Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Так как сочетание элементов в ап гара гак может быть самое разнообразное, то заранее учесть их взаимное влияние очень трудно, .практически невозможно. й 40] гидгомехднический Рдсчгт Аппдглтов 277 1 ра4 Ьр =$ —— Й 2 (43) где ге — средняя скорость движения жидкости, м]сек; р — плотность жидкости, кг сек'/м'1 1 — длина канала, м; Н вЂ” эквивалентный диаметр его сечения, м; 1 — коэффициент сопротивления трения, величина безразмерная; при изотермическом движении жидкости определяется только числом Рейнольдса. На основе уже имеюшегося опыта можно утверждать, что работа теплообменных аппаратов в основном определяется характером движения рабочих жидкостей.
Знание условий движения дает возможность правильно выбрать расчетные формулы теплоотдачи и позволяет достаточно точно определить гидравлическое сопр ~тивление. Последнее необходимо как для расчета мощности вентиляторов и насосов, так и для оценки рациональности конструкции аппарата и установления оптимального режима его работы. 1. Гидравлическое сопротивление. При течении жидкости всегда возникают сопротивления, препятствуюшие % е движению.
На преодоление этих со- Ъ противлений затрачивается ме аническая энергия потока. Эту энергию, от- ч песенную к 1 м'протекаюшейжидкости, можно и принято выражать в / l виде перепала давления Ь~ кг/м'. Сопротивления в зависимости от природы возникновения разделяются на со- у противления трения и местные со- 1~ противления. Гидравлическое сопротивление тре- 1д мг ния обуславливается вязкостью жидкости и проявляется лишь в местах движении ж к1ес]та. безотрывного движения жидкости вдоль твердой стенки.
При этом сила давления равна силе трения, т. е. Ьру=вР; откуда Р' Нш Ьр=в —. Так как в=и„—, то это означает, что чем И~ ' больше вязкость, тем больше и сопротивление. Кроме того, сопротивление зависит от скорости и (фиг. 155) Если скорость ниже критической, то сопротивление пропорционально первой степени скорости; если же скорость выше критической, то сопротивление пропорционально почти квадрату скорости. В практических расчетах сопротивление трения определяется по формуле Дарси: Рлсчет тгплоовиепных лппьелтов [". ь 278 где 1 — коэффициент местного сопротивления. В случае неизотермического движения жидкости до недавнего времени сопротивление подсчитывалось так же, как и при изотермическом и по тем же самым формулам. Влияние же изменения температуры при этом учитывалось лишь тем, что все расчетные величины — скорость, плотность и вязкость — относили к средней темпера!нурс жидкости.
Однако, опытом установлено, что если сопротивление теплообменных аппаратов рассчитывается по величинам, отнесенным к средней температуре жидкости(что вполне целесообразно), то коэффициент сопротивления трения в этом случае является функпией не только критерия Рейнольдса, но также критериев Грасгофа и Прандтля (см.
ниже). Кроме того, при неизотерми !еском движении газов движение становится неравномерным вследствие изменения их плотности, а вместе с теи и скорости. Эго вызывает дополнительную потерю давления на. ускорение газа, Ьр„, которая равна удвоенной разности скоросгных пап!ров, а именно: (г!и г!гс 1 2 (ь! — ьд г ро„ ,2 2'! г др =2 !! ! 2" 2 ~ Тт ' 2 (45) Здесь инде сом ! отмечены величины, отнесенные к температуре в начальном сечении, индексом 2 — в конечном и индексом г к средней температуре газа.
В случае нагревания газа др„положительно, в случае же охлаждения — Ьр„отрицательно. При неизотермическом движении должно также учитываться сопротивление самотяги, возникаю!цее вследствие того, что вынужденному движению нагретой жидкости в нисходящих участках канала про гиводействует подьемная сила, направленная вверх. Подъемная сила и равное ейпо величине сопротивление самотяги определяются следующим соотношением: Лр„=(~ — у)Ь кг!м', (46) где т — удельный вес холодной жидкости, например окруо з.
жаюшего воздуха, кг/м; Местные сопротивления обусловливаются вихреобразованием в местах изменения сечения канала и преодоления отдельных препятствий, например, при входе, выходе, сужении, расширении, повороте и т. д. Местные сопротивления определяются по следующей формуле: лр„=!".ь, —, (44) й 401 ГНЛРОЫЕЕАНИЧЕСКИй РАСЧЕТ АППАРАТОВ 279 7 — удельный вес нагретой жидкости, например, дымовых газов, кг/л', Ь вЂ” высота вертикального канала — газохода, м. При нисхо тяшем движении нагретой жидкости значение Ьр, из формулы (46) является дополнительным сопротивлением канала, при восходяшем же движении нагретой жидкости сопротивление канала уменьшается на величину Ьр,.
