книги / Переработка нефтяных и природных газов

Рис. V.29.

Классификация схем тока сред в теплообменнике.

любого теплообменного аппарата. В свою очередь, на расчете теплопередачи в элементе основан практически любой расчет теплообменников.

В настоящее время специфику схемы тока при расчете сред­ него температурного напора Atcp принято учитывать с помощью поправочного коэффициента sAt по формуле

где среднелогарифмический температурныищапор при противотоке

1П *0Н *вк

и - и

Существуют традиционные графики sAt = / (Р, R) для раз­ личных схем соединений аппаратов в теплообменнике. Эти гра­ фики описывают около 70% элементарных схем тока. Не охва­ чено расчетом более 90% комплексов аппаратов и все ряды из разных элементов. Недостатками такого традиционного подхода являются также громоздкость его реализации на ЭВМ вследствие частного характера методов, неточность расчета на границе об­ ласти существования процесса теплопередачи.

Г. Е. Каневцом [53] предложен более общий метод расчета теплопередачи в элементах, рядах и комплексах аппаратов, реа­ лизованный в большинстве отечественных алгоритмов технико­ экономической оптимизации теплообменников. Указанный метод свободен от перечисленных выше недостатков. Поэтому мы реко­ мендуем его к практическому использованию и приводим его краткое изложение.

Теплопередача в элементе

Параметры процесса теплопередачи в элементе любого типа свя­

заны системой уравнений

»

GCpllno

Здесь G0, С0, t0H, t0K, т)по — расход, теплоемкость, начальная и конечные температуры, потери тепла среды, отдающей тепло; Gn, CD, tmv *1>к, r|on — соот­ ветствующие величины среды, воспринимающей тепло.

Входящий в Z индекс противоточности элемента р, имеющий значения от О до I, — очень важный показатель теплопередаточного совершенства, учитываю­ щий специфику схемы тока. В литературе приведено около 20 значений р для элементарных схем тока и их комплексов, причем для каждой схемы принято, что р = const.

Для обеспечения надежности расчета теплопередачи была про­ ведена проверка, корректировка известных данных, а также по­ лучены новые значения для ряда распространенных либо перспек­ тивных элементов. При этом учитывалось, что р = f (Ф, A)^=const.

В табл. V.10 приведены результаты проверки, корректировки известных и нахождения новых усредненных значений р и пре­ делов их изменения рМШ1, рыакс, а также предельной »ед*макс и

средней ееД, относительных погрешностей расчета теплопередачи при усреднении р. Из табл. V.10 следует, что ёеД, не превышает

0,42, а ееД/ — 0,75% (за исключением схем 17 и 18). Это по-

McLKС

зволяет с высокой точностью определять неизвестную пару вели­ чин из набора (*ои, t0K, tm, tm, G ., Gu, rjno, 'Ппп) при использовании описанной выше обобщенной модели процесса теплопередачи в элементе.

При проведении расчетов площади теплопередающей поверх­ ности обычно используют поправки &д, (Р, R) к среднему лога­ рифмическому температурному напору при противотоке. Однако графики и таблицы, приведенные в литературе, имеют серьезные недостатки: известны данные лишь для ограниченного числа схем, при р —* рмакс, т. е. в окрестностях границы реальности процесса теплопередачи величина ед, стремительно приближается к нулю.

422

Таблица V. 10. Результаты проверки, корректировки и нахождения новых значении индекса противоточности элементарных схем тока

Противоток

Смешанный ток,

2хода B-i

Смешанный тон. Ч хода В=1

Смешанный тон, $ ходов В=1

0,496 0,016 0,488 0,500 0,164 0,44 11,3

Смешанный тонг SxodoB В=1,5

423

14*

424

Окончание табл, V. 10

объема таблиц относится к нереальным условиям теплопередачи, т. е. не содержит численной информации.

Для исключения этих недостатков можно применить простой прием — ввести новый температурный комплекс

Приведенные обобщенные выражения ед/ можно использовать для расчета поверхности не только элементов, но и рядов и ком­ плексов аппаратов, если для них известны значения индексов противоточности р. Таким образом, область приложения расчетов теплопередачи значительно расширяется.

425

Теплопередача в ряду аппаратов или элементов

Математическая модель ряда элементов по форме записи адек­ ватна математической модели отдельного элемента, описанной на стр. 422—425. Специфика ее в том, что входящие в уравнения связи tm, t0K, /ш> — температуры на концах ряда, а не эле­ мента. Специфична также запись функции эффективности ряда элементов Фэр. Она зависит от двух факторов: 1) от схемы дви­ жения теплоносителей в ряду (общий прямоток Пп = 0, общий противоток Пп = 1); 2) от унификации элементов в ряду (одина­ ковые элементы — Пу = 0; разные элементы — П у = 1). Следова­ тельно, возможны четыре вида рядов элементов.

Опустив выводы, рассмотрим итоговые записи Фэр для харак­ терных случаев (в этих выражениях для разграничения величин, характеризующих ряд и элемент, присвоим последним индекс э):

3. Одинаковые элементы, общий прямоток (Пу = 0; Пп = 0)

А_ 1 — [1 — ФЭЭ(ЛЭ + 1)]"р

Для всех рассмотренных случаев получены также новые ре­ шения и разработаны модули расчета поверхности и распределе­ ния температур между элементами ряда.

Методический и практический интерес представляет расчет по­ правки еД!?р к среднему логарифмическому температурному на­

426

Математическая модель комплекса элементов по форме адекватна математической модели отдельного элемента и ряда. Специфика уравнений связи в том, что входящие в них tow t0K, tBH, tBK— температуры на концах комплекса, а не ряда или элемента. Спе­ цифична также запись функции эффективности комплекса Фэк. В классификации теплообменников [53 ] выделено 47 типов только простых (не составных) комплексов. Наиболее распространенные из них показаны на рис. V.30 и V.3I.

Ниже приведены функции эффективности этих схем.

Рис. V.30.

Структурная н температурная схема комплексов 00110, 00100, 01010, 01000.

420