Zadanie_6_Metodich_mater-MTA

12

Методический материал по теме «Моделирование теплообменных процессов»

В качестве примеров математических моделей теплообменных аппаратов ниже проанализированы модели теплообменников простейших типов: модели смешение-смешение, смешение-вытеснение, вытеснение-вытеснение. Коэффициент теплопередачи является, как допущение, постоянной заданной величиной.

Теплообменник типа смешение- смешение

Схематическое изображение теплообменника этого типа представлено на рис. 1.

Рис. 1. Схематическое изображение теплообменника типа смешение-смешение.

Тепловой баланс стационарного режима по теплоносителю и по хладагенту:

система может быть решена относительно 2-х неизвестных T_k и T_k^h.

При расчётах теплообменных аппаратов обычно задают тепловую нагрузку на теплообменник Q, т.е. количество тепла которое требуется передать от теплоносителя хладагенту в единицу времени. И задача расчёта теплообменника ставится как задача определения поверхности теплообмена F. Выражая поверхность теплообмена из предыдущих уравнений, получим:

где коэффициент тепловой нагрузки:

условие положительности знаменателя в выражении для поверхности теплообмена можно рассматривать как условие физической реализуемости теплообменника:

Теплообменник типа смешение- вытеснение

Такие теплообменники довольно широко распространены на практике. Схематическое изображение теплообменника этого типа представлено на рис. 2. Движение потока хладагента в змеевиках и трубчатых элементах небольшого диаметра удовлетворительно соответствует гидродинамической модели идеального вытеснения.

Рис.2. Схематическое изображение теплообменника типа смешение-вытеснение.

Для стационарного режима работы теплообменника уравнение, описывающее изменение температуры хладагента по длине зоны идеального вытеснения:

Уравнение необходимо интегрировать при начальных условиях:

Принимая тот факт, что выходная температура теплоносителя известна, можно выделить величину поверхности теплообмена:

где величина ν по прежнему . Условие физической реализуемости теплообменника этого типа определяется: .

Теплообменник типа вытеснение-вытеснение прямоточный

Схематическое изображение теплообменника этого типа представлено на рис. 3.

Рис.3. Схематическое изображение теплообменника прямоточного типа.

Теплообменники типа труба в трубе или вытеснение-вытеснение встречаются на практике. Для них уравнения теплового баланса имеют вид:

с граничными условиями:

где

Пример 1 на моделирование теплообменного аппарата типа смешение- смешение

ЗАДАНИЕ

1.Для теплообменного процесса указанного типа определить расход хладагента Gh, при котором, обеспечивается охлаждение теплоносителя на выходе до заданного значения Ttk.

2.Смоделировать переходные процессы на выходе теплообменного процесса по температуре теплоносителя на выходе Ttk и по температуре хладагента на выходе Thk.

3. Принять модель смешение-смешение без учёта тепловой инерционности стенок (рис.1)

4. Принять, что потери в окружающую среду (Toc=Th0) составляют z% от конвекции потоков и для потока теплоносителя и для потока хладагента.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Теплоёмкости хладагента и теплоносителя Плотности хладагента и теплоносителя Коэффициент теплопередачи теплообменника Температура теплоносителя на входе Температура хладагента на входе Температура теплоносителя на выходе (желаемая) Расход теплоносителя Длина трубок внутри теплообменника Диаметр трубки Высота аппарата Диаметр аппарата Толщина стенок трубки Находим значение площади теплообмена Объём камер смешения с хдадагентом и теплоносителем

РЕШЕНИЕ Часть1

Пример 2 на моделирование теплообменного аппарата типа смешение- вытеснение

ЗАДАНИЕ:

1) Для теплообменника типа смешение - вытеснение определить расход хладогента Gh при котором теплоноситель охлаждает хладагент до желаемой температуры теплоносителя.

2) Найдя Gh промоделировать переходные процессы температур хладагента и теплоносителя.

Пример 3 на моделирование теплообменного аппарата типа вытеснение-вытеснение

ЗАДАНИЕ:

1) Для теплообменника типа вытеснение - вытеснение определить расход хладогента Gh при котором теплоноситель охлаждает хладоагент до желаемой температуры теплоносителя.

2) Найдя Gh промоделировать переходные процессы температур хладоагента и теплоносителя.