СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
соответствии с предложениями Боуринга (Bowring) критической считается величина теплового потока, при которой начинает наблюдаться кризис теплоотдачи при высыхании стенки.
Теплообмен при стекании жидкой пленки:
Расчет теплообменников при стекании жидкой пленки может производиться как для процессов нагревания и охлаждения жидкости, так и для процесса испарения жидкости. Расчет производится только для случая стекания пленки в трубах. Случай стекания пленки жидкости по наружной поверхности труб возможен, но встречается реже, и его расчет в настоящее время не включен в программу. Используется метод расчета, предложенный Дюкле (Dukler) (см. Список литературы). Расчет производится следующим образом:
1.Аппарат разбивается на n (по умолчанию n = 10) расчетных зон.
2.Для каждой зоны (с помощью введенной ранее кривой испарения) устанавливается определенное значение прироста теплового напряжения, а также массового расхода жидкости и пара.
3.Выполняется расчет гидродинамических параметров.
4.Для каждой из зон задается некоторое значение падения давления и позонный расчет выполняется до достижения сходимости заданного и расчетного значений падения давления
5.После достижения сходимости по падению давления вычисляется толщина пристеночного парового слоя и распечатывается безразмерный параметр ВЕТА (то же наименование использовано в работе Дюкле), являющийся количественной оценкой влияния пристеночного парового слоя. Этот параметр возрастает пропорционально доле испаренной жидкости. С его возрастанием увеличивается турбулентность пленки. Существует также корреляция между высокими значениями ВЕТА и истончением пленки. Чем тоньше пленка, тем больше значение коэффициента теплоотдачи.
6.После расчета параметра ВЕТА программа определяет гидродинамический режим течения (ламинарный или турбулентный). Определение числа Рейнольдса производится с помощью метода, подобного использованному Дюкле; определение гидродинамического режима осуществляется в соответствии с его рекомендациями. Граничное значение числа Рейнольдса между ламинарным и турбулентным режимами течения зависит от типа процесса и будет различаться для нагревания (охлаждения) и для испарения в падающей пленке. Чун и Себан (Chun and Seban) утверждают, что более точным показателем перехода между ламинарным и турбулентным режимами является число Вебера. В данной программе, однако, для определения гидродинамического режима используется число Рейнольдса. В качестве граничных значений произвольно принимаются величины чисел Рейнольдса от 800 до 3000. При значительной толщине пристеночного парового слоя берется минимальная величина, т.е. 800; при очень малой его толщине используется максимальное граничное значение, равное 3000.
7.После установления режима течения выполняется расчет толщины пленки. Механизм кипения - конвективное кипение в двухфазной системе на поверхности раздела пар-жидкость. Поскольку перенос тепла через пленку осуществляется за счет теплопроводности, величина коэффициента теплоотдачи определяется толщиной пленки. Режим пузырькового кипения у стенки трубы обычно является нежелательным. Определяется величина перегрева стенки, достаточная для начала пузырькового кипения. При правильно выполненном расчете аппарата температура стенки трубы должна быть ниже температуры, при которой начинается пузырьковое кипение. Для каждой расчетной зоны программа распечатывает температуру стенки трубы и температуру начала пузырькового кипения. Если в случае термонечувствительного продукта режим пузырькового кипения в какой-либо зоне может оказаться допустимым, то для термочувствительных продуктов режим пузырькового кипения неприемлем (!!! По англ. Тексту все наоборот – проверьте пож-та! Леня). Коэффициент теплоотдачи в режиме пузырькового кипения почти всегда будет больше либо равен коэффициенту теплоотдачи, рассчитанному для испарения при стекании пленки. В то же время начало пузырькового кипения означает переход от режима конвективного испарения в стекающей пленке к режиму пузырькового кипения. При наличии термочувствительных продуктов необходим тщательный анализ результатов расчета. Во избежание начала пузырькового кипения у стенки трубы может оказаться необходимым снижение температуры теплоносителя в межтрубном пространстве, за счет чего температура стенки станет ниже. температуры начала пузырькового кипения. Это изменение температуры не производится программой автоматически.
Серьезной проблемой является предупреждение оголения стенок труб. Программа распечатывает минимальное значение числа Рейнольдса, при котором периметр стенки трубы остается покрытым жидкостью. Для того, чтобы исключить оголение стенок труб, используемое в расчете число Рейнольдса должно быть значительно выше этого минимального значения.
