Опір течією рідини

Матеріал з РосТепло Енциклопедія теплопостачанні

зміст розділу

При русі рідини (газів) виникають два види опорів, які призводять до незворотної - втраченої енергії руху:

-втрати на тертя;

-втрати на місцеві опори (звуження, розширення, поворот, злиття, поділ, засувки, шибера, крани, вентилі і т.п.).

ΣhПОТ = ΣhТР + ΣhМ, Па (мм вод. Ст).

Сказане справедливо для ізотермічного потоку, однак якщо рух теплоносія відбувається в умовах теплообміну і агрегат сполучається з навколишнім середовищем, то будуть виникати додаткові втрати тиску, пов'язані:

- з прискоренням потоку внаслідок неізотермічних (зміни обсягу теплоносія при постійному перерізі каналу);

- з геометричним напором при русі теплоносія зверху вниз, тобто зворотне дії підйомної сили (при русі знизу вгору геометричний напір сприяє руху і його потрібно вичитати з суми втрат).

Тому загальний опір руху теплоносія через теплообмінник (агрегат) визначається формулою:

hПОТ = ΣhТР ± Hу ± hГЕОМ + ΣhМ, Па (мм вод. ст.).

Втрати тиску на тертя (hтр).

При ламінарному режимі: hтр = 64 ⋅ l ⋅ W2t ⋅ ρt / (Re * d * 2), Па.

Тут все величини, що залежать від температури рідини або газів відносяться до дійсної температурі потоку, де: é - довжина каналу (труби), в м; d - приведений діаметр або діаметр, в м. (розділивши на прискорення вільного падіння g = 9,8 м / с2, отримаємо втрати тиску в мм вод. ст.).

Формула Блазіуса для руху рідини і газів по гладким металевим трубам і для 4000 ≤ Re ≤ 100000:

при турбулентному режимі: hтр = 0,3164 ⋅ l ⋅ W2t ⋅ ρt / (Re0,25 * d * 2), Па

Формула Блазіуса для руху рідини і газів по шорстким металевим трубам і для 4000 ≤ Re ≤ 100000:

hтр = 0,129 ⋅ l ⋅ W2t ⋅ ρt / (Re0,12 * d * 2), Па

При високої турбулентності потоку рідини або газу ламінарний шар біля поверхні зникає. Тільки нерівності і виступи на поверхні впливають на коефіцієнт опору, і незалежно від значень числа Re коефіцієнт опору визначається тільки шорсткістю поверхні стінок каналу, тобто

hтр = 0,19 3√ K ⋅ l ⋅ W2t ⋅ ρt / (√d * d * 2), Па - формула ЦКТИ,

де К - середня висота виступів шорсткою стінки, в мм. Має наступні значення: сталеві нові труби 0,04 ÷ 0,17 мм; чавунні нові труби 0,21 ÷ 0,42 мм; забруднені металеві труби 0,75 ÷ 0,9 мм; цегляні канали 0,8 ÷ 6,0 мм; чисельне значення d в вираженні √ К / d записується в мм.

Такий режим руху, коли коефіцієнт опору не залежить від числа Re називають автомодельного режимом руху.

Для руху газів по цегляним каналах і для Re ≤ 100000 (по М.М. Доброхотова):

hтр = 0,175 ⋅ l ⋅ W2t ⋅ ρt / (Re0,12 * dекв * 2), Па.

Для руху рідини по мідним, латунним, скляним, залізним, чавунним, бетонним трубах і для всіх значень Re ≥ 2300 (по А.Д. Альтшуль):

hтр = 0,1 (1,46K + 100) 0,25 ⋅ l ⋅ W2t ⋅ρt / d (* Re * d * 2), Па.

Таблиця 7.11.

Граничні значення «К» для різних матеріалів труб (по А.Д. Альтшуль) Матеріал труб Стан труб К, мм Тягнені зі скла і кольорових металів Нові, технічно гладкі 0,000-0,002 Безшовні сталеві Нові, чисті 0,010-0,020 Сталеві зварні Нові, чисті 0,030-0,100 Безшовні сталеві Після кількох років експлуатації 0,150-0,300 сталеві зварні Сильно заіржавілі або з великими відкладеннями 2,000-4,000 Чавунні Нові асфальтовані 0,000-0,160 Чавунні Нові без покриття 0,200-0,500 Чавунні вживані 0,500-1,500 Чавунні Дуже старі до 3,000 Бетонні Нові з редварітельно напруженого бетону 0,000-0,05 Бетонні Нові з необробленого бетону 1,000-3,000

Для руху газів або повітря по трубах трубчастих і щілинах пластинчастих (з гладкими стінками) підігрівачів повітря з еквівалентним діаметром d е = 20 ÷ 60 мм зі швидкостями руху потоку 5-30 м / с при t ≤ 300 ° С і до 45 м / с при t > 300 ° С

hтр = 0,335 (K / d е) 0,17 ⋅ Re-0,14 ⋅ l ⋅ W2t ⋅ ρt / (dекв * 2), Па (з «Аеродинамічного розрахунку котельних установок» під ред. С.М. сеча)

Опір пучків труб при поздовжньому їх омивання (уздовж осі труб) розраховуються за тими ж формулами, що і при перебігу рідин або газів за прямими трубах, причому замість величини їх діаметра підставляється величина еквівалентного діаметра - dекв.

