|
|
Волгоградский государственный технический университет
Описание программы автоматизированного расчета на ЭВМ
Для определения коэффициента теплоотдачи от стенки труб к холодному теплоносителю необходимо учесть целый спектр условий. Необходимую формулу для его расчета программа выбирает исходя из действующих на данный момент условий: вещества, его физических свойств, конструкции теплообменника и режима течения теплоносителя внутри труб.
Проверив все условия, программа выбирает нужную формулу и рассчитывает коэффициент теплоотдачи мри различной скорости холодного теплоносителя.
В дополнение к расчету коэффициента теплоотдачи, программа оснащена модулем расчета гидравлического сопротивления (потери давления на трение) для горячего теплоносителя в межтрубном пространстве. Эта потеря давления зависит от коэффициента трения, который в свою очередь, также определяется в зависимости от физических свойств жидкости, режима ее течения и шероховатости труб трубного пучка.
Проверив все условия, программа выбирает нужную формулу, рассчитывает коэффициент трения и потери при изотермическом и неизотермическом потоках.
В расчетах необходимо было использовать плотность и вязкость жидкостей при нескольких температурах. Для упрощения времени ввода этих исходных данных из справочника была проведена аппроксимация табличных значений вязкости и плотности методом наименьших квадратов (МИК), в основу которого положено условие минимальности отклонений суммы квадратов экспериментально найденных величин от расчетных:
Неизвестные уравнения регрессии определяют при исследовании функции на экстремум (когда частные производные по А и по В должны быть равны нулю).
С помощью МНК были получены соответствующие апроксимационные уравнения
По результатам расчета программа дает графическую интерпретацию зависимости коэффициента теплоотдачи и потерь давления на трение от скорости холодного и горячего теплоносителя соответственно.
Результаты расчета на ЭВМ
По исходным и справочным данным, были получены результаты, представленные в таблице 3.
Таблица 3 – Исходные и справочные данные, расчетные параметры программы
|
Наименование параметра
|
Обозначение
|
Величина
|
Размерность
|
|
Конструкционные параметры
|
|
1.расположение труб
|
|
Вертикальное
|
|
|
2.кол-во труб
|
n
|
19
|
шт
|
|
3.Диаметр труб
|
D
|
24
|
мм
|
|
4.толщина труб
|
δ
|
1,5
|
мм
|
|
5.Длина труб
|
L
|
6
|
м
|
|
6.Средняя шероховатость труб
|
e
|
0,2
|
мм
|
|
7.Внутренний диаметр кожуха
|
Dк
|
216
|
мм
|
|
Холодный теплоноситель
|
|
бензол
|
|
8.Начальная температура (хол)
|
tхн
|
30
|
₀C
|
|
9.Конечная температура (хол)
|
tхк
|
50
|
₀C
|
|
10.Температура стенки труб со стороны
холодного теплоносителя
|
tст,х
|
52
|
₀C
|
|
11.Средняя скорость течения холодного
теплоносителя
|
wx
|
0,20
|
м/с
|
|
Горячий теплоноситель
|
|
анилин
|
|
12.Начальная температура (горяч)
|
tгн
|
90
|
₀C
|
|
13.Конечная температура
|
tгк
|
70
|
₀C
|
|
14.температура стенки труб со стороны
горячего теплоносителя
|
tст,г
|
72
|
₀C
|
|
15.Средняя скорость течения горячего теплоносителя
|
wг
|
0,5
|
м/с
|
|
Справочные данные
|
|
16.Плотность анилина при определяющей
температуре
|
ρ
|
967,907
|
кг/м3
|
|
17.Динамический коэффициент вязкости
анилина
|
μ
|
1,851
|
мПа*с
|
|
18.Коэффициент теплопроводности анилина
|
λ
|
0,16587
|
Вт/м*К
|
|
19.Удельная теплоемкость анилина
|
c
|
2085,9
|
Дж/кг*с
|
|
20.Динамический коэффициент вязкости анилина при температуре стенки
|
μст
|
1,97827
|
мПа*с
|
|
21.Коэффициент объемного расширения
бензола при определяющей температуре
|
β
|
0,00124
|
-
|
|
22.Плотность бензола при средней температуре
|
ρср
|
815
|
кг/м3
|
|