Испарение с поверхности зеркала жидкости:
При расчете коэффициента теплоотдачи при испарении с поверхности раздела фаз в аппаратах объемного типа предполагается, что происходит в основном пузырьковое кипение, однако учитывается также влияние естественной конвекции. Расчет коэффициента теплоотдачи для режима пузырькового кипения производится по методу ФорстераЦубера. Критическое значение теплового потока для межтрубного пространства определяется путем расчета этой величины для одной трубы по методу Куталадзе-Цубера (Kutaladze-Zuber) и введения поправочного коэффициента для трубного пучка, предложенного Паленом (Palen) и модифицированного позднее Грантом (Grant).
Испарение при принудительной циркуляции:
Для всех типов испарителей рассматривается одновременное возникновение пузырькового кипения и конвективного кипения в системе пар-жидкость. При относительно малой доле испаренной жидкости в расчете учитывается в основном пузырьковое кипение. При испарении значительных количеств жидкости, напротив, основной вклад в общую величину коэффициента теплоотдачи вносит значение коэффициента теплоотдачи при конвективном кипении в
3
СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
системе пар-жидкость. Так же как и в случае термосифонного испарителя, расчет температуры стенки выполняется с большой точностью, поскольку ее величина существенным образом влияет на значение коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении. Если жидкость испаряется почти полностью, то расчет по существу производится как для теплоотдачи в газовой фазе. В случае испарения перегретой жидкости коэффициент теплоотдачи для этого участка рассчитывается как для случая теплоотдачи в газовой фазе. Для расчета испарения в трубном пространстве применяется коэффициент Чена (Chen) для вынужденной конвекции в двухфазной системе. Коэффициент теплоотдачи для межтрубного пространства в случае вынужденной конвекции в двухфазной системе рассчитывается как для чисто жидкостного потока, а затем для учета наличия в системе двух фаз вводится эмпирический поправочный коэффициент. Коэффициент теплоотдачи за счет пузырькового кипения вычисляется по методу Форстера-Цубера.
В случае принудительного испарения в трубах и при значительном недогреве поступающей в трубы жидкости для турбулизации потока недогретой жидкости (и соответственно для повышения величины коэффициента теплоотдачи) обычно используют турбулизирующие вставки в виде перекрученной ленты. Данные о различных типах таких вставок содержатся в банке данных по оребренным трубам.
КОНДЕНСАЦИЯ
Рассматриваются следующие случаи конденсации:
В межтрубном пространстве |
В трубном пространстве |
Горизонтальный конденсатор |
Горизонтальный конденсатор |
Вертикальный конденсатор |
Вертикальный конденсатор |
|
Обратный холодильник (Дефлегматор) |
Программа производит расчет конденсации в трубном пространстве для вертикальных и горизонтальных конденсаторов, конденсации в межтрубном пространстве для вертикальных и горизонтальных конденсаторов, а также расчет дефлегматоров в случае конденсации внутри вертикальных труб. Для трубного и межтрубного пространства порядок расчета одинаков, поскольку в обоих случаях выделяется n расчетных зон (по умолчанию n = 10). Для всех типов конденсаторов расчет производится с учетом двух явлений, определяющих механизм теплопередачи: сдвига пленки конденсата под воздействием потока конденсирующихся паров и воздействия на пленку силы тяжести. Между этими двумя крайними случаями расчет производится для переходной области, где учитывается воздействие обоих факторов. Для конденсатора со 100%-ной концентрацией паров на входе и чисто жидкостным потоком (концентрация паров 0%) на выходе характер течения на входе обычно определяет сдвиг пленки конденсата под воздействием парового потока; далее по мере продвижения по длине аппарата поток проходит переходную область, и, наконец, на выходе режим течения определяется воздействием силы тяжести. В случае, если присутствует большое количество паров и скорость их очень высока, на пленку конденсата действуют прежде всего силы, возникающие за счет сдвига пленки под действием парового потока, а воздействие силы тяжести сравнительно мало и им можно пренебречь.
Расчет падения давления для случая конденсации производится так же, как и для испарения (см. ранее). Для вычисления плотности двухфазной системы используется метод CISE. Для расчета падения давления при конденсации пара применяется метод Бароши (Baroczy) и соотношение Фриделя (Friedel); в расчете используется средняя величина из значений, вычисленных этими методами.
В случае термосифонного эффекта в трубах за счет гидростатического напора находящейся в трубах парожидкостной смеси всегда наблюдается потеря давления, поскольку движение потока вверх по трубам идет в направлении, противоположном силе тяжести. Для вертикального конденсатора, наоборот, движение происходит в направлении, совпадающем с направлением силы тяжести; поэтому вместо потери давления возникает его прирост, т.е. отрицательная величина потери давления. В некоторых случаях этот прирост давления может превысить по абсолютной величине значение, складывающееся из потерь давления за счет трения и затрат давления на создание скорости потока. Таким образом, суммарная потеря давления может оказаться отрицательной величиной (это может показаться необычным, однако в действительности такой случай вполне возможен). При вычислении общей потери давления учитывается три составляющих: потеря давления на трение, потеря давления на создание скорости потока и гидростатические потери.
