Hydraulické odpory – Studopedie

Celkový tlakový rozdíl mezi dvěma libovolnými úseky vyhřívané trubky je reprezentován jako součet rozdílů vznikajících z třecího odporulokální odpor akcelerace

a rozdíl ve vyrovnání

Třecí odpor je způsoben viskozitou média a když se jednofázové izotermické proudění pohybuje v přímém kanálu konstantního průřezu, je určeno vzorcem

kde —třecí odpor, Pa; — snížený koeficient tření, 1/m; —délka kanálu, m;—střední rychlost, m/s; — hustota média, kg/m3.

Třecí odpor pro dvoufázový proud lze v zásadě určit pomocí stejného vzorce jako pro jednofázové proudění, který nahrazuje rychlost jednofázového proudění. rychlost směsi pára-vodamusí však být splněna podmínka homogenity dvoufázového proudění.

S přihlédnutím k zákonu zachování hmoty můžeme psát

S ohledem na vzorec je přepsán takto:

kde и — korekční faktory zohledňující vliv struktury toku pro počáteční a koncové obsah par.

Tlakové ztráty v lokálním odporu vznikají oddělováním mezní vrstvy od stěny a tvorbou vírů v proudění, při kterých dochází ke ztrátě značného množství energie. Jsou způsobeny změnou tvaru nebo směru kanálu, z nichž každý je konvenčně považován za soustředěný v nějaké sekci a nezahrnuje třecí odpor.

Pro dvoufázové prostředí

Ztráty lokálního odporu při průtoku jednofázového média se určují pomocí vzorce podobného tomu, ve kterém je snížen koeficient třenínahrazen lokálním koeficientem odporu(odkaz

kde— podmíněný koeficient místního odporu směsi páry a vody (referenční údaje); obvykle Hydraulický odpor při příčném proudění trubkového svazku s jednofázovým médiem

Součinitel odporu pro příčné proudění závisí na konstrukci svazku trubek.

Pro dvoufázové prostředí

Struktura dvoufázového proudění pro většinu režimů proudění je znatelně odlišná od homogenního, a proto je do poslední rovnice zaveden korekční faktor, který zohledňuje vliv struktury proudění. Poté při konstantním obsahu páry

Tlaková ztráta při zrychlení je způsobena změnou objemu, a tedy i průtoku. Může vzniknout zvýšením obsahu par v proudu během ohřevu, zmenšením průřezu při absenci ohřevu nebo z obou důvodů.

Pro stálý průtok

Ztráta tlaku v důsledku zrychlení průtoku

Po jejich nahrazení se konečně dostáváme

Vyrovnávací složka tlakové ztráty pro jednofázové a dvoufázové vertikální proudění

Pro jednofázový průtok– průměrná hustota prostředí v oblasti , pro dvoufázový průtok – viz vzorec.

Při určování celkového poklesu tlaku se hodnota bere v úvahu s kladným znaménkem při pohybu nahoru, protože zvyšuje odpor potrubí, a se záporným znaménkem při pohybu dolů, protože to již nebude odpor, ale , naopak slouží k překonání odporu.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:

Celkový pokles tlaku během nuceného pohybu chladicí kapaliny uvnitř kanálu se obecně skládá ze čtyř složek: pokles tlaku v důsledku tření Drtr, tlakové ztráty v důsledku lokálních odporů Drm, změny tlaku v důsledku zrychlení (nebo zpomalení) proudění Drsk a hydrostatický tlak Drgndr

Specifičnost výpočtu hydraulických odporů v případě proudění v kanálech teplonosné látky za nadkritických tlaků je spojena se silnou změnou termofyzikálních vlastností teplosměnného média v blízkosti kritického bodu. Za těchto podmínek, i při malých teplotních rozdílech, může změna vlastností v průřezu proudění vést k významné deformaci rychlostního profilu, změně součinitele tření a vnucení přirozené konvekce vynucenému proudění. Potřeba zohlednit tyto vlivy vede k tomu, že je nutné provést řadu korekcí ve vzorcích, které se obvykle používají pro izotermické proudění.

Třecí odpor.

