Разное2 / ChemCAD / CC-TERM - руководство пользователя

-Поверхностное натяжение

-Критическая температура

-Критическое давление

-Теплоемкость пара

-Вязкость пара

-Теплопроводность пара

-Плотность пара

-Теплоемкость жидкости

-Вязкость жидкости

-Теплопроводность жидкости

-Плотность жидкости

-Общая тепловая нагрузка

ДАННЫЕ ДЛЯ МЕЖТРУБНОГО И ТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА

Скорость nepeкpecmнoгo потока в межтрубном пространстве (shellside cross-flow) рассматривается для типового расположения перегородок. Этот показатель представляет собой «истинное» значение скорости, основанное на фактической величине потока через трубный пучок за вычетом всех обходных потоков.

Скорость в конечной зоне (end zone velocity) представляет собой скорость в зоне между трубной решеткой и первой поперечной перегородкой.

Скорость в вырезе перегородки (window velocity) рассматривается для стандартного выреза перегородки. Этот показатель представляет собой «истинное» значение скорости, основанное на фактической величине потока через вырез перегородки с учетом всех обходных потоков.

Если рассчитываются параметры термосифона, то Вы вводите данные по величине гидростатического напора в колонне (при этом данные по допустимому перепаду давления отсутствуют). Однако программа пересчитывает введенную величину гидростатического напора и выдает величину эквивалентного давления. Следовательно, распечатываемое значение допустимого перепада давления всегда является именно величиной перепада давления, независимо от типа теплообменника, для которого выполняется расчет.

Если последовательно подключено два или более теплообменников, то полученные значения действительного перепада давления (actual pressure drop) являются суммарными для всех аппаратов.

Диаметр патрубка (nozzle diameter) представляет собой условный диаметр.

Если программа находится в режиме проектирования и размеры патрубков не заданы, то для определения размеров патрубков программа использует до 25% имеющейся величины перепада давления. При выполнении поверочного расчета, если пользователем заданы размеры патрубков, величина потерь давления в патрубках рассчитывается программой с использованием заданных размеров патрубков и данных по геометрии теплообменника.

Если выполняется расчет теплообменника с закрепленной трубной решеткой, то особенно важным показателем является температура металла кожуха и труб. При расчете данного значения температуры программа использует реальные коэффициенты теплоотдачи для межтрубного пространства и труб (с учетом загрязнения стенок).

Данные значения используются инженерами-конструкторами при расчете напряжений. Кроме того, значение температуры стенки трубы часто используется в расчетах теплообмена при конденсации и испарении.

Потери давления в межтрубном пространстве (shellside pressure drop) с учетом загрязнения стенок: потери давления в теплообменнике в условиях загрязнения. Расчет потерь давления в межтрубном пространстве производится с учетом возможного течения по обходным каналам, таким как зазоры между отверстиями в перегородках и трубами. Чтобы смоделировать наличие загрязнений, полученные значения несколько уменьшаются.

Rho V2 IN - Скоростной напор потока во входном патрубке кожуха. Данная величина вычисляется умножением плотности потока на скорость этого потока в квадрате. Это очень важный показатель для случая, когда входящий в аппарат поток находится в парообразном состоянии. ТЕМА дает рекомендации относительно минимального значения данного параметра, при котором требуется использование отбойной пластины.

Ниже приводятся пояснения, касающиеся данных, используемых при расчете потока.

Коэффициент A, используемый в расчете потока (SA factor А) вводится для учета той части потока в межтрубном пространстве (в процентах), которая «просачивается» между трубами и отверстиями в поперечных перегородках.

Коэффициент B, используемый в расчете потока (SA factor В) имеет смысл только тогда, когда в межтрубном пространстве имеет место конвективный поток. При наличии фазового перехода в

33

межтрубном пространстве выдаваемое программой значение данного коэффициента всегда будет равно нулю. При наличии конвективного потока в межтрубном пространстве обозначение "В STREAM" («Поток B») относится к части потока, представляющей собой перекрестный поток через трубный пучок. Чем ближе значения данного параметра к 100%, тем больше эффективность потока, т.е. обходные потоки по стенке кожуха и через зазоры сводятся к минимуму.

