Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 52
Текст из файла (страница 52)
По мере увеличения скорости число отдельных выступов, выходящих за пределы пограничного слоя, увеличивается, и гидравлическое сопротивление возрастает (рис. 8-12). При больших числах Ве и конечной шероховатости гидравлическое сопротивление определяется только шероховатостью и от Ке не зависит. В этой области по данным 1112) коэффициент сопротивления определяется следующим соотношением: (8-54) (!,74+ 2 !я — ) или приближенно (8-55) %)'" Значение Ке„,р, при котором коэффициент сопротивления становится постоянной величиной, а гидравлическое сопротивление следует квадратичному закону, приближенно может быть определено из сопоставления формулы (8-55) с формулой (8-50), а именно: (8-56) Ке„,р ж 100 —. Кривые на рис. 8-12 могут быть использованы для определения «гидравлической» шероховатости действительных труб.
Для этого необходимо толька для испытуемой трубы снять кривую коэффициента сопротивления и сопоставить ее с кривыми на рис. 8-12. Такой способ определения шероховатости является наиболее надежным и используется довольно широко. в) И з о г н у т ы е т р у б ы. В изогнутых трубах движение жидкости имеет очень сложный характер. Под действием центробежных сил весь поток отжимается к внешней стенке и течет с повышенной скоростью, а в поперечном направлении образуется вто- 27! ричная циркуляция. Несмотря на это, критическое значение Ке получается выше, чем для прямых труб, и притом тем выше, чем круче изгиб (при г(Ю = И5 Ке„р -— — 8000).
Гидравлическое сопротивление изогнутых труб больше, чем прямых. г) Повороты и колена. Повороты, отводы и колена могут быть самыми разнообразными, и данные для расчета их сопротивления имеются в любом справочнике. Они даются или в виде коэффициента сопротивления ь, или в виде эквивалентной длины прямого участка. При пользовании этими данными необходимо сначала выяснить, по какому сечению произведен расчет. В случае неодинаковости входного и выходного сечений это имеет большое значение.
Приведенными в справочниках значениями ь может учитываться либо только сопротивление самого отвода, либо вместе с ним увеличение сопротивления последующих участков, являющееся следствием поворота. Чем больше радиус закругления, тем меньше сопротивление. В тех случаях, когда плавный поворот невозможен, целесообразно делать прямое колено с направляющими лопатками.
При помощи направляющих лопаток не только уменьшается гидравлическое сопротивление, но и обеспечивается равномерное омывание поверхности канала за поворотом. д) П у ч к и т р у б. При продольном омывании пучков труб вдоль оси сопротивление подсчитывается по формулам для прямых каналов, причем в формулы подставляется эквивалентный гидравлический диаметр д„ = 4Я/. При поперечном смывании пучков сопротивление в основном можно рассматривать как сумму местных сопротивлений сужения и расширения. Сопротивление же трения составляет незначительную долю.
Однако в технических расчетах такого разделения не делают, а сразу определяют полное сопротивление по формуле (8-45). При этом значение коэффициента сопротивления достаточно точно определяется следующими соотношениями: для шахматных пучков при х,Ы(х,Я ь = (4+ 6,6т) Ке„~'~~; для шахматных пучков пои х,Я- х,Ы ь=(5,4+ 3,4т) Ке„,~д'; (8-57) (8-58) для коридорных пучков $ = (6+ 9гп) (х,Я) цм Ке (8-59) В этих формулах скорость отнесена к узкому сечению пучка, а физические свойства — к средней температуре потока; т — число рядов в пучке в направлении движения. Формулы (8-57) — (8-59) дают коэффициенты сопротивления при угле атаки ф = 90'.
С уменьшением угла атаки коэффициент со- 272 противления убывает. Значения поправочного коэффициента зд = ГАРЧ!ГАРВВ следующие: Г!Г ...... 90 80 70 60 50 40 30 1О В ..... ! 1 0,95 0,83 0,69 0,53 0,38 0,15 3. Мощность, необходимая для перемещения жидкости. Определив полное гидравлическое сопротивление и зная расход жидкости, легко определить и мощность, необходимую для перемещения рабочей жидкости через аппарат. Мощность на валу насоса или вентилятора определяется по формуле 11Г = Г' АРГГ! = ы ОРИГ! (3-59) где Тà — объемный расход жидкости; Гà — массовый расход жидкости; Гдр — полное сопротивление; р — плотность жидкости или газа; Ч вЂ” к. п.
