Построение и исследование математической модели теплообменной аппаратуры. КР Мат.модели. Общая информация про теплообменник труба в трубе
 Скачать 145.73 Kb.
|
|
Общая информация про теплообменник труба в трубе Теплообменник труба в трубе служит для нагревания или охлаждения теплоносителя в системах отопительного и промышленного типа. Данные аппараты используются также в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности. При помощи теплообменных аппаратов, или теплообменников, осуществляется обмен тепловой энергией между двумя веществами, использующимися в роли теплоносителя. Это приводит к нагреванию одного из них, и охлаждению другого. Исходя из этой способности одни теплообменники на тепловых трубах выполняют роль нагревателей, другие – холодильников. Способ передачи тепла устройствами может быть: Поверхностным. Служит для разделения теплоносителя. В данном случае предусмотрена специальная стенка, хорошо проводящая тепло между двумя отделениями резервуара. Регенеративным. Процедура передачи тепла включает в себя два этапа, в процессе которых специальная насадка попеременно нагревается и охлаждается. Смесительным. Для теплообмена двух сред применяется их прямой контакт и перемешивание. Данную группу аппаратов относят к поверхностным тепловым приборам. Устройство теплообменника труба в трубе не отличается особой сложностью. Чаще всего в состав теплообменника входит несколько элементов: их располагают друг над другом, соединяя между собой специальным креплением. В состав каждого отдельного звена входят вставленные друг в друга трубы, предназначенные для теплообмена между собой. Внешнюю трубу большего диаметра соединяют с аналогичными элементами соседних отделений.  Это же касается и расположенных внутри труб меньшего диаметра: для них также применяется последовательное соединение. Для обеспечения возможности регулярных чисток на всех соединениях устанавливаются разъемы. Внутренние трубы в основном соединяют съемными калачами. За счет маленького поперечного сечения внутри системы достигается высокая скорость перемещения теплоносителя по трубам и между ними. Простая схема теплообменника труба в трубе не является помехой для его значительной популярности. Что касается обслуживания, то простота устройства дает возможность проводить его самостоятельно, без привлечения сантехников. К основным преимуществам аппаратов данного типа можно отнести следующее: Оптимальная скорость транспортировки теплоносителя. Это достигается благодаря тщательному подбору водопроводных труб необходимого диаметра: это дает возможность раствору двигаться внутри системы беспрепятственно. Простота изготовления и ухода. Это позволяет без проблем проводить регулярную чистку устройства, позитивно влияющую на продолжительность его службы. Универсальность. Данное свойство теплообменника позволяет использовать не только жидкий, но также парообразный теплоноситель. Как результат, аппарат с успехом может применяться в самых разных системах. К недостаткам оборудования обычно относят такие моменты: Большие размеры. Это накладывает свой отпечаток как на транспортировку, так и эксплуатацию прибора. Особенно это касается приватного использования, т.к. дополнительное пространство на установку аппарата найти не всегда просто. Дороговизна. Стоимость наружных труб, не занятых в теплообмене, а также труб, которыми оснащается грунтовый теплообменник (если они имеются в общей конструкции) довольно значительна. Сложность проектирования. Данная процедура по силам разве что профессионалам, так как требует проведения сложных вычислений и знания точных параметров системы. Как результат, общая стоимость монтажных работ увеличивается. Несмотря на имеющиеся недостатки теплообменников труба в трубе, положительные стороны это успешно компенсируют: это объясняет большую популярность данных аппаратов не только в промышленных сферах, но и частных домовладениях. Описание работы объекта. При истечении жидкостей в теплообменнике температура их изменяется: горячая жидкость охлаждается, а холодная нагревается. Характер изменения температуры жидкости, движущейся вдоль поверхности нагрева, зависит от схемы ее движения. В теплообменных аппаратах применяются в основном три схемы движения жидкостей: · прямоточная, когда горячая и холодная жидкости протекают параллельно; · противоточная, когда горячая и холодная жидкости протекают в противоположном друг другу направлении; · перекрестная, когда жидкости протекают в перекрестном направлении.  Смоделировать статический режим теплообменника типа "труба в трубе", для случая противотока. Принять полную длину теплообменника L = 1.5 м. Тепловые процессы в противоточном теплообменнике подчиняются тем же закономерностям, что и в прямоточном. Поэтому математическое описание теплообменника записывается аналогично, однако формально однотипные уравнения для обоих теплоносителей имеют аргументы различного знака:  Совместное интегрирование данных уравнений возможно лишь в одном направлении: либо при 1, меняющемся от 0 до L, либо в обратном – от L до 0. При этом в любом случае оговорено лишь одно начальное условие, второе остается неизвестным. Известно лишь, к какому значению в конце решения должна подойти вторая переменная. Для решения задачи воспользуемся последним обстоятельством и попытаемся отыскать неизвестное начальное условие Т2(0) с таким расчетом, чтобы условие, заданное для конца решения (граничное условие), было выполнено, т.е. T2(L) = 25°С. Такие задачи при малом числе условий, подлежащих определению, обычно решают методом проб и ошибок. Задачей поиска начального условия Т2(0) является выполнение граничного условия T2(L) при интегрировании системы уравнений. dT1/d1 = 1,88(T2-T1) dT2/d(-1) = 1,04(T1-T2) Рис. 1 иллюстрирует процесс поиска неизвестного начального условия Т2(0). Кривая 1 отражает профиль температуры Т2, полученный в предположении, что хладоагент нагреется до 44°С (значение взято произвольно). Видно, что это предположении неудачно, так как не получено ожидаемое значение T2(L)=25°С. Приняв Т2(0) = 65°С, получаем кривую 2. Она также неудовлетворительна, так как вместо Т2(1) = 15°С получаем лишь 4°С. Кривые 3 и 4 также не соответствуют искомому начальному условию: в первом случае входная температура T2(L) получилась заниженной, во втором - завышенной. По-видимому, искомое начальное условие лежит между двумя последними проверенными значениями (70 и 80°С). Тщательно исследуя намеченный диапазон задания начального условия, находим Т2(0) = 80°С.   Результаты моделирования на ЭВМ противоточного теплообменника |