Коэффициент C, используемый в расчете потока (SA factor С) вводится для учета той части (в

процентах) потока в межтрубном пространстве, которая "просачивается" между пучком труб и внутренней поверхностью кожуха. Для неподвижной трубной решетки пустое пространство между пучком труб и внутренней поверхностью кожуха обычно бывает невелико, и поэтому соответствующий поток (С STREAM) также невелик. В то же время для аппаратов с плавающей головкой (ТЕМА Р, S или Т) данное пустое пространство больше, и (если не используются спиральные уплотнения) поток через него (долю которого в процентах выражает показатель С STREAM) возрастает. Когда пользователь задает размеры спирального уплотнения для плавающей головки, он должен принимать во внимание значительное уменьшение потока С STREAM и увеличение составляющей В STREAM («истинной» величины компонента потока за счет перекрестного течения через трубный пучок). Более подробные сведения о том, когда и как программа использует спиральные уплотнения, приведены в разделе, посвященном рассмотрению показателя ОТLС (см. далее).

Коэффициент E, используемый в расчете потока (SA factor E) SA factor Е вводится для учета той части

(в процентах) потока в межтрубном пространстве, которая «просачивается» между наружной границей перегородки и внутренней поверхностью кожуха.

Коэффициент F, используемый в расчете потока (SA factor F) вводится для учета той части (в

процентах) потока в межтрубном пространстве, которая «просачивается» через пустое пространство, образуемое перегородками между трубными ходами и границами трубных пучков. Хотя при наличии нескольких трубных ходов всегда имеются такие зазоры, они могут как воздействовать, так и не воздействовать на течение среды в межтрубном пространстве в зависимости от направления выреза перегородок и расположения трубных ходов (см. выше о расположении трубных ходов в разделе, посвященном описанию работы с окном диалога Задание величины зазоров (Clearances Specification)).

Идеальная скорость перекрестного потока (Ideal cross velocity): идеальная скорость перекрестного потока среды в межтрубном пространстве через трубный пучок. Это могло бы иметь место только при полном отсутствии протечек.

Идеальная скорость в вырезе перегородки (Ideal window velocity): идеальная скорость потока среды в межтрубном пространстве через вырез перегородки. Это могло бы иметь место только при полном отсутствии протечек через отверстие в перегородке.

ДАННЫЕ В ТАБЛИЧНОЙ ФОРМЕ (TABULATED DATA)

Основные данные (General Data)

В данном разделе описываются геометрические размеры теплообменника, то есть даются размеры кожуха, труб, поперечных перегородок, величины зазоров, а также некоторая дополнительная информация (например, о наличии отбойных пластин). Большая часть данных не требует пояснений, однако необходимо обратить внимание на следующие моменты:

При значениях условного диаметра свыше 24 дюймов распечатываемое значение наружного диаметра кожуха будет равным значению внутреннего диаметра кожуха. Это происходит ввиду того, что для значений менее 24 дюймов программа предполагает, что кожух представляет собой трубу, а для значений более 24 дюймов принимается кожух из проката (для конструкций из углеродистой стали). Для нержавеющей стали соответствующее значение будет равным 12 дюймам. Толщина стенки трубы известна (это стандартная стенка), но поскольку программа не производит расчета толщины стенки, толщина проката неизвестна. В результате значение внутреннего диаметра кожуха распечатывается также и в поле наружного диаметра кожуха.

Для емкостного кипятильника (Kettle reboiler) в поле наружного диаметра кожуха распечатывается значение внутреннего диаметра котла, а в поле внутреннего диаметра кожуха распечатывается значение диаметра трубного пучка.

Все величины зазоров задаются на основе диаметров.

Когда патрубки расположены на противоположных сторонах кожуха и используются сегментные перегородки, число перегородок (number of baffles) будет четным. Когда же патрубки кожуха расположены на одной и той же стороне кожуха и при этом также используются сегментные перегородки, общее число перегородок будет нечетным. В случае использования решетчатых перегородок данный показатель может не приниматься во внимание, поскольку решетчатые перегородки в действительности представляют собой опоры для труб, и в этом случае, в отличие от ситуации, когда используются другие типы перегородок, собственно говоря, не имеется поперечных перегородок как таковых. Если используются перегородки типа NTIW (No Tubes-in-Window) (Без труб в вырезе перегородки), то в число перегородок не включаются промежуточные перегородки, которые могут быть использованы для уменьшения эффектов вибрации, а учитываются лишь перегородки без труб в вырезе.

