一台热交换器的性能好坏,不仅表现在传热性能上,而且表现在它的阻力性能上。假如两台热交换器的传热性能相同,则显然是阻力小的热交换器更好。因此,应对一台热交换器进行阻力特性实验,一方面测定流体流经热交换器的压降,以比较不同热交换器的阻力特性,并寻求减小压降的改进措施;另一方面为选择泵或风机的容量提供依据。
流体在流动中所遇到的阻力通常为2.4节所述的摩擦阻力Δpi和局部阻力Δp1。在气体非定温流动时,由于气体的密度和速度都将随之改变,因而还有引起消耗于气体加速度上的附加阻力Δpa,它可按下式计算:
式中 ρ1、ρ2——分别为进、出口截面上的气体密度,kg/m3;
w1、w2——分别为进、出口截面上的气体流速,m/s。
在非定温流动情况下,还应考虑受热流体的受迫运动在流道下沉的一段区域内受到向上浮升力的反抗而引起的内阻力。在数值上它等于浮升力,可由下式计算:
式中 ρ、ρo——分别为流体的平均密度和周围空气的密度,kg/m3;
h——流体流动的进出口间垂直距离,m。
在流体下沉流动时,压力降Δps为正;上升流动时,压力降为负。如热交换器连接在一个闭式系统中,即流体不排向周围空气,则Δps为零。
因而上述情况下总的流动阻力为
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应该注意到,在设计计算中,我们可以认为串联各段的总流动阻力等于各段流动阻力之和,但实际的情况并非如此。每段的流动阻力要取决于该段的上流地区流体流动的性质。如,弯头后面一段直流道的阻力就远超过弯头前面同样一段直流道的阻力。此外,在实用上如要考虑非定温流动而按式(6.17)求取总阻力也是非常困难的。所以,较为合适的方法应该通过实验去确定阻力的大小。在设计计算时,可查有关手册作近似计算。此外,尚需特别指出的是,对于气(汽)-液两相流的流动阻力计算,从概念上来说,其总的流动阻力仍可用式(6.17),但其中每一项的阻力产生机理及其计算方法均与单相流时有所不同,读者可参阅有关两相流的著作。
测定阻力时,应先估计一下阻力的大小,再选用U形压差计或精度较高的压力表。根据测得的总阻力Δp,整理成压降和流速的关系Δp=f(w),或Eu=f(Re)的关系,并绘成图线,如图6.7、图6.8。
根据计算或测试求得的Δp,再由下式确定所需要的泵或风机的功率N:
式中 V——体积流量,m3/s;
Δp——总阻力,N/m2;
η——泵或风机效率。
图6.7 Δp=f(w)曲线
图6.8 Eu=f(Re)曲线
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