Конденсация в межтрубном пространстве:
Для расчета конденсации на наружной поверхности трубных пучков при преимущественном воздействии на пленку конденсата силы тяжести и значениях критерия Рейнольдса до 1000 используется уравнение Нуссельта. При значении критерия Рейнольдса более 1000 это уравнение не обеспечивает достаточной точности расчета, поэтому для определения значения коэффициента теплоотдачи при преимущественном воздействии силы тяжести в области турбулентного течения используется полуэмпирическое уравнение Лабунцова (Labuntso). Граничное значение числа Рейнольдса, равное 1000, выбрано произвольно. В литературе приводятся граничные значения числа Рейнольдса в пределах от 800 до 1600. Коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве при преимущественном влиянии сдвига пленки конденсата под действием парового потока определяется так же, как коэффициент теплоотдачи для испарения при принудительной циркуляции в межтрубном пространстве. Коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве вычисляется для чисто жидкостного потока. Для учета присутствия в системе двух фаз вводится эмпирический поправочный коэффициент.
Конденсация в трубном пространстве:
При расчете конденсации в вертикальных трубах в случае преимущественного воздействия на пленку конденсата силы тяжести используется метод Дюкле (Dukler). Этот метод описан в разделе, посвященном испарению при стекании пленки. Для конденсации в горизонтальных трубах в случае преимущественного воздействия на пленку силы тяжести
4
СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
принимается уравнение Нуссельта. Для потока в горизонтальных трубах применяется не кольцевой, а расслоенный режим течения. Расчет коэффициента теплоотдачи при конденсации в горизонтальных трубках с преимущественным воздействием на пленку конденсата сил сдвига производится по методу Бойко-Кружилина.
В программу также включен расчет дефлегматора, который часто устанавливается на верху колонны. В дефлегматоре пары поднимаются по трубам, а конденсат стекает противотоком и возвращается в колонну. Такой тип теплообменного аппарата подобен конденсатору с конденсацией в вертикальных трубах, за исключением того, что направления парового и жидкостного потоков в нем противоположны, а не совпадают. Для дефлегматора должна производиться проверка на скорость захлебывания в нижней части труб.
Конденсация многокомпонентных смесей и влияние неконденсирующихся паров и газов:
Все приведенные ранее методы разработаны для случая чистых паров и не учитывают присутствия неконденсирующихся паров и газов и влияния большого перепада температур между точкой росы и температурой начала кипения жидкости.
Для учета присутствия неконденсирующихся паров и газов и влияния значительного перепада температур между потоками на входе и выходе из аппарата используется метод, аналогичный предложенному Силвером (Silver) и Беллом и Хали (Bell & Khaly) (см. список литературы). Для каждого шага по кривой конденсации рассчитывается коэффициент сопротивления, учитывающий суммарное воздействие значительной разности температур и присутствия неконденсирующихся паров и газов. Весьма обычным случаем является конденсация паров в присутствии небольших количеств воздуха. Для аппаратов такого типа механизм воздействия коэффициентов сопротивления может быть показан графически. Для нескольких начальных расчетных зон конденсация происходит практически при одной и той же температуре, поскольку в системе присутствует лишь небольшое количество воздуха. Для последней расчетной зоны разность температур может стать значительной, а относительная доля неконденсирующихся газов резко возрастает за счет почти полной конденсации паров. Вследствие этого значение коэффициента сопротивления для последней расчетной зоны велико, и в этом случае на последнюю зону часто приходится около половины общей требуемой площади теплообмена.
