При расчетах теплообменных аппаратов применяют один из следующих способов учета местных сопротивлений [1]:
1. Местные сопротивления условно считают сосредоточенными в одном сечении и не включающими потерь на трение. Исчисление потерь энергии производят по принципу наложения потерь или суперпозиции, при котором берется арифметическая сумма потерь на трение и местных потерь
(1)
2. Местные сопротивления, равномерно распределенные по длине канала (например, гофры), учитывают совместно с сопротивлением трения условным коэффициентом сопротивления единицы относительной длины канала
(2)
Тогда расчет гидравлического сопротивления подобных каналов производится по формуле Дарси — Вейсбаха
(3)
Для осуществления гидравлического расчета выбраны следующие исходные данные:
А. Горячей теплоноситель:
а) состав — вода; б) начальная температура — 
; в) конечная температура — 
; г) расход греющего теплоносителя — 
.
Б. Холодный теплоноситель:
а) состав — вода; б) начальная температура — 
; в) конечная температура — 
.
2. Дополнительные данные:
а) внутренний диаметр теплообменных трубок, d1=0,016 м; б) толщина стенки трубок, d=0,001 м; в) материал трубок — латунь. г) теплопроводность материала трубок, lм=112,3 Вт/(м×0С); д) горячей теплоноситель движется по внутренней трубе; е) холодный теплоноситель движется по межтрубном пространстве.
После выполнения теплового конструктивного расчета имеем:
- площадь поверхности теплообмена, F=37м2;
- диаметр кожуха, D=400 мм;
- диаметр трубки, d=20x2мм;
- число ходов, z=1;
- длина трубки, l=3м;
- общее количество трубок, n=181;
- число сегментов в ТОА, k=10;
- масса ТОА, m=1130 кг.
1. Определяем потери давления в трубном пространстве за счёт гидравлического сопротивления.
а) Коэффициент гидравлического сопротивления при изотермическом течении теплоносителя при применении овального турбулизатора [2, 3]
Влияние не изотермичности потока в данном случае несущественно.
б) Вычисляем потери давления по следующей формуле
Здесь r1=985,6 кг/м3 — при средней температуре теплоносителя; L=l×z=3×181=543 м — общая длина трубы.
в) Местные сопротивления находим, используя принципиальную схему течения теплоносителей в рассчитываемом ТОА:
xвх=1,5×2=3 — входная и выходная камера (удар и поворот);
xвых=1,0×2=2 — вход в трубное пространство и выход из него.
б) Суммарные местные сопротивления
в) Вычисляем потери давления по следующей формуле
3. Потери давления для трубного пространства определяется по формуле
4) Определяем потребную мощность насоса для прокачки греющего теплоносителя
Результаты гидравлического расчета теплообменных аппаратов с турбулизаторами показывают, что потребная мощность насоса для прокачки греющего теплоносителя повышается и составляет 417 Вт.
Применение локальных турбулизаторов в трубках теплообменного аппарата повышает гидравлическое сопротивление (из-за повышения внутренних местных сопротивлений) почти на 8,0–10 %. В результате повышения гидравлического сопротивления повышается теплоотдача греющего теплоносителя внутренней поверхности стенки трубы на 48 %.
Литература:
1. Лебедев П. Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М.: Энергия 1972. 320 с.
2. Ибрагимов У. Х., Бабаходжаев Р. П., Узаков Г. Н., Хамраев Т. Я., Боймуродова Х. У. «Экспериментальное исследование процессов гидродинамики в трубках теплообменника при применении локальных трубулизаторов». Журнал Молодой учёный, № 3(50), 2013 г. стр. 56–58.
3. Ибрагимов У. Х., Бабаходжаев Р. П., Узаков Г. Н., Шомуратова С. М. «Экспериментальная установка для исследования процессов гидродинамики и теплообмена в трубках теплообменника». Журнал Молодой учёный, № 3(50), 2013 г. стр. 58–60.
