9.1.2.3. Общность различных видов проектных тепловых расчётов

теплообменников.

Описанные выше различные виды проектных расчетов теплообменников имеют следующие общие части:

1. Все виды расчёта начинаются с определения коэффициента теплопередачи в некотором осреднённом теплопередаточном сечении теплообменника. Это самостоятельная и при качественном решении довольно сложная, громоздкая итерационная задача. По этой причине методы её решения излагается отдельно.

2. Во всех видах теплового расчёта используются различные уравнения связи между величинами Е_э, Е_п, Е_р, Е_к, n_эр, n_рк и другими величинами для различных схем тока сред в элементах, парах, рядах и комплексах. Они описаны здесь далее для всех известных элементов, пар, рядов, а также регулярных комплексов параллельного тока.

9.1.3. Подсистема расчёта реальной площади (РРП) теплопередающей

поверхности теплообменника.

Подсистема расчёта реальной площади теплопередающей поверхности F_тозо комплекса, ряда, пары, элемента с учётом её запаса и округления обеспечивает переход от определённой в первом этапе теплового расчёта теоретической, требуемой поверхности теплообменника ТО к реальной поверхности с одновременной корректировкой схемы тока сред в ТО в случае изменения в нём числа теплопередаточных элементов. При этом учитываются все реальные факторы: существующие стандарты, нормали, ряды типоразмеров теплообменных аппаратов, незнания погрешностей элементов теплового расчёта и т.д. Здесь эта подсистема не описывается.

9.1.4. Подсистема поверочного теплового расчёта теплообменников.

Подсистема поверочного теплового расчёта (ПоТР) является третьей подсистемой системы обобщенного иерархического расчета теплопередачи в теплообменниках (ТО) с различными схемами тока сред, описанной выше. Ранее с помощью первой подсистемы – подсистемы проектного теплового расчёта (ПТР) – уже рассчитана требуемая, теоретическая площадь теплопередающей поверхности теплообменника F_тот (как разновидностей теплообменника – требуемые площади комплекса F_кт, ряда F_рт, пары F_пт, элемента F_эт). С помощью второй подсистемы – подсистемы расчёта реальной площади (РРП) теплопередающей поверхности теплообменника F_тозо с учётом её запаса и округления – обеспечен переход от определённой в первом этапе теплового расчёта требуемой, теоретической теплопередающей поверхности теплообменного объекта к реальной поверхности.

Подсистема поверочного теплового расчёта обеспечивает корректировку конечных, промежуточных и текущих температур при переходе от теоретической поверхности F_тот к реальной F_тозо. Кроме того, она может быть использована автономно при обследовании работы теплообменного оборудования, при расчётном исследовании эффективности теплообменников в готовых проектах, в задачах анализа степени влияния теплообменного оборудования на режимные параметры установок.

Напомним, что

конечные температуры (КТ) – температуры на концах всего теплообменника,

промежуточные температуры (ПТ) – температуры на концах теплообменных поверхностей (комплексов, рядов, пар, элементов), из которых комплектуется теплообменник,

текущие температуры (ТТ)– температуры сред по ходу их движения в элементах всех теплообменных поверхностей, из которых комплектуется теплообменник.

Структура ПоТР включает в себя три основных этапа (рис. 9.4).

Н а этапе 1 определяется реальное значение эффективности теплопередачи Е_то теплообменника (ТО) в целом путём оценки эффективности теплопередачи входящих в него теплообменных поверхностей для всех уровней иерархии схем тока сред – реальных площадей комплекса F_кзо, ряда F_рзо, пары F_пзо, элемента F_эзо. Рассчитываемым теплообменником может как комплекс, так и ряд или пара теплообменных поверхностей, а в самом простом случае – теплопередаточный элемент. Ранее в подсистеме РРП для них уже уточнены все необходимые для расчёта Е реальные конструктивные, схемные и компоновочные характеристики. Однако в отличие от проектного теплового расчёта 1–ого и 2–го видов первый этап поверочного теплового расчёта начинается с низшего из этих уровней – теплопередаточного элемента. Для него уже определена реальная поверхность F_эзо с учетом её запаса и округления. Поэтому не представляет сложностей расчет действительного значения элемента Е_эзо =f(k, F_эзо, A_э, р_э, z_э, s_э) с помощью уравнений (8), (9), (13), (14) при подстановке в них F_эзо вместо F_э. Далее по схеме

Е_эзо→Е_пзо=f(Е_эзо, СТ_п)→Е_рзо=f{(Е_эзо (Е_пзо),СТ_р)}→Е_кзо=f{(Е_эзо (Е_пзо, Е_рзо),СТ_к)}

и по уравнениям связи, предложенным в ², определяется реальное значение эффективности теплопередачи теплообменной поверхности следующего, более высокого уровня. Процедура повторяется вплоть до определения реального значения эффективности теплопередачи всего ТО.

На этапе 2 ПоТР определяются конечные (КТ) и промежуточные (ПТ) температуры всех теплообменных поверхностей, составляющих ТО. Этот этап расчёта начинается с высшего из всех уровней, в общем случае – с комплекса, для которого уже определена эффективность Е_кзо, соответствующая реальной поверхности и скорректированной (при изменении числа теплопередаточных элементов) схеме тока сред СТ_к комплекса. Расчёт конечных температур комплекса (КТК) проводится с помощью формул (8.38) – (8.53), приведенных ранее в главе 8, разделе 8.2.3.1.Они получены с помощью уравнений (9.1) и (9.2) обобщённой универсальной математической модели (ОУММ…) процесса теплопередачи в теплообменниках.

Эти формулы уравнения являются универсальными, пригодными для расчёта любых теплообменных объектов со схемами тока сред любой сложности. Они заменяют все известные из литературы частные уравнения для расчёта конечных температур, а также пригодны для значительно бóльшего числа реальных схем тока сред, для которых в литературе решения не даны (не известны).

КТК используются далее при расчете конечных температур теплообменных поверхностей следующего, более низкого уровня (например, в общем случае, рядов) с помощью упомянутых выше универсальных уравнений и при использовании реального значения эффективности ряда Е_рзо. Конечные температуры (КТР) рядов, составляющих комплекс, рассматриваются, как промежуточные температуры комплекса (ПТК).

Процедура перехода к теплообменным поверхностям следующего, более низкого уровня, повторяется вплоть до определения конечных температур (КТЭ) элемента, которые рассматриваются, как промежуточные температуры пары (ПТП), ряда (ПТР) либо комплекса (ПТК).

Этап 3 обеспечивает расчёт текущих температур сред в элементах (ТТЭ), из которых комплектуется теплообменник. Они определяются путём решения дифференциальных уравнений, описывающих протекание процесса теплопередачи в элементе. Для каждой схемы тока сред в элементе эти уравнения индивидуальны. Для наиболее распространённых схем необходимые решения описаны в ^{2, 3, 4, 5, 6}, а также в других монографиях. Зная значения конечных температур элементов в теплообменных поверхностях более высоких уровней иерархии (парах, рядах и комплексах), которые определены во втором этапе как промежуточные температуры, с помощью упомянутых выше частных решений можно рассчитать текущие температуры во всех элементах рассматриваемого теплообменника.

Для более сложных случаев, для которых не известны аналитические решения, используются интервальные и интервально–итерационные методы расчета ²(стр. 96, 101, 109–112, 184, 198–201, 206–213), ⁷(стр. 66–97), ⁸(стр. 38–41), ⁹(стр. 142–151), ¹⁰(стр. 93–96), ¹¹(стр. 233–237).