23.Динамический коэффициент вязкости бензола при средней температуре
|
μср
|
0,316
|
мПа*с
|
|
24.Удельная теплоемкость бензола
|
сср
|
2024
|
Дж/кг*с
|
|
25.Коэффициент теплопроводности при
средней температуре
|
λср
|
0,127
|
Вт/м*К
|
|
26.Коэффициент объемного расширения бензола при средней температуре
|
βср
|
0,001369
|
-
|
|
Расчетные параметры модуля определения коэффициента теплоотдачи
|
|
27.Определяющая температура
|
tопр
|
51
|
₀C
|
|
28.Критерий Рейнольдса при определяющей
температуре
|
Re
|
7739,073
|
-
|
|
29.Критерий Грасгофа при определяющей
температуре
|
Gr
|
4042,886
|
-
|
|
30.Критерий Прандтля
|
Pr
|
23,27727
|
-
|
|
31.Критерий Пекле
|
Pe
|
180144,5
|
-
|
|
32.Критерий Нуссельта
|
Nu
|
105,7478
|
-
|
|
33.Коэффициент теплоотдачи
|
α
|
237,0323
|
Вт/м2*К
|
|
Расчетные параметры модуля определения потери давления на трение
|
|
34.Средняя температура
горячего теплоносителя
|
tср
|
80
|
₀C
|
|
35.Критерий Рейнольдса
|
Re
|
95427,22
|
-
|
|
36.Критическое значение критерия Рейнольдса
перехода из области гидравлически гладких
труб в область гидравлически шероховатых
|
Reкр1
|
8510
|
-
|
|
37.Критическое значение критерия Рейнольдса
для началаразвитого мтурбулентного режима
|
Reкр2
|
170470,7
|
-
|
|
38. Коэффициент трения
|
λ
|
0,082286
|
-
|
|
39.Относительная шероховатость
|
ε
|
0,002703
|
-
|
|
40.Критерий Грасгофа
|
Gr
|
7240,002
|
-
|
|
41.Критерий Прандтля
|
Pr
|
5,036094
|
-
|
|
42.Критерий Прандтля при температуре стенки
|
Prст
|
31,5277
|
-
|
|
43.Безразмерный поправочный коэффициент
для ламинарного значения
|
xл
|
0,356252
|
-
|
|
44.Безразмерный коэффициент для
турбулентного течения
|
xт
|
1,843
|
-
|
|
45.Потери давления для изотермического
процесса
|
Δpиз
|
679,6972
|
Па
|
|
46.Потери давления на трение для неизотермического процесса
|
Δpнеиз
|
1418,38
|
Па
|
|
1. Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к холодному теплоносителю:
а = 324,257 Вт/(М2 К).
Зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости холодного теплоносителя:
w, м/с
|
0
|
0,2
|
0,27
|
0,34
|
0,41
|
0,48
|
0,55
|
0,62
|
0,69
|
а,
Вт
м2 • К
|
0
|
324,257
|
412,246
|
495,733
|
575,8270563
|
653,2177415
|
728,375
|
801,638
|
873,261
|
По полученным данным строим график а = f(w) (рисунок 1).
Рисунок 1 – график зависимости а = f(w)
2. Потери давления на трение для горячего теплоносителя:
При изотермическом потоке Δp= 679,6972 Па, при неизотермическом потоке Δp= 1418,38 Па.
Зависимость потерь давления на трение от скорости горячего теплоносителя:
Δpиз, Па
|
Δpнеиз, Па
|
ɷ, м/с
|
0
|
0
|
0
|
869,359
|
309,711
|
0,5
|
1023,039
|
364,4602
|
0,554
|
1189
|
423,584
|
0,588
|
1367,23
|
487,078
|
0,632
|
1557,71
|
554,936
|
0,676
|
1760,42
|
527,156
|
0,72
|
1975,38
|
703,732
|
0,764
|
2202,549351
|
784,66366
|
0,808
|
2441,9386
|
869,9466728
|
0,852
|
По полученным данным строим график Δp = f (w) (рисунок 2).
Рисунок 2 – график зависимости Δp = f (w)
Заключение
Таким образом, с помощью разработанной программы любой пользователь может рассчитать коэффициент теплоотдачи от стенки труб к холодному теплоносителю и потери давления на трение для горячего теплоносителя в целом спектре условий. Программа автоматически ориентируется в них, выбирая необходимые формулы для расчета, и дает точные результаты.
Список источников
Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, II.Г. Романков, А.Л. Носков. - Под ред. чл.-корр. АН СССР II.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - JL: Химия, 1987. - 576 с.
Учебное пособие по лабораторному курсу «Процессы и аппараты химических производств». Под общей ред. д.т.н., ироф. Н.В. Тябина. — Волгоград: ВГ1И, 1973. — 265 с.
|
|
|
Скачать 72.52 Kb.