Расстояние между перегородками (baffle spacing) представляет собой расстояние между перегородками, за исключением расположенных по краям. Данный параметр применим для всех перегородок, которые непосредственно

34

Window) данный параметр (расстояние, определенное выше) появится в выходных данных вне зависимости от того, используется ли отбойная пластина или нет. Помимо этого, в некоторых случаях пользователю может понадобиться задать величину пустого пространства поверх трубного пучка – например, для конденсатора с поперечным током теплоносителя в межтрубном пространстве, что будет способствовать равномерному распределению пара между трубами. Значение данного параметра должно быть введено в диалоговом окне Задание величины зазоров

(Clearance Specifications).

Пространство нижней части трубного пучка (bundle btm. (bottom) space): свободное пространство между стенкой кожуха и внешней границей нижнего ряда трубного пучка. Данный параметр используется намного реже, чем предыдущий. Он как бы является зеркальным отображением предыдущего параметра для нижнего ряда пучка труб. В составе выходных данных он может встретиться в одном из следующих двух случаев:

при использовании перегородок без труб в вырезе;

если его значение было введено в диалоговом окне Задание величины зазоров (Clearance Specifications).

Значение Да (Yes) в поле Отбойная пластина (impingement plate) указывает на то, что у входного патрубка действительно имеется отбойная пластина. Если при этом пространство поверх трубного пучка равно нулю, это означает, что отбойная пластина помещена внутри входного патрубка (который в данном случае должен быть расширен). Если имеется отбойная пластина, но пространство поверх трубного пучка не равно нулю, это значит, что пластина размещается в верхней части трубного пучка, для чего необходимо удалить несколько рядов труб.

Диаметр крышки (bonnet diameter) представляет собой внутренний диаметр теплообменника со стороны распределительной камеры. Данный параметр имеет значение только в том случае, если в качестве распределительной камеры используется труба и задано высокое давление в трубном пространстве. В этом случае внутренний диаметр камеры (поскольку это труба) будет уменьшаться и может быть даже меньше, чем внутренний диаметр кожуха. Если заранее не учтен тот факт, что диаметр распределительной камеры меньше диаметра кожуха, то наружный ряд труб трубного пучка может не поместиться внутри распределительной камеры. Программа всегда контролирует такие ситуации, но для верности вы можете задать значение внутреннего диаметра распределительной камеры в диалоговом окне

Задание величины зазоров (Clearance Specifications ).

Если в теплообменнике имеется два или более трубных хода, то всегда задается расстояние между трубными пучками (pass clearance lane). Соответствующее свободное пространство служит для размещения перегородок между трубными ходами, разделяющих трубные ходы в распределительной камере. За счет этого создается свободное пространство по всей длине трубного пучка, которое всегда оказывает определенное влияние на распределение потока в межтрубном пространстве теплообменника. Программа всегда рассчитывает значение данного параметра, которое, однако, присутствуют в составе выходных данных, только если пользователь задал его явным образом в диалоговом окне Задание величины зазоров (Clearance Specifications).

Сокращение Fr. Int. Flow Ar (free internal flow area = площадь свободного сечения потока) обозначает площадь свободного сечения потока внутри оребренной трубы. Значение данного параметра распечатывается только для оребренных труб, причем оно всегда несколько меньше, чем для гладких труб с теми же номинальными значениями диаметра и толщины стенки.

Ориентация (orientation) описывает расположение теплообменника (H – горизонтальное, V – вертикальное).

Обозначение Tube-Ts joint (Соединение труб с трубной решеткой) указывает на способ крепления труб к трубной решетке. Труба может быть Развальцована (Expanded) в трубной решетке трубной решетки (обычный вариант) или Приварена (Welded) к трубной решетке.

Mаксимально допустимый тепловой поток (maximum allowable heat flux): величина теплового потока, при которой начинается высыхание пленки жидкости на стенке трубы.

Зазор между трубой и отверстием перегородки (tube hole): рассчитанный на основе диаметра зазор между внутренним диаметром отверстия перегородки и наружным диаметром трубы.

ПОЗОННЫЙ АНАЛИЗ (ZONE-BY-ZONE ANALYSIS)

Как указывает название данного раздела, в нем представлены более подробные данные расчета коэффициента теплопередачи и перепада давления для парожидкостной смеси по каждой из десяти зон, используемых программой для осуществления расчетов. Эта информация может относиться как к расчету конденсатора, так и к расчету испарителя. Выходные данные позонного расчета в обоих случаях похожи, но не идентичны.

36

37

Здесь необходимы следующие пояснения:

Для случая конденсации возможны три режима течения (и соответственно, теплопередачи).

Скорость пара настолько высока, что течение становится турбулентным. SHEARCT - Для данного режима теплопередача регулируется толщиной

пристеночной пленки (shear-controlled turbulent film).

