ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

В зависимости от природы возникновения движения гидравличе­ские сопротивления движению теплоносителей различают как сопро­тивления трения, которые обусловлены вязкостью жидкости и проявляются лишь в местах безотрывного течения, и местные сопротивления. Последние обусловливаются различными местными пре­пятствиями движению потока (сужение и расширение канала, обтекание препятствия, повороты и др.). Сказанное справедливо для изотермиче­ского потока, однако если движение теплоносителя происходит в усло­виях теплообмена и аппарат сообщается с окружающей средой, то бу­дут возникать дополнительные сопротивления, связанные с ускорени­ем потока вследствие неизотермичности, и сопротивление самотяги. Сопротивление сам о тяги возникает вследствие того, что вы­нужденному движению нагретой жидкости на нисходящих участках ка­нала противодействует подъемная сила, направленная вверх.

Таким образом, полный напор, необходимый при движении жидко­сти или газа через теплообменник, определится формулой

Dp=SDp_п.т+ SDp_м.с + SDp_у +SDp_с , (20-1)

где SDp_п.т — сумма сопротивления трения на всех участках поверхно­сти теплообмена (каналов, пучков труб, стенок и др.); SDp_м.с—сумма потерь напора в местных сопротивлениях; SDp_у—сумма потерь напора, обусловленных ускорением потока; SDp_с — суммарная затрата напора на преодоление самотяги; SDp измеряется в паскалях.

Так как природа возникновения составляющих сопротивлений в формуле (20-1) различна, то и расчет их ведется раздельно. Потери давления на преодоление сил трения при течении несжимаемой жидко­сти в каналах на участке безотрывного движения в общем случае рас­считываются по формуле

(20-2)

где l—полная длина канала; d—гидравлический диаметр, который в общем случае найдется как d=4f / u (f—поперечное сечение канала; и—периметр поперечного сечения); r и w—средняя плотность жидко­сти или газа в канале, кг/м³, и средняя скорость, м/с; x—коэффициент сопротивления трения; он является безразмерной величиной, характе­ризующей соотношение сил трения и инерционных сил потока (в различных курсах гидравлики и гидроаэродинамики этот коэффициент обозначается l - коэффициент Дарси).

Коэф­фициент сопротивления остается постоянным для каналов l>30d, в случае l<30d необходимо учитывать изменения его на входном уча­стке канала; SDp_п.т измеряется в паскалях.

Коэффициент сопротивления трения зависит от режи­ма движения потока и поэтому при ламинарном и турбулентном тече­нии определяется по-разному. Закономерности движения потока рас­сматриваются в различных курсах гидравлики и гидроаэродинамики.