9.1.2. Подсистема проектного теплового расчёта теплообменников.

Теплообменник может представлять собой комплекс К, ряд Р или пару П теплообменных поверхностей, а в самом простом случае – теплопередаточный элемент Э.

Соответственно, ПТР обеспечивает расчёт требуемой площади теплопередающей поверхности элементов F_э, пар F_п, рядов F_р и комплексов F_к.

Существует несколько видов иерархического проектного теплового расчёта теплообменников (ПТР ТО), определяемых особенностями исходных данных. Вместе с тем для всех видов ПТР ТО есть общие исходные данные. Рассмотрим их применительно к схемам тока сред в рядах и комплексах, рассмотренных далее. Схемы тока сред в элементах приведены ранее в главе 8, разделе 8.2.3.1.

9.1.2.1. Исходные данные, общие для различных видов проектного теплового расчёта теплообменников (ПТР ТО).

Общие исходные данные распределяются на 7 групп:

1. Режимные параметры теплообменников и входящих в них теплообменных аппаратов – массовые расходы G_о, G_в и конечные температуры t_он, t_вн, t_ок, t_вк сред, отдающей (о) и воспринимающей (в) теплоту, потери теплоты в окружающую среду (или её притоки из окружающей среды) η_по, η_пв, тепловая мощность теплообменника Q_тот, требуемая давление сред Р_о и Р_в.

2. Теплофизические свойства СВ_о(ν_о, λ _о, ρ _о, с_о, β _о, Pr _о) и СВ_о(ν_в, λ_в, ρ _в, с_в, β _в, Pr_в) теплопередающих сред в теплообменниках, необходимые для расчёта коэффициентов теплоотдачи α_о и α_в. Здесь ν – кинематическая вязкость, λ – теплопроводность, ρ – плотность, с – теплоемкость, β – коэффициент объёмного расширения. Здесь учитывается также R_от, R_ом – тепловое сопротивление отложений внутри и снаружи труб.

3. Схемные характеристики теплообменников – схема тока сред в элементе СТ_э и соответствующий ей индекс противоточности элемента р_э =f(СТ_э), вид схемы тока сред в ряде СТ_р, паре СТ_п, комплексе СТ_к.

4. Конструктивные характеристики теплообменных аппаратов, из которых комплектуется теплообменник, в частности типоразмеры проточной части элемента ТИП_э. Например, применительно к кожухотрубчатым теплообменным аппаратам это

   • d_н – наружный диаметр теплопередающих труб,

   • d_в – внутренний диаметр теплопередающих труб,

   • S_т – шаг между трубами (их осями) в пучке,

   • D_в – внутренний диаметр кожуха,

   • n_тп – число труб в пучке,

   • U_т – число параллельных рядов при соединении трубных зон аппаратов,

   • U_м – число параллельных рядов при соединении межтрубных зон аппаратов,

   • ℓ_а – длина пучка труб в аппарате,

   • Ω – относительная высота поперечной перегородки в межтрубной зоне аппарата,

   • n_п1 – число перегородок на одном погонном метре пучка труб,

   • F_a – площадь теплопередающей поверхности аппарата,

   • δ_ит, δ_им – толщина изоляции поверхности ограждений трубной (крышек) и межтрубной (кожуха) зон аппарата.

Конструктивные характеристики теплообменного аппарата необходимы для расчёта коэффициентов теплоотдачи α_о и α_в со стороны сред, отдающей (о) и воспринимающей (в) теплоту, коэффициента теплопередачи k, а также последующего теплового расчёта.

5. Теплофизические свойства материала конструкции аппарата СВ_мк, например, λ_ст, λ_ит, λ_им – теплопроводность стенки теплопередающей поверхности, а также изоляции поверхности ограждений трубной (крышек) и межтрубной (кожуха) зон аппарата.

6. Расчётные ограничения. Ими являются наибольшая и наименьшая допустимые скорости в трубном пучке w_{т макс} и между трубами w_{м макс} теплообменных аппаратов, относительная погрешность итераций при расчете коэффициентов теплоотдачи ε_α и др.

7. Признаки организации тепловых расчётов.

Виды схем тока сред в элементе СТ_э, ряде СТ_р, паре СТ_п и комплексе СТ_к описываются признаками

• р_э – индекс противоточности в элементе, в аппарате (например, 0 – прямоток, 1 –противоток, другие см. в главе 8, разделе 8.2.3.1).

• П_пэ – признак противоточности в элементе (например, 0 – преобладание прямотока, 1 – преобладание противотока).

• П_п – признак противоточности в первом ряду комплекса аппаратов (например,

0 – общий прямоток, 1 – общий противоток).

• П_рт – признак реверса теплоносителя трубного (например, 0 – реверса нет, 1 – однонаправленный реверс).

• П_рм – признак реверса теплоносителя межтрубного (например, 0 – реверса нет,

1 – однонаправленный реверс).

С помощью различных сочетаний этих признаков можно описать множество различных схем тока сред в теплообменниках. Это будет показано далее.

Особенности проточной части кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, влияющие на выбор методов расчета α_о и α_в, описываются конструктивными признаками

• П_рп – признак расположения пучка труб по ходу теплоносителя (0 – шахматный пучок, 1 – коридорный пучок),

• П_ртп – признак разбивки труб в пучке (0 – трубы по треугольнику, 1 – трубы по квадрату),

• П_тп – признак типа перегородок между трубами (0 – без перегородок, 1 – сегментные перегородки).

Особенности элементов тепловых расчётов описываются признаками

• Пзα_т – признак задания значения коэффициента теплоотдачи в трубах α_т (0 – значение α_т не задаётся, проводится его расчёт, 1 – значение α_т задаётся, его расчёт не проводится),

• Пзα_м – признак задания значения коэффициента теплоотдачи между трубами α_м (0 – значение α_м не задаётся, проводится его расчёт, 1 – значение α_м задаётся, его расчёт не проводится),

• k_k – признак корректировки коэффициента теплопередачи k (0 – корректировка не проводится, >0, ≠1 – корректировка проводится),

• k _αт – признак корректировки коэффициента теплоотдачи в трубах α_т (0 – корректировка не проводится, >0, ≠1 – корректировка проводится),

• k _αм – признак корректировки коэффициента теплоотдачи между трубами α_м (0 – корректировка не проводится, >0, ≠1 – корректировка проводится).

Признаки используются при выборе направления расчетов в методах и алгоритмах теплового расчёта.