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部损失,但要比单相流时更复杂。如流体通过弯管时的局部阻力,对于单相流是由于通过弯管时产生涡流和流场变化引起的;对于两相流,则还因通过弯管时发生相分离,从而使两相之间的滑动比发生变化而引起的。因而,两相流的局部阻力计算的表达式比单相流时的形式复杂。
加速阻力:
加速阻力是由于在流动过程中两相流的密度和速度的改变而引起的压力损失。板式换热器的通道是变截面波纹流道,而且两相流体在流动中伴随着受热或冷却,所以加速阻力是存在的。在一般情况下,加速阻力与摩擦阻力、重力阻力相比较小,只有在高热负荷的汽液两相流中,加速阻力才增大到可与摩擦阻力相比拟的程度。
重力阻力:
重力阻力是由于在非水平流道中因高度差引起的阻力损失。板式换热器的通道为竖直流道,两相流体在进入和流出板式换热器中存在着高度差,因而有重力损失。 2.3.2 流阻计算
当流体六国一台板式换热器时,流体的压降是上述各项阻力综合作用的结果。流体流过一台板式换热器的总阻力经过进出口接管、进出口分配管、角孔、板间通道等处的各种流动阻力之和。
(1)液—液型板式换热器 常用的流阻计算式有两种 准则关联式:
最常用的形式是,将因流体流过板式换热器的流动阻力而造成的压降整理成欧拉数与雷诺数Re的关系
(式2.43)
[式中 b—系数,以板式换热器型号而定;m—流程数;d—指数,以板式换热器型号而定,d为负值]
含摩擦系数的计算式:
在没有欧拉准则方程式的时候,可采用压降和摩擦系数的关联式进行计算。其压降由角孔压降和流道压降组成,即:
1流道压降◇
(式2.44)
是流体从较空进入板间通道,然后又从另一角孔出来,为克服其阻力
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而形成的压降,对人字形波纹有:
2角孔压降◇
(式2.45)
是流体流过角孔流道,为了克服流动阻力的压降:
(式2.46)
[式中 f—摩擦系数,可由图2-10查得;n—通道数]
图2.10 角孔流道压力损失系数
(2)板式冷凝器
板式冷凝器的液侧压降可用上述的准则关联式或含摩擦系数的计算式进行计算。对于汽侧,由于流动为汽—液两相流,它的阻力包括摩擦、局部、加速及重力阻力,因此,只要分别计算出冷凝器的入口到出口之间各处存在的相应阻力,其总和即为一台板式冷凝器的阻力。
对于两相流在光滑的管中流动,如认为其摩擦系数和单液相、单气相流过相同管径的摩擦系数相同,则有:
(式2.47)
[式中 C值与流态有关,一般由实验确定。Chisholm D.推荐的C值见表2-3;不同情况下的
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分液相表观系数见图2.11]
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表2-3 不同流态下的C值
流 态 C 值 tt 20 tl 13 lt 10 ll 5
图2.11 不同流动工况下的分液相表观系数
1:2:3:4:
—液体湍流—气体湍流,tt线; —液体湍流—气体层流,tl线; —液体层流—气体湍流,lt线; —液体层流—气体层流,ll线。
可见,如果将板式冷凝器的摩擦阻力计算按光滑管进行近似估算,问题就变得简单了。在各项阻力中,最主要的是摩擦阻力,加速及动力阻力很小,局部阻力约为总阻力的10%~15%,所以,板式冷凝器的汽侧总阻力可按下式进行近似估算:
(式2.48)
根据天津大学的研究表明,板式冷凝器的总压降的混合平均雷诺数
之间存在如下关系:
与板式冷凝器流道中汽—液两相流
(式2.49)
C与n值随不同的板型而异,通过试验确定。混合雷诺数按下式定义
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(式2.50)
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注:混合平均流速
(式2.51)
进口处混合流速
(式2.52)
出口处混合流速
(式2.53)
平均粘度
(式2.54)
平均密度
(式2.55)
平均干度
(式2.56)
[式中、
—进、出口处饱和蒸汽的密度(kg/m3);
、—进、出口处饱和液体
的密度(kg/m3);(
);
、—按进、出口算术平均温度查取的饱和汽和饱和液体的动力粘度
、—按进、出口算术平均温度查取的饱和汽和饱和液体密度(kg/m3)]
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第三章 板式换热器热力计算方法综合分析
3.1计算类型、方法及工程设计一般原则
设计计算是板式换热器工程设计的核心,其中热力计算是其中非常重要的一部分,同时还有压降计算等相关分析计算。
在进行板式换热器热力计算的时候,不仅要满足设计所需的要求,而且不同于传统的管壳式换热器,它不需要作任何元件或结构方面的设计,所需的只是恰当地组合板片并进行传热计算和压降计算,得出所需的总换热面积与板片数。由于板片的传热与压降性能紧密相关,因此,在接下来的热力计算过程中,将会涉及一部分压降计算相互交替进行。 3.1.1计算的类型及方法
(1)计算的类型
与其它换热器一样,板式换热器的热力计算也分为设计计算与校核计算两种。 设计计算:
通常,两侧流体的流量及四个进、出口温度中的任意三个已给定,要求计算出在满足一定压力限制条件下的有效传热面积与流程、通道排列组合方式。
校核计算:
与设计计算相反,换热面积以及流道布置都已经已知的,而且冷、热流体的流量以及进出口温度也为已知值,要求核算在该通道布置方案下,流体出口温度能否达到预定目标及压力降是否满足要求值。
对于上述的两种不同类型的计算所依据的基本原理是完全一致的,但是他们在计算方法或步骤上存在着很大的差别。事实上,在作某一换热场合的工程设计的时候,往往需要两种类型的计算均要用到。即先用设计计算算法求出换热面积与通道布置,再利用校核计算程序核定这个面积与布置是否完成预定的换热任务。
(2)必备的资料(计算准备)
选用范围以内的各种板片的主要几何参数,如:单板有效换热面积、当量直径或板间距、通道横截面及通道长度等。
适用介质种类与适用温度,压力范围。
传热及压降关联式或以图线形式提供的板片性能资料。
所用流体在平均工作温度下的有关物性数据,主要包括:密度、比热容、导热系数及
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