ТНиС 11

© Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

теплообменные аппараты, необходимо
знать их гидравлические сопротивления.

Рассмотрим в

качестве примера водо-водяной секционный
подогреватель теплового пункта.

Полное гидравлическое сопротивление складывается из потерь
на трение ∆рт и местных сопротивлений ∆рм, МПа:

. (1)

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Сечение А
В С
С Е
dн1
Dн1
D
F
G
dн1
L
L1
L2
L3
A
Теплоносители

и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

труб диаметрами dн/dв=16/13,2 мм и длинами Lтр=2046 или
4086 мм,

закрепленных в трубных решетках, приваренных к
корпусу теплообменника.


Для компенсации температурных деформаций на каждой секции
теплообменника установлен линзовый компенсатор диаметром D.

Греющая вода, как правило, проходит внутри труб, а
нагреваемая – в межтрубном пространстве.

Необходимая поверхность теплообмена набирается из
нескольких секций, смонтированных последовательно (на
предыдущем слайде показано три таких секции).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

L – полная длина канала, м; d – внутренний диаметр

труб
для горячей воды и эквивалентный диаметр межтрубного
пространства – для холодной воды, м;

ρ – плотность теплоносителя при его средней температуре, г/м³;
w – скорость воды, м/с;

λ – коэффициент сопротивления трения, который зависит от
режима движения жидкости и шероховатости канала.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

(Re

и турбулентном (Re>104)
режимах коэффициент трения зависит не только от режима
движения жидкости, но и от шероховатости канала.

При малых значениях Re, когда пограничный слой покрывает
выступы шероховатости, канал считается гидравлически
гладким и λ может быть определен по формуле Блазиуса.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

слоя
уменьшается и может оказаться меньше выступов
шероховатости. Тогда для

гладких и шероховатых каналов
универсальной является формула Альтшуля:
, (4)

где ε=К/d – относительная шероховатость труб, а К –
абсолютная, мм, которую можно выбрать из таблицы:

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

канала и других препятствий (вход, выход,
поворот и др.)

и могут быть определены по формуле, МПа:

, (5)


где ξм – коэффициенты местных сопротивлений (см. табл. на
следующем слайде), остальные составляющие те же, что в
формуле (2).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

И. © НГТУ, 2014

(2) для горячей воды (в
трубах Lт) и холодной воды

(в межтрубном пространстве Lмт), м:

; (6)

. (7)


Здесь n – число секций в подогревателе;
Lтр – длина труб (см. слайд 4);
остальные обозначения в формулах (6) и (7) приведены на
схеме теплообменника (слайд 3).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

∆р – гидравлические сопротивления теплоносителей по
формуле (1), Па;
V

– расходы теплоносителей, м3/с;
η – КПД насосов (η=0,6…0,8).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

m1 и холодного m2 теплоносителей для
известной тепловой нагрузки Q

можно определить из уравнения
теплового баланса теплообменника, Вт:

Q=m1c1(t’1-t”1)η=m2c2(t”2-t’2), (1)

где m1, m2 – расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с;
c1, c2 – теплоемкости теплоносителей, Дж/(кг·К);
t’1, t”1 – температуры горячего теплоносителя на входе и выходе, °С;
t”2, t’2 – температуры холодного теплоносителя на выходе и входе, °С;
η – КПД теплообменного аппарата.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

манометр динамического напора, кг/см2;
4 – дифференциальный манометр избыточного статического

давления, мм. вод. ст.; 5 – барометр;
6 – трубка Пито для измерения полного напора воздушного
потока;
7 – отбор избыточного статического давления воздуха в трубе;
8 – дифференциальная термопара для измерения температуры
воздуха в трубе перед тепловым расходомером t’;
9 – теплоизоляция теплового расходомера;
10 – электронагреватель теплового расходомера;
11 – термометр для измерения температуры воздуха на выходе t”;
12 – потенциометр для измерения ЭДС термопары;
13 – сосуд Дьюара с тающим льдом (0 °С).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

10,3
7,78 8,65
5,5
6,65
Разность полного напора воздуха по

трубке Пито и избыточного статического
давления – это динамический напор hдi,
измеряемый микроманометром 3, кг/м2.

Плотность воздуха в трубе, кг/м3:

, (2)
где ρ0=1,293 кг/м3 – плотность воздуха
при нормальных физических условиях;
В – барометрическое давление, мм рт. ст.;
рст – избыточное статическое давление,
мм вод. ст.; 13,6 – отношение плотностей
ртути и воды;
t’ – температура воздуха в трубе, °С.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Па:

рдi=ghдi=9,81hдi. (3)

Скорости воздуха в сечениях 1…4, м/с:

wi=(2pдi/ρ)0,5.

(4)

Средняя скорость воздуха в трубе, м/с:

w=∑wi/4. (5)

Массовый расход воздуха, кг/с:

m=3,14d2wρ/4. (6)

Здесь d=0,022 м – диаметр трубы.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

трубы (см. слайд 13).
Теплота, отдаваемая электронагревателем, Вт:

Q=ηIUcosφ, (7)

где η=0,94

– коэффициент тепловых потерь;
I – ток, А; U – напряжение, В; Cosφ=0,96.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

t”, t’ – температуры воздуха на выходе и входе, °С;

сp =1003+0,027t – средняя изобарная массовая теплоемкость
воздуха при его средней температуре t=0,5(t”+t’).

Из уравнения теплового баланса (8) массовый расход воздуха,
кг/с:

m=Q/[cp(t”-t’)]. (9)

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014