Определение проходных сечений и скоростей теплоносителей

Для расчета теплообменных аппаратов необходимо знать величины скоростей, с которыми теплоносители двигаются как внутри трубок поверхности теплообме­на, так и в различных зонах межтрубного пространства аппаратов. Средняя ско­рость теплоносителя вычисляется по зависимости

(90)

где G – часовой массовый расход теплоносителя, кг/ч;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м³;

f– проходное сечение для теплоносителя, м².

Площадь живого сечения по внутритрубной стороне аппарата определяется соотношением

(91)

где d_вн – внутренний диаметр трубок, м;

n– количество трубок в одном ходе аппарата.

Площадь живого сечения для прохода теплоносителя в межтрубном простран­стве при поперечном омывании прямых трубок определяется по сечению, проходящему через оси поперечного ряда трубок, за вычетом площади, занятой трубками. На рис. 6 представлен вариант шахматной компоновки трубного пучка:

Рис. 6. Межтрубное пространство аппа­рата с шахматной компоновкой трубного пучка. 1 трубка поверхности теплообмена, 2 перегородка, 3 стенка корпуса

f = b (a - n d_н), (92) (1.15)

где а и b размеры участка в расчетном сечении, м;

n число трубок в поперечном сечении.

При продольном течении теплоносителя вдоль трубок в кожухе проходное се­чение рассчитывается по формуле

(93)

где n количество продольно обтекаемых трубок в расчетном сечении;

F_о площадь поперечного сечения кожуха, м²:

– для цилиндрического кожуха ,

– для прямоугольного кожуха F_о = a∙b,

где D внутренний диаметр корпуса аппарата, м;

а и b размеры поперечного сечения прямоугольного корпуса аппарата, м.

Усреднение проходных сечений при неравномерном изменении их по ходу рабочего тела, но одинаковом характере омывания поверхности теплообмена производится по формуле [7]

(94)

где F₁, F₂, F_i поверхности теплообмена участков с одинаковым характером омы­вания, м²;

f₁, f₂, f_i проходные сечения соответствующих участков, м².

При плавном изменении проходного сечения усреднение производится по формуле

(95)

где f_вх, f_вых проходные сечения на входе и выходе из участка соответственно, м².

Для расчета гидродинамического сопротивления аппаратов необходимо знать величину эквивалентного диаметра проходного сечения.

Эквивалентный диаметр проходного сечения определяется соотношением

(96)

где f проходное сечение, м²;

П смоченный периметр сечения, м.

В частных случаях значение d_э определяется следующим образом:

— для круглого сечения (трубка диаметром d_вн): d_э= d_вн;

— для прямоугольного сечения размерами a x b:

— для кольцевого сечения с соответствующими наружным и внутренним диаметрами d_н и d_вн : d_э= d_н -d_вн;

— для продольного обтекания пучка прямых трубок в круглом корпусе:

где f_мт проходное сечение в межтрубном пространстве, м²;

D_вн внутренний диаметр корпуса, м;

N количество трубок в пучке;

d_н наружный диаметр трубок, м.

Допустимые пределы изменения скорости воды в трубках зависят от качества воды и материала трубок. Обычно для конденсаторов и маслоохладителей, охлаж­даемых циркуляционной водой, рекомендуются значения скоростей, приведенные в табл. 2.

Поскольку увеличение скорости воды требует повышенных затрат на ее перекачку, расчетная скорость воды при номинальном расходе обосновывается технико-экономическими расчетами и обычно находится в пределах 1,8...2,0 м/с. Минимальная скорость воды в трубках поверхности охлаждения должна быть не менее 1,0...1,3 м/с, что позволяет избежать быстрого загрязнения трубок.

Табл. 2 Максимальная скорость воды в трубках конденсаторов и маслоохладителей