Удержание конденсата на поверхности горизонтальных оребренных труб:
Весьма распространенным типом теплообменников, особенно в холодильной промышленности, является горизонтальный конденсатор с конденсацией в межтрубном пространстве и оребренными трубами малого радиуса. Как правило, холодильный цикл включает испарение фреона-12 (или фреона-22) в трубках морозильной камеры и конденсацию его в межтрубном пространстве конденсатора. Значения коэффициентов теплоотдачи при конденсации фреона на гладкой поверхности труб не особенно высоки. Для протекающей внутри труб воды значения коэффициентов теплоотдачи обычно высоки. Это предоставляет значительные преимущества при использовании оребренных труб малого радиуса, поскольку коэффициент теплоотдачи в трубах высок (даже при пересчете на площадь наружной поверхности труб), а уменьшения величины коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве за счет удержания конденсата на поверхности ребер практически не наблюдается вследствие малой величины коэффициента поверхностного натяжения фреона. В то же время в случае конденсации водяного пара на наружной поверхности оребренных труб малого радиуса удержание конденсата на поверхности ребер (а следовательно, и уменьшение величины коэффициента теплоотдачи) настолько заметно, что в этом случае использование оребренных труб малого радиуса почти всегда оказывается нецелесообразным. Если необходимо применение труб с волнистой поверхностью, то в этом случае часто используются гофрированные трубы, типичный пример которых представляют трубы типа Wolverine Korodense. Дополнительным преимуществом гофрированных труб является их меньшая жесткость по сравнению с гладкими трубами, вследствие чего при одинаковых условиях работы они менее подвержены воздействию механических напряжений в аппаратах с неподвижными трубными решетками. В программу включен весьма обширный банк данных, содержащий сведения об оребренных трубах малого радиуса, производимых фирмами Wolverine, Н РТ1, Wieland и др.
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЗА СЧЕТ КОНВЕКЦИИ
Конвективный поток - В трубном пространстве:
Для расчета коэффициента теплоотдачи внутри труб в режиме турбулентного течения используется уравнение ЗидераТейта (Sieder-Tate). Для режима ламинарного течения в вертикальных трубах используется метод Мартинелли (Martinelli) и Бельтера (Boelter). Для режима ламинарного течения в горизонтальных трубах применяется метод Эйбанка (Eubank) и Проктора (Proktor). Оба эти соотношения учитывают влияние как естественной, так и вынужденной конвекции. Режим ламинарного течения принимается для значений числа Рейнольдса до 2000; турбулентного – при значениях числа Рельнольдса свыше 10000. В переходной области значение коэффициента теплоотдачи представляет собой средневзвешенное из соответствующих коэффициентов для ламинарного и турбулентного режимов, причем вклад каждого из них в общую величину коэффициента теплоотдачи определяется в зависимости от величины числа Рейнольдса. При вычислении потери давления на трение для случая ламинарного течения (при значениях числа Рейнольдса менее 2000) используется метод Блазиуса (Blasius). Для турбулентного режима (при значениях числа Рейнольдса свыше 3000) и для переходной области расчет производится в соответствии с рекомендациями Перри
(Perry) (раздел 5, п. 23).
В программу включены соотношения между величиной теплоотдачи и перепадом давления для турбулизатора потока в виде спиральной ленты, совершающей полный оборот на участке трубы, длина которого равна четырем внутренним диаметрам трубы.
Конвективный поток – В межтрубном пространстве:
5
СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
Для расчета коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве применяется метод анализа потоков. Этот метод основан на учете величин перепада давления, вычисленных для каждого из возможных направлений потоков через поперечные перегородки по отдельности. Учитываются следующие возможные направления потоков:
Поток A – перетекание через зазор между наружной стенкой трубы и отверстием для труб в перегородке.
Поток B – поперечный поток, обтекающий трубный пучок.
Поток C – вдоль стенки кожуха через зазор между стенкой кожуха и внешней границей трубного пучка.
Поток E – перетекание через зазор между стенкой кожуха и кромкой поперечной перегородки.
Поток F – через зазоры между трубными пучками (для многоходового теплообменника).
Может также производиться расчет для случая применения решетчатых перегородок.
ПОЗОННЫЙ АНАЛИЗ
Для всех типов теплообменных аппаратов, в которых происходит фазовый переход, производится анализ с разбиением всей поверхности теплообмена на n зон (по умолчанию n = 10). СС-ТЕРМ автоматически устанавливает границы зон и характеристики для каждой из них, однако пользователь имеет возможность корректировать или заменять установленные программой значения.
ВОЗМОЖНОСТИ ОФОРМЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА
Пользователь может выбрать одну из следующих форм выдачи результатов работы программы:
позонная распечатка кривой нагрева и физических характеристик жидкости;
технологическая схема, оформленная в соответствии со стандартами ТЕМА;
подробная распечатка общих параметров теплообменника в форме таблицы;
полный вибрационный анализ аппарата;
позонная распечатка результатов расчета коэффициентов теплоотдачи и величин перепада давления;
параметры входного и выходного потоков;
данные оптимизации аппарата;
отчет, содержащий результаты расчета ребойлера.
В дополнение к печатному отчету вы можете в интерактивном режиме просмотреть результаты на экране, а также, используя графические возможности программы, получить графическое представление результатов расчета.