Опір пучків труб при поперечному обтіканні слід розглядати як суму опорів тертя і місцевих опорів. Так як в цьому випадку опір тертя становить мізерну частку місцевих опорів, то повний опір пучків труб може бути визначено за формулами ОТІ.

Для шахових пучків

Файл: Example.jpg

при (1 - d / S'2) / (S1 / d - 1) ≤ 0,53

hпш = (1,4 (z + 1) ⋅ Re-0,25) / (ρ ⋅ W2), Па

при (1 - d / S'2) / (S1 / d - 1)> 0,53

hпш = (1,93 (z + 1) * √ ((1 - d / S'2) / (S1 / d - 1)) ⋅ Re-0,25 / (ρ ⋅ W2), Па

де: S1 - поперечний крок в м, S'2 - діагональний крок в м, d - зовнішній діаметр труб в м, ρ - щільність теплоносія при середній температурі теплоносія в пучку в кг / м3, W - середня швидкість потоку в вузькому перетині пучка , z - кількість рядів труб по глибині пучка.

Для коридорних пучків

при (S2 / d - 0,8) / (S1 / d - 1) ≤ 1

hпк = 0,265 ((S2 / d - 0,8) / (S1 / d - 1)) 2⋅ z ⋅ Rem / (ρ ⋅ W2), Па

при (S2 / d - 0,8) / (S1 / d - 1)> 1

hпк = 0,265 ((S2 / d - 0,8) / (S1 / d -1)) 2 ⋅ z ⋅ Rem / (ρ ⋅ W2), Па

де S1 і S2 - поперечний і поздовжній кроки в коридорних пучках, m - показник ступеня:

при S2 / d ≥ 1,24

m = 0,88 ⋅ ((S1 / d - 1) / (S2 / d -1) - 0,1) 0,138 - 1

при S2 / d <1,24

m = 0,88 ⋅ ((S2 / d) / 1,24) 0,7 ⋅ ((S1 / d - 1) / (S2 / d -1) - 0,1) 0,138 - 1

Наведені формули справедливі при: 6 ⋅ 103 <Re <⋅104; значеннях (1 - d / S'2) / (S1 / d - 1) від 0,25 до 2,5 для шахових пучків; значеннях (S2 / d - 0,8) / (S1 / d - 1) від 0,2 до 6,5 для коридорних пучків.

Втрати тиску на прискорення потоку внаслідок неізотермічних (Hу)

hy = ± ρ2 ⋅ W 22 - ρ1 W 21, Па

де: W1ρ1 і W2ρ2 - швидкість, м / с і щільність теплоносія, кг / м3, відповідно у вхідному і вихідному перетинах каналу. Для крапельних рідин hy незначно (мало) в порівнянні із загальним опором руху потоку теплоносія і це опір в даному випадку не беруть до уваги.

Втрати тиску на геометричний напір (hгеом)

Якщо теплообмінник (агрегат) сполучається з навколишнім середовищем, необхідно враховувати явище Самотяга.

hгеом = ± g ⋅ (ρ - ρ0) ⋅ Н, Па,

hгеом = ± (ρ - ρ0) ⋅ Н, мм вод ст.,

де: Н - відстань по вертикалі між входом і виходом теплоносія в м; ρ і ρ0 - середні щільності теплоносія і навколишнього повітря в кг / м3; g - прискорення вільного падіння (прискорення сили тяжіння) в м / с2

Знак плюс береться при русі теплоносія зверху вниз, знак мінус - при русі знизу вгору.

Втрати тиску на місцеві опори (hм)

hм = ζ⋅ W2t ⋅ ρt / 2, Па де: - ζ коефіцієнт місцевого опору, що характеризує місцеве порушення усталеного руху.

Значення коефіцієнтів різних місцевих опорів, що мають ймовірність зустрітися при здійсненні модернізації - ремонту або будівництва котла, наведені в табл. 7.12; 7.13; 7.14.

Коефіцієнти місцевих опорів для однофазної середовища

Коефіцієнти місцевих опорів для пароводяної середовища

Коефіцієнти місцевого опору введення пароводяної суміші в горизонтальні труби, що відводять прийняті рівними коефіцієнту для однофазної середовища.

Коефіцієнт місцевого опору виходу пароводяної суміші з труб в обсяг, в тому числі і в колектори з розосередженим підведенням і відводом, прийнятий рівним ζ = 1,2.

