17.5.2.3.6. Рекомендации по применению частного и универсального методов поверочного теплового расчёта.

Частный метод поверочного теплового расчёта в виде достаточно простых аналитических решений дифференциальных уравнений теплопередачи может быть применён только для двух схем тока сред – противотока и прямотока.

Известные из литературы аналитические решения для трубок Фильда [⁵, стр. 202–204], численные решения для схем смешанного тока с с любым чётным и нечётным числом ходов [¹, стр. 104–108], схем однократного перекрёстного тока с перемешиванием любой из сред в сечении, нормальном направлению движения среды (со смешением) либо разделением любой из сред на отдельные струи (без перемешивания) [ ⁹ ] очень громоздки в реализации. Для таких и других более сложных схем при практических расчётах рекомендуется использовать более точные компьютерные интервально–итерацион-ные методы [¹, стр. 96, 101, 109–112, 184, 198–201, 206–213], [¹⁰, стр. 66–97], [¹¹, стр. 38–41], [¹², стр. 142–151], [¹³, стр. 233–237], [¹³, стр. 93–96]. Эти методы обеспечивают заданную точность тепловых расчётов и, что не менее важно, исключают серьёзную ошиб-ку, связанную с недостаточно корректной оценкой реальности процесса теплопередачи.

Универсальный метод поверочного теплового расчёта, разработанный Г. Е. Каневцом [¹], пригоден практически для любых возможных схем тока сред в аппаратах и в их совокупностях (теплообменниках). Это позволяет в сотни раз увеличить число сравниваемых альтернативных вариантов теплообменников, существенно расширяет возможности оптимизационных расчётов оборудования. В реализации универсальный

метод не сложнее частных методов. Впервые он позволил оценивать реальность процесса теплопередачи, что уменьшает возможность принятия ошибочных решений при проектировании теплообменного оборудования. По этим причинам он рекомендован к практическому применению и применён в большом числе алгоритмов расчёта и оптимизации теплообменного оборудования в различных отраслях производства.

17.5.2.4. Реальности и итерации при проектном и поверочном тепловых расчётах.

В приведенных выше примерах 1 – 3 принято, что коэффициент теплопередачи k=const. Это сделано для того, чтобы обеспечить возможность исследования влияния на результаты тепловых расчётов только одного фактора, а именно – специфики схем тока сред.

В действительности на результатах тепловых расчётов не в меньшей степени сказывается влияние схемы тока сред на значения скоростей сред и, соответственно, коэффициентов теплоотдачи α_о, α_в и коэффициента теплопередачи k. Поэтому при оценке эффективности работы теплообменного оборудования для каждой альтернативной схемы тока сред необходимо рассчитывать соответствующее ей значение k. Поэтому результаты расчётов в примерах 1 – 3 существенно требуют существенной корректировки.

В частности, в примере 1 при проектных тепловых расчётах следует учитывать, что переход от схемы однократного поперечного тока к двукратному и трёхкратному приводит к двух – и трёхкратному росту скорости w_в нагреваемого воздуха. Соответственно, при поперечном обтекании труб коэффициент теплоотдачи α_в со стороны воздуха увеличится пропорционально w_в^0.5–0.8. Примем условно, что α_в пропорционален w_в^0.6. Тогда α_в вырастит ориентировочно от 76,4 Вт/(м²·К) при однократном поперечном токе до 115,8 Вт/(м²·К) при двукратном и 147,7 Вт/(м²·К) при трёхкратном поперечном токе. Соответственно, коэффициент теплопередачи k увеличится от 22,4 Вт/(м²·К) при однократном поперечном токе до 24,9 Вт/(м²·К) при двукратном и 26,1 Вт/(м²·К) при трёхкратном поперечном токе, а площадь теплопередающей поверхности F в примерах 1.2 и 1.3 уменьшится от 1902 м² при однократном поперечном токе до 1711 м² при двукратном и 1632 м² при трёхкратном поперечном токе. Если воздух и дымовые газы поменять местами, изменение k и F будет более значительным.

При поверочных тепловых расчётах в примере 3 учёт реальных факторов значительно более сложен. Во – первых, как это показано в примере 1, схема тока сред существенно влияет на значение коэффициента теплопередачи k. Во–вторых, α_о, α_в и k рассчитываются при средних температурах сред t_о ≈ (t_он + t_ок)/2, t_в ≈ (t_вн + t_вк)/2, а при найденном k определяются t_ок и t_вк. В начале расчёта t_ок и t_вк не известны. По этой причине возникают итерации по t_ок и t_вк, которые прекращаются при достижении требуемой точности их расчёта. Отметим, что итерации по k, t_ок и t_вк являются обязательными при точных поверочных тепловых расчётах.

1 Каневец Г.Е. Обобщённые методы расчёта теплообменников. Киев: Наукова думка, 1979.

2 Тепло і масообміні апарати і установки промислових підприємств. Ч. 1 /За ред. проф. Б.О. Левченко.– Харків: ХДПУ, 1999. – 420 с. – Рос. мовою.

3 Якоб М. Вопросы теплопередачи. Пер. с англ. – М.: Изд–во иностранной литературы, 1960. – 518 с.

4 Кутателадзе С. С. и др. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат. 1990. – 367 с.

5 Хоблер Т. Теплопередача и теплообменники. Пер. с польского. – М.: Госхимиздат, 1961. – 820 с.

6 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.; Л.: Госэнергоиздат. 1973. – 320 с.

7 Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.; Л.: Энергия, 1982. – 424 с.

8 Каневец Г.Е. Обобщенные методы расчета теплообменников и их применение при оптимизации теплообменного оборудования. Дис. … д–ра техн. наук. – Киев, 1974. – 495 с.

9 Клименко А.П., Каневец Г.Е. Расчёт теплообменных аппаратов на электронных вычислительных машинах. – М.; Л.: Энергия, 1966. – 272с.

10 Каневец Г.Е. и др. Оптимизация теплообменного оборудования пищевых производств. – Киев: Технiка, 1981. – 192 с.

11 Каневец Г.Е. Теплообменники и теплообменные системы. – Киев: Наукова думка, 1982. – 272 с.

12 Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селивестров В.М. Справочник по теплообменным аппаратам. – М.: Машиностроение, 1989. – 364 с.

13 Каневец Г.Е., Зайцев И.Д., Головач И.И. Введение в автома­тизированное проектирование теплообменного оборудования. – Киев: Наукова думка, 1985. – 232 с.

22