Скорость пара низкая, и пленка конденсата находится в ламинарном GRAVCTL - состоянии. Для данного режима теплопередача регулируется силой

тяжести (gravity controlled laminar film).

Режимы SHEARCT и GRAVCTL представляют собой крайние случаи состояния потоков при конденсации. При переходе от регулирования теплопередачи преимущественно толщиной пристеночной пленки (SHEAR controlled) к ее регулированию силами гравитации (GRAVITY

TRANSIT - controlled) существует промежуточное положение – так называемый переходный (TRANSIT, от transition – переход) режим. Иногда скорость паровой фазы настолько мала, что преобладающим режимом теплопередачи является переходный (TRANSIT) или даже GRAVCTL (при очень малых скоростях пара).

Для каждой зоны конденсатора рассчитываются коэффициенты теплопередачи в режимах SHEARCT и GRAVCTL, независимо от того, является ли какой-либо из них основным коэффициентом для этой зоны. Если режим течения таков, что теплопередача определяется в основном толщиной пристеночной пленки жидкости, то будет использовано значение коэффициента, рассчитанное для режима SHEARCT. Если теплопередача регулируется прежде всего силами гравитации, то будет использовано значение коэффициента, рассчитанное для режима GRAVCTL В случае переходного режима течения будет использовано среднее геометрическое двух этих значений коэффициентов теплопередачи.

Для каждой зоны рассчитывается также коэффициент теплопередачи в газовой фазе (Gas Coeff.). Данный коэффициент имеет существенное значение в расчете общего коэффициента теплопередачи, особенно в присутствии больших количеств неконденсирующихся газов.

Режимы течения и коэффициенты при испарении (Evaporation Flow Regimes and Coefficients) - Для всех испарителей данный режим всегда обозначается как EVAPORA (ИСПАРЕН.) (от слова evaporation = испарение).

38

Плотности пара

Плотности жидкости

Плотности парожидкостной смеси

С использованием средних значений перечисленных выше характеристик для каждой зоны вычисляются следующие показатели:

Скорость

Число Рейнольдса

Число Прандтля

Коэффициенты теплоотдачи

Так называемые «переменные насыщения» (“saturation variables”): давление насыщения (P saturation), dP насыщ. (dP sat.), T насыщ. (T sat.), T стенки (T wall) и разность температур (T стенки – T насыщ.) [(Twall – Tsat)] вычисляются только для испарения.

P насыщ. (P sat.) – давление насыщения. Ввиду того, что в любой зоне, где происходит испарение, наблюдается насыщение, действительное значение данного параметра равно среднему значению давления, заданному для соответствующей зоны (Pi.). Для любой зоны, в которой происходит испарение, справедливо выражение:

P насыщ.=Pi =Pвх −i*∆mP

i– номер рассматриваемой зоны

m– общее число зон

dP насыщ. (dP sat.) – «давление насыщения» при температуре стенки трубы. Это фиктивное значение, используемое в уравнении Форстера – Цубера (Forrester – Zuber). Данное значение вычисляется с использованием уравнения Клапейрона –Клаузиуса:

M– молекулярная масса среды

R– газовая постоянная

Tстенки – температура стенки для данной зоны (см. ниже).

Вообще говоря, уравнение Клапейрона – Клаузиуса применимо для чистых компонентов, однако в рамках метода Форстера – Цубера оно используется как достаточно хорошее приближение.

Tнасыщ (Tsat.) – средняя температура для данной зоны (значение берется из расчета тепловой кривой).

Tстенки (Twall) – температура стенки трубы. Температура стенки трубы вычисляется путем расчета теплового баланса на границе теплопередачи для каждой из зон.

Tстенки – Tнасыщ. (Twall – Tsat) – разность между температурой стенки трубы и температурой основной массы среды. Данное значение оказывает сильное влияние на величину коэффициентов теплоотдачи при пузырьковом кипении.

ЗАЗОРЫ (CLEARANCES)

Распечатка (в форме таблицы) данных по зазорам, используемых в расчете теплообменника. Все величины зазоров определяются на основе диаметров, за исключением расстояний между кожухом и верхней (или нижней) границей трубного пучка (эти значения определяются на основе радиусов).

ОБЩИЕ ДАННЫЕ (OVERALL DATA)

Общая площадь (Area Total) – общая площадь теплообменника, рассчитываемая путем умножения общей площади поверхности одной трубы на число труб в теплообменнике. Для U-образных труб в случае, если пользователем не

41