ОБЗОР ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОГРАММЫ СС-ТЕРМ
СС-ТЕРМ представляет собой интерактивную программу моделирования процессов теплопередачи, предназначенную для конструирования и поверочного расчета кожухотрубчатых теплообменников. В данном разделе дается общий обзор возможностей использования программы и опций главного меню.
Более подробные сведения по каждой из опций главного меню приведены в последующих разделах настоящего руководства. Функция ввода данных позволяет вводить параметры процесса в окнах диалога с использованием контекстно-зависимой справочной системы. С помощью функций организации ввода данных пользователь может создавать файлы новых заданий, просматривать результаты уже выполненных заданий и вносить изменения в сохраненные ранее файлы заданий.
Расчет теплообменника с помощью программы СС-ТЕРМ включает семь основных стадий:
Формулировка задания и расчет технологической схемы.
Выбор в строке меню команды Sizing (Размеры). При этом открывается соответствующее меню.
Выбор в этом меню опции Shell & Tube ((Кожухотрубчатый теплообменник).
Программа сопровождает вас на протяжении всего процесса настройки расчета теплообменников, выводя на экран указания, касающиеся ваших дальнейших действий. После закрытия окна, содержащего такие указания (щелчком по кнопке [OK]), вы сразу же переходите к работе с функцией или окном диалога, предназначенным для выполнения соответствующих действий. В конце процесса настройки на экран выводится главное меню программы СС-ТЕРМ.
Просмотр и (при необходимости) редактирование введенных данных при помощи команд меню.
Выполнение программы.
Просмотр и распечатка результатов.
Программа выполняет следующие действия:
6
СС-ТЕРМ Руководство пользователя
Развернутый контроль ошибок.
Генерацию потоков для моделирования односторонних теплообменников (конденсаторов, испарителей, термосифонных испарителей и теплообменников в составе циркуляционных контуров).
Генерацию тепловой кривой для потоков в трубах и в межтрубном пространстве.
Выполнение проектного или поверочного расчета. В режиме проектирования число характеристик, которые должны задаваться пользователем, очень мало, т.к. программа производит оптимизацию длины труб, размеров кожуха, шага поперечных перегородок и т.д. В режиме поверочного расчета пользователь должен ввести все основные данные по конфигурации теплообменника. Программа производит расчет теплообменника с заданными параметрами и проверку его соответствия заданным условиям эксплуатации.
Организацию вывода результатов проектирования или поверочного расчета теплообменника.
Поддержку диалогового интерфейса пользователя, позволяющего вносить изменения в условие задания, вторично запускать его на выполнение и просматривать новые результаты.
Генерацию файлов СС-ТЕРМ для сохранения всех входных и выходных данных по каждому теплообменнику.
РЕЗЮМЕ
Программа СС-ТЕРМ, представляющая собой интегрированный модуль ХЕМКАД’а, предоставляет инженерупроектировщику средство выполнения проектного и поверочного расчета кожухотрубчатых теплообменников, характеризующееся достаточной широтой спектра функций и удобством в пользовании. Использование командного языка ХЕМКАД’а обеспечивает легкость обучения работе с программой: для пользователя ХЕМКАД’а освоение работы с программой СС-ТЕРМ будет делом нескольких минут. В ходе тщательной и всесторонней проверки при решении реальных задач в течение ряда лет была доказана надежность и точность работы программы. Коллектив квалифицированных инженеров осуществляет полную поддержку программы.
7
СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
ГЛАВА 2 КОМАНДЫ CC-THERM’А
Для выполнения конструирования или поверочного расчета теплообменника в ХЕМКАД’е необходимо войти в меню программы СС-ТЕРМ. Данное меню предоставляет пользователю команды, предназначенные для задания параметров, выполнения расчета, просмотра и распечатки результатов. В настоящем разделе приведено подробное описание использования этих команд.
Вызов меню СС-ТЕРМ на экран осуществляется следующим образом:
Загрузите задачу моделирования процесса, в технологическую схему которого входит теплообменник. В качестве «теплообменника» может рассматриваться конденсатор колонны, кипятильник или аппарат с принудительной циркуляцией, а также теплообменник как самостоятельная единица оборудования. Для выполнения программой CCТЕРМ проектного или поверочного расчета единицы оборудования необходимо, чтобы для нее был предварительно рассчитан материальный и тепловой баланс.
Выберите в строке меню команду Sizing (Размеры). На экран выводится меню Sizing (Размеры).
Выберите в меню Sizing (Размеры) опцию Shell & Tube (Кожухотрубчатый теплообменник).