Коефіцієнт опору згинів і колін із закругленими краями при русі пароводяної суміші залежать від розташування і довжини ділянок труби за поворотом. Для котлів з природною циркуляцією, а також для котлів з примусовим рухом середовища при Wρ ≤ 1200 кг / (м2 ⋅ с) в середньому прийняті наступні значення коефіцієнтів місцевого опору:

- горизонтальний або невеликий (l / d <10) вертикальний або похилий ділянку (наприклад при повороті перед входом в колектор) ζ м = ζ пов;

- похила ділянка (l / d> 10) з кутом підйому не більше 15 ° ζ м = 2 ζ пов;

- вертикальний або похилий ділянку з кутом підйому більше 15 ° при l / d> 10 ζ м = 4 ζ пов;

- опускний вертикальний або похилий ділянку (кут повороту труби більше 90 °) при l / d> 10 ζ м = 2 ζ пов;

де: ζ пов - коефіцієнт місцевого опору даного повороту при русі однофазної середовища.

Коефіцієнти опору входу пароводяної суміші в вертикальні і похилі труби з колекторів см. Табл. 7.12. п.2.

Значення коефіцієнтів опору запірних пристроїв наведені в табл. 7.13.

Значення коефіцієнтів опору пальників по вторинному повітрю наведені в табл. 7.14.

коефіцієнти опору запірних пристроїв Тип і найменування запірного пристрою Схема запірного пристрою Коефіцієнт опору ζ * Засувки типу «Лудлов» D, мм 50 80 100 150 і болеее ξ 0,5 0,4 0,2 0,15 Засувки звужені D / d 1, 0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 ξ 0,15 0,25 0,7 1,3 2,3 3,9 Вентилі литі прохідні 4,5 Вентилі ковані і штамповані 7,0 Вентилі з похилим шпинделем - 1,8 Клапани зворотні литі 7,0 Клапани прямоточні вертикальні - 1,0 Крани прохідні 1,0

* Значення коефіцієнтів ζ дійсні при наявності прямого ділянки за запірним пристроєм L ≥ 12D.

Коефіцієнти опору пальників по вторинному повітрю Тип пальників Назва та схема пальників Коефіцієнт опору ζ Примітки 1 2 3 4 Пиловугільні і пилогазові пальника Вихрова Пальник для Екібастузського вугілля При α = 45 ° ζ = 3,3; при α = 60 ° ζ = 8,5 (за даними ЗиО) Значення ζ віднесено до динамічного тиску в циліндричному каналі на виході 1 2 3 4 Щілинні Поворотна кутова 1,5 Значення ζ віднесено до динамічного тиску в гирлі. Для розрахунку швидкості приймається, що вторинне повітря проходить зовні труби аеросуміші по перетину площею (a + b) ⋅c Щілинні УЩ-3 2,2 Ставлення розрахункових перетинів виходів для вторинного повітря і для первинного повітря одно 4,3. Пристрій для спалювання палива в тонких струменях 1,3 (за даними МЕІ) hс / bс ≈ 10 Ежекційна амбразури ЕА-ЦКТИ 2,0 Значення ζ віднесено до динамічного тиску у вихідному перерізі сопел. Приймається повний переріз, без урахування захаращення турбулізуючими гратами або лопатками. 1 2 3 4 газомазутних пальника Вихрові ГМВО2 (з осьовим завіхрітелем повітря, двопоточні) 3,0 Значення î віднесено до динамічного тиску в вузькому перетині (в перетискання) амбразури ГМВТ2 - двопоточні, ГМВТ1 - однопоточні (з тангенціальним завіхрітелем повітря 3,0 Значення ζ віднесено до динамічного тиску в вузькому перетині (в перетискання) амбразури прямоточні-вихрові ГМПВО2 (з осьовим завіхрітелем повітря, двопоточні) 2,5 Те ж Вихрова Пальник Липинського 6,3 значення ζ віднесено до динамічного тиску в гирлі (по повному перетину) 1. 2 3 4 Вихрові ГМГМ 3,2 Значення ζ віднесено до динамічного тиску в живому перетині завихрителя, площа перетину f = 0,785 (D2-d2). ГМГА 2,5 Те ж ГМГБ 3,0 Те ж ГМ 3,0 Те ж 1 2 3 4 Пальник двоступеневого спалювання ГМП 3,5 значення ζ віднесено до динамічного тиску в живому перетині завихрителя, площа перетину f = 0,785 (D2-d2). значення ζ дано з урахуванням опору камери згоряння Ротаційні РГМГ з вбудованим вентилятором первинного повітря 3,0 значення ζ віднесено до динамічного тиску в живому перетині завихрителя, площа перетину f = 0,785 (D2-d2). РГМГ з автономним вентилятором первинного повітря 3,0 Те ж