Rozdíl tlaku spojený s třením v kanálu pohybujícího se média (třecí odpor) se obvykle vypočítává jako

kde 2 je součinitel třecího odporu; Já, d_r — délka a hydraulický průměr kanálu; p — hustota média; w- průměrná rychlost.

Volba vzorce pro výpočet součinitele odporu tření 2 při superkritických tlacích závisí na tom, jak velké jsou teplotní rozdíly a v jaké oblasti stavů se dané médium nachází.

Pro malé teplotní rozdíly v pseudokapalném nebo pseudoplynném stavu, kdy se vlastnosti média mění nevýznamně, lze hodnotu 2 vypočítat pomocí obvyklých vztahů. Například pro turbulentní proudění chladiva v hladkých trubkách lze koeficient třecího odporu vypočítat pomocí Filonenkova vzorce

Pro vodu při nadkritických tlacích (viz obr. 1.1, b) To platí, pokud entalpie proudění nepřekročí 1500 kJ/kg (plocha III) nebo více než 3000 kJ/kg (plocha IV).

V „mezifázové“ oblasti (/= 1500 – 3000 kJ/kg) a při dostatečně velkém rozdílu teplot stěny a kapaliny je nutné provést korekce ve vzorci (1.31). V tomto případě by se měla použít vypočtená závislost ve tvaru (1.15), kde dle [32]

můžete to dát Ex = 0,35, a п = 0,2 + 70/Re“.

V současné době neexistují žádné experimentální údaje o koeficientech třecího odporu ve svazcích hladkých tyčí omytých vodou o superkritických parametrech. Je známa pouze jedna práce [42], kde byl koeficient hydraulického odporu stanoven pro svazek sedmi tyčí se zkroucenými žebry. Data získaná v těchto experimentech s chybou ± 20% jsou popsány vzorcem

kde X – podélná souřadnice; indexy označují, že vlastnosti vody by měly být vybrány pro daný úsek koryta; Re = wdjv. V experimentech byl zkoumán následující rozsah parametrů: р = 24,5 MPa;_Ж = 90–570 °C; /_ж = 400 – 3400 kJ/kg; q²; pw = 2 — 500 kg/(m²s); průměr tyče s žebry d = 5,2 mm; délka / = 0,5 m; výška žebra 0,6 mm, tloušťka 1 mm; stoupání zákrutu 400 mm.

Pro výpočet koeficientů třecího odporu pro proudění v sestavách válcových palivových článků a jiných nekruhových kanálů [3] doporučuje použít vztahy získané pro proudění plynu. Vlastnosti chladiva se volí při teplotě stěny t_c.

Místní odpor.

Ztráty tlaku u lokálních odporů (zúžení, rozšíření, zatáčky proudění; mřížky lamel atd.) se zohledňují podle vzorce

kde Z, — součinitel lokálního odporu; p — hustota média v daném řezu; w — průměrná rychlost proudění, ke které je vztažen koeficient lokálního odporu. Hodnota Z, závisí na typu lokálního odporu. Pro nejběžnější případy v praxi platí hodnoty Z, lze nalézt v referenční knize [3], podrobnější informace jsou uvedeny v [56, 57].

Pokles tlaku v důsledku zrychlení (zpomalení) proudění.

Tato složka celkové tlakové ztráty je spojena se změnou hustoty média během jeho ohřevu (ochlazování). V kanálu s konstantním průřezem je výpočet р_usk se provádí podle vzorce

kde w₂ и wi — rychlost na výjezdu z daného úseku a na vjezdu do něj; p₂ a pi je hustota toku na výstupu a vstupu.

Hydrostatický (vyrovnávací) tlak.

Během pohybu chladicí kapaliny směrem nahoru dochází ke ztrátám tlaku v důsledku stoupání hmoty do určité výšky. Tento hydraulický odpor závisí na hustotě média a rozdílu výšek (geodetických) začátku a konce daného úseku kanálu. Hydrostatický tlak je definován jako

kde g — gravitační zrychlení; p — průměrná hustota média; DA = / siny; / — délka řezu; y — úhel sklonu kanálu.

V případě proudění směrem dolů již hydrostatický tlak nebude představovat hydraulický odpor, naopak bude vynakládán na překonávání jiných odporů (odpovídajícím způsobem v rovnici (1.29)) р_п,_dr (zadáno se znaménkem mínus).