6.2. Теплообменник универсальный

Инструмент : теплообменник универсальный; панель инструментов : создание оборудования

Теплообменник универсальный, в отличие от стандартного теплообменника, определяет температуры на обоих выходах через заданные поверхность теплообмена и ряда других параметров, необходимых для определения удельного коэффициента теплопередачи (КТП). КТП не является функцией исключительно типа и геометрических параметров теплообменника, но также зависит от расходов и свойств флюидов:

$$ \frac{1}{K}=\frac{1}{b_1\cdot G_1^{m_1}\cdot C_{P1}^{m_{1}}\cdot\mu_1^{m_1-n_1}\cdot\lambda_1^{1-m_1}}+\frac{\delta }{\lambda_{wall}}+\frac{1}{b_2\cdot G_2^{m_2}\cdot C_{P2}^{m_{2}}\cdot\mu_2^{m_2-n_2}\cdot\lambda_{2}^{1-m_2}} $$

6.2.1

где

$K$ – коэффициент теплопередачи,

$b_1$, $b_2$ – коэффициенты теплопередачи, зависящие от типа и геометрических параметров,

$G_1$, $G_2$ – массовые расходы потоков 1 и 2 соответственно,

$C_{P1}$, $C_{P2}$ – массовые теплоемкости потоков, определяемые как среднее от теплоемкости на входе и на выходе из аппарата,

$\mu_1$, $\mu_2$ – вязкости потоков, определяемые как среднее от вязкостей на входе и на выходе из аппарата,

$\lambda_1$, $\lambda_2$ – коэффициенты теплопроводности потоков, определяемые как среднее от вязкостей на входе и на выходе из аппарата,

$n_1$, $n_2$ – степени чисел Рейнольдса в выражении для чисел Нуссельта, для потоков 1 и 2 соответственно,

$m_1$, $m_2$ – степени чисел Прандтля в выражении для чисел Нуссельта, для потоков 1 и 2 соответственно,

$\delta$ – эффективная толщина стенки,

$\lambda_{wall}$ – коэффициент теплопроводности материала стенки.

Коэффициенты $b_1$ и $b_2$, а так же параметры $\delta$ и $\lambda_{wall}$ определяются в соответствии с методиками поверочного расчета теплообменника конкретного типа. Универсальный теплообменник способен моделировать как кожухотрубчатые, так и пластинчатые теплообменники с двумя ограничениями. Во-первых, коэффициент теплопередачи не зависит от свойств флюида в пристеночном слое. Во-вторых, расчет производится для одного режима, например турбулентного или ламинарного, так как коэффициенты уравнения не зависят от расходов потоков.

Для определения температур исходящих потоков из аппарата решается система из двух уравнений:

$$ \begin{matrix} \Delta H_1 - K\cdot \Delta T \cdot F =0 \\ \Delta H_1 + \epsilon \cdot \Delta H_2=0 \end{matrix} $$

6.2.2

где

$\Delta H_1$ – приращение энтальпии для первого потока,

$\Delta H_2$ – приращение энтальпии для второго потока,

$\epsilon$ – коэффициент эффективности, учитывающий потери тепла во внешнюю среду,

$F$ – поверхность теплообмена,

$\Delta T$ – средняя разница температур, определяемая по формуле:

$$ \Delta T = \frac{\Delta T_{max} - \Delta T_{min}}{ln \frac{\Delta T_{max}}{\Delta T_{min}}} $$

6.2.3

Для прямоточной схемы справедливо

$$ \begin{matrix} \Delta T_{max} = T{^{input}_1} - T{^{input}_2} \\ \Delta T_{min} = T{^{output}_1} - T{^{output}_2} \end{matrix} $$

6.2.4

для противоточной схемы

$$ \begin{matrix} \Delta T_{max} = T{^{input}_1} - T{^{output}_2} \\ \Delta T_{min} = T{^{output}_1} - T{^{input}_2} \end{matrix} $$

6.2.5

В случае, если поверхности теплообмена между потоком 1 и стенкой с одной стороны и потоком 2 и стенкой с другой стороны различны, то в один из коэффицентов $b_1$ или $b_2$ вводят отношение площадей. Если разделяющаяся стенка представляет собой трубу, то вместо реальной толщины стенки указывают эквивалентную толщину плоской стенки. Учет термического сопротивления загрязнений также осуществляется пересчетом эквивалентной толщины стенки при фиксированном коэффициенте теплопроводности материала стенки.

Давления исходящих потоков определятся через давления входящих потоков и задаваемых явно величин падений давлений по каждому из потоков.

В разделе "Результаты" диалога приведены рассчитанные значения подведенной или отведенной теплоты в единицу времени для каждого потока и величина среднего логарифмического температурного напора.

Рис.6.2.2 Диалог задания теплообменника с фиксированными параметрами