Общее сопротивление самотяги определяется как разность между значениями подъемной силы во всех нзсходящих и восходящих каналах. При определении полного сопротивления какого-либо устройства в технических расчетах принято суммировать отдельные сопротивления. Такой способ расчета основан на допущении, что сопротивление последовательно включенных элементов равно сумме их отдельных сопротивлений. В действительности это не так, сопротивление каждэго элемента зависит от характера движения жидкости в прелшествуюших участках.
В частности, например, сопротивление прямого участка за повороточ значительно выше, чем сопротивление такого же прямого участка перед поворотом. Точно влияние этих факторов может быть установлено лишь из опыта. Таким образом, полное гидравлическое сопротивление теплообменных устройств равно: ~р„=-у~р,„+~з „+'-'~р„+'-зр, (47) В заключение следует указать, что все данные по гидравлическому сопротивлению, приводимые в справочниках, как правило, получены для изотермнческого движения жидкости. Применение их к расчету сопротивления прн нензотермическом движении должно проводиться с учетом возможных изменений как отдельных величин, так и сопротивления в целом. Как уже указывалось, точный расчет сопротивления— задача грактически невозможная.
Поэтому в ответственных случ-ях сопротивление должно определяться путем эксперимента (см. гл. 10 и 11). 2. Гидравлическое сопротивление элементов. а) Гладкие трубы и каналы при изотермнческом движ е н и и ж н д к о с т и. Прн движении жидкости в прямых трубах коэффициент сопротивления $ является функцией лишь одного критерия Рейнольдса, Йе, фиг.
156. При ламинарном режиме движения А Это, 1ак называемый, закон Пуазейля. Здесь постоянная А зависит от формы сечения и соотношения сторон; числовые значения приведены в табл, 27. РАСЧЕТ ТЕПЛООЕМЕННЫХ АППАРАТОВ 280 [Гл. я При турбулентном режиме движения: для значений тсе = 3 000 —: 100 003 коэффициент сопротивления определяется законом Блатиуса: — о та (49) и для значений ась = 1,10л —:1 10а формулой Никурадзе: (50) Е = 0,0032+ — ',ат. )сева т г, г,о ллт тлб с» ллл ' 7О й З Ф Х Ю 7 Црйе Фиг. 156. Е=У(йе) при иаотермическом движении жидности в прямых гладких трубах.
Вместо формул (49) и (50) можно применять единую формулу П. К. Конакова [40]: 1 (1,З 1Н Яе — 1,б)л ' (51) б) Трубы и каналы при неизотермическом д в и ж е н и и, При неизотермическом движении жидкости коэффициент сопротивления является функцией не одного, а трех критериев: 1се, стг и Рг (фиг, 157). На основе специальных исследований автором получены следующие зависимости (фиг. 158). При ламинарном режиме движения: Е= — — —" 1+022 ~ ~ . (52) При турбулентном режиме движения: (53) 281 й 40] ГидРомехАнический РАсчет Ап!!АРАГОВ 1О ем г «з оьовогг г о в в1о го в 1В-в)ув Фиг. 157.
с =У(йе, ДГ) — взиевевве гидравлического,'сопротивления прв вевзотермическом движении воды в гладкйх трубах. Приведенные формулы (52) и (53) являются более обобтцениыми, чем формулы Пуазейля и Блазиуса, и применимы как при изотермическом, так и неизотермическом движении капельных и упругих жидкостей. В формулу (52) входят три комплекса, первым определяется коэффициент сопротивления при изотермическом движении, вторым — влияние изменения вязкости в пограничном слое и третьим — влияние 10 ° ч „„в "~ в йв овг г е в в 1а го ео 10 '.тте, Фиг.
1аа. 1=1 ()7е,бг, Рг) дрв невзотермическом движении каяельзых жидкостей в глалквх трубах. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ [ гя 282 Таблица 27 ~а я Форма сечения 64 57 53 95 96 б а О, 58а 2а 1 Круг диаметром Ы . 2 Квадрат со стороной а 3 Равносторонний треугольник со стороной л 4 Кольцо шириной а .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
