Гидродинамический расчет криосифона. Расчет мощности, необходимой для перемещения жидкости

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 самотяги 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

                              (1)

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

Так как природа возникновения составляющих гидравлического сопротивления в формуле  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:

,                                 (2)

где l— полная длина канала; d — гидравлический диаметр, который в общем случае найдется как d=4f/u(f—поперечное сечение канала; u — периметр поперечного сечения); р и ω — средняя плотность жидкости или газа в канале, кг/м³, и средняя скорость, м/с; —коэффициент сопротивления трения; он является безразмерной величиной, характеризующей соотношение сил трения и инерционных сил потока. Коэффициент сопротивления остается постоянным для каналов с l>30d, в случае l<30d необходимо учитывать изменения его на входном участке канала;   измеряется в паскалях.

Коэффициент сопротивления т р е н и я 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. Ниже приводятся краткие данные, необходимые для расчета сопротивления трения.

Таблица 1

При вязкостном неизотермическом течении в трубах и каналах можно рекомендовать формулу, предложенную Б. С. Петуховым:

,                           (3)

где φ— коэффициент, учитывающий геометрическую форму канала, выбирается по данным для изотермического потока. Для круглой трубы φ=1,0; для плоского канала φ=1,5, для каналов другой формы значения φ можно найти в литературе.

Значение показателя степени nв уравнении (3) берется