д. насоса или вентилятора. При выборе оптимальных форм и размеров поверхности нагрева теплообменника принимают наивыгоднейшее соотношение между поверхностью теплообмена и расходом энергии на движение теплоносителей. Добиваются, чтобы указанное соотношение было оптимальным, т. е. экономически наиболее выгодным. Это соотношение устанавливается на основе технико-экономических расчетов [37, 71, 791. ГЛАВА ДВВВГАЯ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ УСТРОЙСТВ 9-4. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Для расчета и проектирования теплообменных аппаратов необходимы численные значения коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления. Но надежные формулы для определения этих коэффициентов далеко не охватывают всего многообразия случаев, встречающихся в практике.
Применение в технических расчетах таких формул или произвольных комбинаций из них часто приводит к большим расхождениям с действительностью. Главной причиной этих расхождений является то, что условия движения жидкости и теплообмена в действительных тепловых устройствах отличны от условий, наблюдавшихся в экспериментах, на основе которых получены эти формулы. Обычно экспериментальные установки строятся так, чтобыдвижение рабочей жидкости происходило полным сечением с равномерным распределением скоростей, чтобы не было искусственных завихрений потока и т. д.
В действительных тепловых аппаратах условия движения и теплообмена в большой мере зависят от расположения поверхности нагрева, наличия поворотов и особенностей конфигурации каналов. Подробное исследование различных теплообменных устройств показало, что„ распределение скоростей по сечению каналов, как правило, неравномерно, а за поворотами 273 всегда образуются застойные участки, следовательно, разные элементы поверхности нагрева работают в неодинаковых условиях. Если условия движения рабочей жидкости в аппаратах сравнить с условиями движения жидкости в лабораторных условиях, то окажется, что между собой они не подобны. Поэтому законы теплообмена, полученные из опытов в таких идеализированных условиях, непосредственно переносить на промышленные тепловые установки нельзя.
Механическое применение их приводит к неправильной оценке значений коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления. Изучение законов теплообмена, гидравлического сопротивления и нахождения эмпирических зависимостей, необходимых для расчета тепловых агрегатов, должно производиться на таких экспериментальных установках, в которых геометрические и тепловые условия были бы подобны таковым в действительных теплообменных аппаратах. Итак, чтобы создать рациональную конструкцию какого-либо теплового устройства, в первую очередь необходимо иметь правильное представление о характере движения в нем рабочей жидкости, и для расчета сопротивления и теплообмена следует пользоваться такими зависимостями, в которых все особенности движения уже нашли свое отражение. Знание характера и закона движения позволяет конструктору создать более совершенную конструкцию, а производственнику — эксплуатировать устройство с наибольшей эффективностью.
Поэтому должны быть использованы все методы, которые могут дать представление о движении жидкости и газов в аппаратах. Чтобы выяснить влияние отдельных факторов на работу аппарата, можно произвести ряд подробных исследований его в эксплуатационных условиях. Такие исследования кропотливы, требуют большой затраты труда и средств и не всегда дают надежные результаты. Кроме того, вследствие ряда технических трудностей, возникающих при испытании, и невозможности непосредственных измерений многие стороны явления остаются совершенно неизученными.
Описываемый ниже метод моделирования позволяет характер движения рабочей жидкости, гидравлическое сопротивление газо- ходов и теплообмен в них изучать на уменьшенных моделях. При этом вместо изучения в аппаратах движения горячих газов в модели можно изучать движение холодного воздуха или воды. Модель можно изготовить с прозрачными стенками; в этом случае характер движения рабочей жидкости можно наблюдать визуально и фотографировать. При выполнении определенных условий моделирования движение жидкости в модели оказывается подобным движению горячих газов в образце. Условия моделирования вытекают из теории подобия (см.
5 2-3). Впервые теория подобия к изучению тепловых аппаратов на моделях была применена акад. М. В. Кирпичевым еще в 1923 г. За последние десятилетия его школой была проведена большая работа по разработке теории моделирования [24, 371, ее экспери- 274 ментальной проверке и практическому применению. В настоящее время метод моделирования является надежным и мощным средством, при помощи которого можно изучать работу как существующих, так и вновь проектируемых тепловых аппаратов. В Советском Союзе метод моделирования получил широкое признание и с большим успехом применяется во многих научно-исследовательских институтах, проектных бюро и промышленных предприятиях. Р.х.
УСЛОВИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ Исторически попыток наблюдать движение рабочей жидкости в промышленных аппаратах на уменьшенных моделях было сделано много, но при построении нх никогда не соблюдались условия, необходимые для того, чтобы картина движения в модели получалась подобной картине движения в образце. Поэтому на основе изучения моделей часто приходили к ошибочным выводам. В опытах с моделями слишком малой обычно бралась скорость движения жидкости, она уменьшалась в соответствии с уменьшением геометрических размеров. Чтобы картины движения жидкостей в модели и образце в точности соответствовали друг другу, должно быть выполнено основное условие моделирования — равенство чисел Рейнольдса образца и модели, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