Если в данный момент теплообменник не выбран, то программа предложит вам выбрать теплообменник для выполнения проектного или поверочного расчета. Если в данный момент какой-либо теплообменник в составе технологической схемы выбран, то принимается, что именно для него должен быть выполнен расчет.
Если для выбранного теплообменника расчет выполняется впервые, программа предлагает вам выполнить ввод данных. Процедура ввода данных включает в себя задание потока в трубном пространстве (после чего поток в межтрубном пространстве задается программой), задание параметров для вспомогательных потоков (если это необходимо) и заполнение ряда окон диалога. По завершении их заполнения (или как минимум просмотра) на экране появляется главное меню программы СС-ТЕРМ.
Если расчет выбранного теплообменника ранее уже выполнялся, эта процедура ввода данных пропускается и на экране сразу же появляется главное меню программы СС-ТЕРМ.
Меню программы СС-ТЕРМ выглядит следующим образом:
Ниже приводится краткое описание опций данного меню. Более подробно они будут описаны в последующих разделах, каждый из которых посвящен описанию одной из опций.
ВВОД ДАННЫХ ПРИ РАБОТЕ С ПРОГРАММОЙ СС-ТЕРМ
Данные для выбранного теплообменника вы вводите в процессе работы в диалоговых окнах СС-ТЕРМ’а. Для них справедливы все правила ввода данных, принятые в рамках ХЕМКАД’а. Описание процедуры ввода данных и используемых при этом окон диалога вы найдете в Руководстве пользователя программой ХЕМКАД.
Генерация тепловых кривых (Heat Curve Generation) – Расчет теплообменника выполняется в два этапа. Вначале генерируется тепловая кривая, а затем производится расчет теплопередачи и перепада давления. Функция генерации тепловых кривых (Heat Curve Generation) предназначена для выполнения расчетов, относящихся к первому этапу. При этом рассчитываются значения расхода и термодинамические характеристики для теплоносителей в трубном и межтрубном пространстве. Эти значения используются затем при расчете теплопередачи и величин перепада давления. Таким образом, выполнение функции генерации тепловых кривых (Heat curve generation) является необходимой предпосылкой для всех последующих расчетов.
8
СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
Редактирование тепловой кривой (Edit Heat Curve) – Данная опция позволяет пользователю вводить свои данные для построения тепловой кривой вместо рассчитанных программой СС-ТЕРМ.
Задание основных параметров (General Specifications) – Данная опция используется для задания основных параметров теплообменника, таких как его тип в соответствии со стандартами TEMA (т.е. конфигурация), допустимые значения перепада давления, коэффициентов загрязнения, максимальной скорости, а также для задания уравнений, используемых для расчета теплопередачи и перепада давления, и режима расчета (проектный или поверочный расчет).
Геометрия теплообменника (Exchanger Geometry) – Дает пользователю возможность ввести данные по размерам и ориентации для кожуха, труб, поперечных перегородок, патрубков и данные по величине зазоров. Здесь же пользователь задает все данные по материалам.
Расчет (Calculate) – Выполнение расчета теплопередачи и значений перепада давления.
Просмотр результатов (View Results) – Просмотр результатов расчета в интерактивном режиме.
График (Plot) – Графическое отображение различной информации (тепловых кривых, данных по теплопередаче и перепадам давления) с использованием разбиения на зоны.
Выдача отчета (Report Generation) – Выдача (распечатка) отчета в табличной форме. Пользователь может выбрать информацию для включения в отчет.
Сохранить конфигурацию теплообменника (Save Configuration) – Сохранение текущих данных.
Повторить ввод данных для потока (Re-enter Stream Information) – При выборе на технологической схеме процесса одностороннего теплообменника (в процессе работы в ХЕМКАД’е) для последующего проектного или поверочного расчета пользователь должен ввести данные, определяющие вторую сторону. Пользователь вводит исходную информацию этапе генерации тепловых кривых (см. раздел «Генерация тепловых кривых»). Опция повторного ввода позволяет ему внести изменения в данные, введенные для второго потока.
Повторно инициализировать теплообменник (Re-initialize Exchanger) – При выполнении данной команды полностью удаляются все данные для выбранного теплообменника и повторно запускается процедура ввода данных.
Ниже приводится подробное описание работы данных опций (с разъяснением назначения каждого из полей соответствующих окон диалога).
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПОТОКИ
Если при расчете теплообменника используется вспомогательный поток, СС-ТЕРМ запрашивает у пользователя данные, определяющие этот поток.
