра­ бочие скорости в трубках или межтрубном пространстве теплооб­ менника, м/с; р — плотность потока (при средней температуре), кг/м3; £— коэффициенты местных сопротивлений.

Местные сопротивления в теплообменниках возникают: 1) в ме­ стах входа потока в трубки и выхода из них; 2) в местах входа в

штуцеры и выхода из них; 3) в местах изменения направления по­ тока у различных препятствий и присоединений подводящих или отводящих труб; 4) при потоке, поперечном к трубкам. Если поток в межтрубном пространстве направлен поперечно к трубкам, то величина £ зависит от величины критерия Re, рассчитанного по ско­ рости в просветах между трубками и наружному диаметру трубок (Re = wdaapp/ц), и от способа размещения трубок.

Формулы для определения £ и опытные значения £ приведены в литературе, например [2, 4, 5]. Так, суммарное гидравлическое сопротивление межтрубного пространства кожухотрубного тепло­

263