Зависимости для расчета гидравлического сопротивления при поперечном обтекании пучка труб

Сопротивление пучка является функцией скорости потока, конфигурации пучка и физических параметров об­текающей жидкости. Для жидкостей, плотность которых постоянна, сопротивление пучка р = f(ω, S1, S2, d_H, z, µ, p), где S1 и S2 - поперечный и продольный шаги пучка; z - число рядов труб в пучке; µ и р - коэффициент динами­ческой вязкости и плотность теплоносителя; d_H - на­ружный диаметр трубы (рис. 3.1-3.4).

В безразмерной форме эта зависимость будет сле­дующей:

(3.22)

где Eu = P/pω² – число Эйлера.

Рис. 3.1. Номограмма для определения коэффициента сопротивления коридорных пучков

Рис. 3.2. Номограмма для определения коэффициента сопротивления шахматных пучков

Рис. 3.3 Коэффициент гидравлического сопротивления одного ряда труб при поперечном обтекании в кожухотрубчатых теплообменниках с сегментными перегородками и расположением труб по квадрату [28]

Рис. 3.4. Коэффициент суммарного гидравлического сопротивления при движении жидких теплоносителей в межтрубном пространстве типовых кожухотрубчатых теплообменников с трубами d = 25мм и L = 6м, расположенными по квадрату (коэффициент сопротивления одного аппарата) [29]

Число Рейнольдса рассчитывают по наружному диаметру трубы; скорость потока - по самому узкому сечению пучка труб; значения физико-химических констант берут для средней температуры потока.

Для практического определения гидравлического со­противления пучков труб при поперечном омывании их по­током теплоносителя широко применяют результаты мно­гочисленных экспериментальных исследований [14, 28].

При разработке номограмм для коридорных пучков (рис. 3.1) за основу принимают сопротивление пучков с расположением труб по вершинам квадрата [14]. Опреде­ляющим при этом является продольный относительный шаг b = S/d. Для пучков с иными шагами в зависимости от их величины и числа вводят графически определяемую по­правку u.

При разработке номограмм для шахматных пучков (рис. 3.2) за основу принимают пучки с расположением труб по равностороннему треугольнику [14]. Для пучков с иным расположением труб в основной график, учитываю­щий влияние поперечного относительного шага а = S₁/d, также вводят поправку и в зависимости от шагов и числа Re.

Номограммы составлены исходя из отношения коэф­фициента сопротивления к одному ряду многорядного пуч­ка.

При определении гидравлического сопротивления многорядного пучка по этим номограммам нужно пользо­ваться формулой

(3.23)

При расчете коэффициента сопротивления λ₁ для ко­ридорных пучков с любым расположением труб сначала определяют член λ₁ /u

по продольному относительному ша­гу b, далее - множитель и по вспомогательному графику, а затем λ₁ = λ₁ /u. Для шахматных пучков коэффициент со­противления рассчитывают так же, только величину λ₁ /u находят на основе поперечного относительного шага а.

Зависимости на рис. 3.3 и 3.4 [28] могут быть исполь­зованы для расчета сопротивления в аппаратах с располо­жением труб и по треугольнику, однако при этом расчет дает несколько завышенное значение Р (на 20-30 %).

3.3. Расчет сопротивлений трубопровода
и включенных в него аппаратов

Теплообменные аппараты включаются в трубопрово­ды, входящие в состав насосных установок, образующих технологические схемы различных пищевых или химиче­ских отраслей промышленности. Расчету подлежит схема насосной установки, предлагаемая в задании на проектиро­вание.

Разбивка трубопровода насосной установки на участки: всасывающая линия, участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника, теплообменник, участок напорного трубопровода от теплообменника до конечной точки

Трубопровод состоит из всасывающей и напорной ли­ний. Всасывающая линия - трубопровод от источника (при­емного бака) до насоса. Напорная линия - участок трубо­провода от насоса до конечной точки трубопровода в рас­четной схеме с включенным в него теплообменником:

- участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника; - теплообменник;

- участок напорного трубопровода от теплообмен­ника до конечной точки трубопровода.

Разбивка трубопровода на перечисленные участки обусловлена отличиями ни них либо скоростей движения теплоносителей, либо их температур, а в конечном итоге - разными значениями чисел Рейнольдса.