Так же как и в ХЕМКАД’е, состав потока и термодинамические условия на входе в теплообменник задаются в ходе работы с диалоговым окном задания характеристик потока (Stream dialog box). Расход вспомогательного потока рассчитывается программой, однако необходимо задать для него начальное приближение.
Величина расхода вспомогательного потока рассчитывается на основании значений тепловой нагрузки теплообменника и выходных характеристик потока. Характеристики потока на выходе из теплообменника задаются в окне диалога, имеющем следующий вид:
Вы можете задать одну из следующих характеристик потока:
Фиксированное |
значение |
Значение расхода будет принято равным величине, |
расхода |
|
введенной в окне диалога Streams (Потоки). |
Фиксированное |
значение |
Температура вспомогательного потока на выходе из |
|
|
9 |
СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
температуры на выходе |
теплообменника. |
Фиксированное значение доли |
Доля пара вспомогательного потока на выходе из |
пара на выходе |
теплообменника. |
ГЕНЕРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ КРИВЫХ (HEAT CURVE GENERATION)
В результате выбора данной опции на экран выводится окно диалога задания параметров для построения тепловой
кривой (Heat Curve Parameters):
Данное окно диалога содержит команды, позволяющие вам ввести данные, которые будут использованы при расчете тепловых кривых для теплообменника. Важно отметить следующее: если Вы внесли какие-либо изменения в характеристики потоков или теплообменников как единиц оборудования в ХЕМКАД'е, СС-ТЕРМ предупредит Вас о том, что необходимо пересчитать тепловые кривые с учетом этих изменений.
ВВОД ДАННЫХ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ КРИВОЙ
Метод разбиения (Cutting method) – При построении тепловых кривых разбиение на зоны может осуществляться:
По равенству энтальпии.
По равенству энтальпии между точками росы и точками кипения.
По умолчанию принята опция (2), т.е. разбиение на зоны по равенству энтальпии между точками росы и точками кипения. Если эти показатели находятся за пределами интервала температур для данного теплообменника, то разбиение будет производиться по равенству энтальпии (опция 1).
Теплообмен в теплообменнике моделируется позонно. Весь путь теплопередачи будет разбит на n зон точек. Число зон (n) вводится пользователем. По умолчанию n = 10.
Врамках метода разбиения по энтальпии рассчитываются профили температуры и расхода, при этом соответствующие физические свойства генерируются на основе одинаковых профилей энтальпии и давления.
Вслучае использования метода разбиения по энтальпии между точкой росы и точкой кипения сначала рассчитываются значения температуры для точки росы и точки кипения, а затем интервал между ними разбивается на x зон, характеризующихся равенством энтальпии. При наличии перегрева он выделяется в отдельную зону. При наличии недогрева для него также выделяется отдельная зона.
Тип стенки (Wall type) – Ниже представлено описание имеющихся опций.
Конденсация на влажной стенке (Wet wall Condensing) [по умолчанию] имеет место в случае, когда конденсация происходит непосредственно на входе, при первом соприкосновении входного газа со стенками труб. Очевидно, что это произойдет, если температура входного потока равна или ниже точки росы. Однако во многих случаях температура основного потока выше точки росы, но конденсация при соприкосновении со стенкой трубы все же происходит, поскольку стенки труб более холодные. Иными словами, условия у стенок труб отличаются от условий в общей массе потока.
При наличии конденсации на влажной стенке СС-ТЕРМ использует следующие правила при расчете зоны 1:
Если входная температура выше точки росы, средняя логарифмическая разность температур берется от температуры точки росы потока. Если входная температура ниже или равна точке росы, для расчета среднелогарифмической разности температур всегда используется истинная входная температура.
Всегда рассчитывается коэффициент конденсации, даже если основной поток перегрет. Для конденсатора обычным режимом работы является конденсация на влажной стенке.
Конденсация на сухой стенке (Dry wall condensing) имеет место в случаях, когда величина перегрева достаточна для того, чтобы конденсация на стенках труб не происходила до тех пор, пока поток не охладится. В этом случае при расчете зоны 1 СС-ТЕРМ использует следующие правила:
Среднелогарифмическая разность температур всегда вычисляется с использованием истинной температуры потока на входе.
Для зоны 1 рассчитывается коэффициент теплоотдачи для газовой фазы.
10
СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
Число точек разбиения (Number of cutting points) – В данном поле задается число зон, которые будут использованы в расчете теплопередачи. Для разбиения на n зон потребуется n+1 точек разбиения (включая вход в первую зону, а также выход из последней из n зон). Это термодинамические, а не физические зоны. По умолчанию будет использовано 11 точек разбиения (или 10 зон).
РЕДАКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ КРИВЫХ (EDIT HEAT CURVES)
При помощи данной опции вы можете ввести новые значения вместо рассчитанных ХЕМКАД’ом для построения тепловой кривой. Данные по тепловой кривой отображаются на экране в окне диалога, подобном представленному ниже. Для изменения значения достаточно ввести новое значение в то же самое поле окна диалога.
Данное диалоговое окно можно прокручивать влево (для этого служит полоса прокрутки в нижней строке окна); при этом на экране отображаются дополнительные характеристики.
Для сохранения внесенных изменений щелкните по кнопке [OK].
Если при вводе данных какие-либо поля оставлены пустыми, то программа заполнит их, выполнив линейную интерполяцию данных, содержащихся в соседних полях.
ЗАДАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ (GENERAL SPECIFICATIONS)
Окно диалога Задание основных параметров (General Specifications) позволяет ввести значения основных параметров расчета, таких как режим расчета, тип теплопередачи, допустимые значения перепада давления и т.п. Вид экрана при вызове данного окна диалога показан ниже.
Страница 1:
11
СС-ТЕРМ |
Руководство пользователя |
Страница 2: |
|
Ниже приведено описание полей данного окна диалога.
СТРАНИЦА ЗАДАНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ (GENERAL SPECIFICATIONS)
Режим расчета (Calculation mode) – Программа СС-ТЕРМ может использоваться для определения параметров теплообменника, то есть для расчета оптимального размера кожуха, числа трубных ходов, числа перегородок, проходных сечений в вырезе перегородок и т.д. Данный режим называется режимом проектирования. В этом режиме требуется как минимум задание типа аппарата по ТЕМА, типа процесса, коэффициентов загрязнения и допустимых величин перепада давления. По умолчанию приняты следующие характеристики труб: расположение труб по вершинам треугольника, диаметр трубы 3/4 дюйма, толщина трубы по Бирмингемскому проволочному калибру 16 (BWG 16). Зазоры устанавливаются в соответствии со стандартом ТЕМА. Также могут быть введены любые изменения принятых по умолчанию значений параметров и любая дополнительная информация. Программа сохранит эти значения неизменными при выполнении оптимизации для остальных данных.
СС-ТЕРМ может также применяться для поверочного расчета параметров уже существующего теплообменника. В этом случае должны задаваться значения всех основных параметров. Программа проверяет возможность применения в заданном процессе теплообменника с заданными параметрами. Пользователь должен задать тип аппарата по ТЕМА, тип процесса, внутренний диаметр кожуха, число трубных ходов, шаг поперечных перегородок и проходное сечение в вырезе, а также количество труб. Если значения параметров не будут скорректированы пользователем, СС-ТЕРМ принимает по умолчанию толщину труб 3/4 дюйма, 16 Бирмингемский проволочный калибр для труб и зазоры, определяемые стандартами ТЕМА.
Примечание: Если Вы выполняли проектный расчет, а потом перешли в режим поверочного расчета, программа автоматически считывает основные данные для меню задания параметров теплообменника. Это возможно только сразу после выполнения расчета и перестает действовать при переходе к другой единице оборудования, к другому варианту или в случае выходе из программы СС-ТЕРМ в промежутке между запуском проектного и поверочного расчета.
Класс по TEMA (TEMA class) – Класс оборудования в соответствии с требованиями Ассоциации производителей кожухотрубчатых теплоо6менников (Tubular Exchanger Manufacturer's Association = ТЕМА). Возможно выполнение расчетов и с использованием других стандартов. Эти стандарты относятся в основном к механическим характеристикам теплообменника, поэтому данный параметр не оказывает значительного влияния на проектный и поверочный тепловой расчет аппарата.
Механический стандарт оборудования (ТЕМА Class) влияет на тепловой расчет теплообменника в двух отношениях:
Механические стандарты влияют на расчеты параметров трубной решетки. СС-ТЕРМ рассчитывает приблизительную толщину трубной решетки. Это необходимо для определения эффективной площади теплопередачи. Часть трубы, заделанная в трубную решетку, не будет участвовать в теплопередаче. Механический стандарт определяет правила, которые должны применяться при определении параметров трубной решетки.
Класс аппарата также определяет выпускаемые промышленностью стандартные размеры различных элементов теплообменника. Например, параметры стандартных кожухов, изготавливаемых из труб, по TEMA (США) и DIN (Германия) различаются. В свою очередь, внутренний диаметр кожуха влияет на число труб и, следовательно, на площадь теплопередачи.
TEMA R
TEMA B
TEMA C
12