Теплонспользующие установки промышленных предприятий

Методы максимальной формализации машинных расчетов

Рассматриваемые методы основаны на системном анализе принципов расчета теплообменных аппаратов, направ­лены на создание иерархической системы различных видов рас­четов. При разработке таких методов предлагаются четкие функ­циональные классификации, обобщенные структуры расчетов, построение специфических модулей на основе ограниченного их числа [28J.

Для разработки обобщенных методов расчета теплообменни­ков предлагается следующая структура: элементарным звеном теплообменника является элемент — характерная часть аппара­та (или весь аппарат) с элементарной схемой тока теплоносите­лей, аппарат — следующее звено иерархической структуры, со­стоящее из теплопередающнх элементов и полостей для дннженпя теплоносителей (число, состав, схема соединения элементов в ап­парате могут быть любые); совокупность аппаратов, соединенных в любой последовательности, образует следующую иерархиче­скую ступень — теплообменник (его основное назначение—из­менение температуры, агрегатного состояния и физико-химиче-

	Г-Е2 - Вычисление *' ■ + > V«'' '■ гг £
1-ЕЗ Переадресация
Г-Р1-1------- Вычисление <*г

5.3. Блок-схема поимтервально-нтерационного расчета теплообменника

Ского состава теплоносителей); высшим звеном иерархии явля­ется система теплообменников, представляющая собой совокуп­ность аппаратов, расположенных в любой последовательности.

Иерархическая структура такого типа позволяет на каждом уровне разрабатывать комплекс программ, формализующих ме­тодику расчета звена данного уровня.

В основу проектирования положен элемент («теплопереда­ющий элемент»). Следовательно, при расчете коэффициента

Теплоотдачи на поверхностях элемента и коэффициента тепло­передачи для выбранного типа элемента необходима четкая классификация его по форме основной поверхности, наружной поверхности наружного и внутреннего оребренйя. Поскольку на особенности механизма теплопереноса оказывает определенное влияние и взаимное расположение элементов (например, оди­ночная труба, шахматный пучок и т. д.), то способ компоновки, поверхности должен быть классифицирован.

Следующим звеном внутренней иерархии элемента должна быть классификация схем тока теплоносителей в элементе, так как она определяет универсализацию и формализацию расчета среднего температурного напора в рамках элемента («тепло­передающего элемента»), В качестве примера классификации элементарных схем тока [28] предложен рис. 5.4.

Разработка методов максимальной формализации машин­ных расчетов требует создания иерархии вычислительных струк­тур. Для этого необходимо проанализировать состав всех ос­новных видов расчета теплообменников, чтобы выделить мини­мум элементарных структур (модулей), из которых можно построить алгоритм любого расчета.

Рассмотрим структуру проектных расчетоп теплообменников (рис. 5.5):

А1. Ввод исходных данных. В зависимости от состава про­ектного расчета состав исходных данных может быть различ­ным. В практике построения алгоритмов расчет свойств тепло­носителей рассматривают как самостоятельную задачу (внеш­нюю задачу).

51. Решение задачи теплового баланса (БС — ТБ) сводится к определению одной из неизвестных величин из набора? ц, ^12,

(22, Си С2. Пример алгоритма решения уравнения теплового баланса приведен в работе [37].

1, П. Расчет скорости теплоносителя, отдающего (БС — х>]) и воспринимающего тепло (БС — ш2), необходим для опре­деления гидравлических сопротивлений.

£1, Н1. Проверка ограничений скоростей (БС — Ш1ДОп, БС — ^2доп) ДЛЯ обеспечения УСЛОВИЙ

Ш[ € (ЬУ|ш1п> ^1тах)» ^2 С (К^гтпп» ^2тах)-

Если не удовлетворяется одно из ограничений, вырабатывается признак П>0.

21. Расчет коэффициента теплопередачи (БС — к). Точность расчета к обеспечивается итерационным определением коэффи­циентов теплоотдачи на поверхностях.

К1. Расчет требуемой поверхности теплообмена (БС — И).

А2, С2. Расчет гидравлических сопротивлений теплоносите­лей— отдающего (БС — ДР|) и воспринимающего (БС — ДР2)-

В2, 02. Проверка ограничений гидравлических сопротивлений служит ДЛЯ обеспечения условий ДЯ1 < ДР|доп, Ь. Р-2 < ДРгдоп - Если не удовлетворяется любое условие, вырабатывается признак П > 0.

Е2, Расчет мощности нагнетателей теплоносителя — от­дающего (БС — N1) и воспринимающего (БС — Л'г).

12. Печать результатов — перечень величин, выводимых на печать.

К2. Проверка наличия выхода за ограничения. Если резуль­таты расчетов не выходят за ограничения, все признаки П рав­ны пулю. Соответственно 1П = 0 и проектный расчет заканчи­вается.

ЛЗ. Изменение типоразмера аппарата (БС — ИТА). Обра­щение к этой структуре следует, если хотя бы один из призна­ков выхода за ограничения не равен нулю.

Аналогична блочная структура и других типов расчетов. Среди типовых структур можно выделить такие: условно-посто­янные, основанные на использовании нормативных документов, методик, в которые вносятся изменения и коррективы; оспопан - ные на использовании фундаментальных закономерностей, мето­дов, надежных логических связей, рассчитанных па длительное использование. Поэтому в обобщенных методах максимальной

Формализации существенна разработка постоянных стру­ктур:

БС — к. Расчет коэффициента теплопередачи.

БС — Р. Расчет площади теплопередающей поверхности теп­лообменника.

БС — Фээ. Расчет функции эффективности элемента.

БС — Расчет распределения температур теплоносителей в теплообменнике.

БС — ПЭЦФ. Поиск экстремума целевой функции.

Основой метода максимальной формализации служит уни­версальная модель переноса тепла в элементе:

*11 ~*12 Р *11 — (21

Где Р — безразмерный температурный комплекс (1.46);

2 ехр (52) ^

Здесь КТГП)Г=Г4Д(б.4);5 =-1^ (б-5); Р€[0,11-

Индекс противоточности элемента. При 52 > 7 с погрешностью + + 0,1 %

Фэ = г + (А+ о-

Из уравнений (5.1) — (5.6) следует выражение для площади теплопередающей поверхности;

<У, . 2А --Р [г - (А + I)] кг 2А — Р1Х + (А + 1)] •

Блок-схема (рис. 5.6) расчета поверхности теплообмена элемен­та, вытекающая из уравнения (5.7), достаточно проста.

Для вычисления параметра 1 необходимо знать индекс противоточности. Индекс противоточности р — единственная ха­рактеристика, однозначно определяющая схему тока в элемен­те. Вместе с тем она является косвенным показателем тепло­передающего совершенства схемы тока. При противотоке р= 1, при прямотоке р = 0. Во всех остальных случаях рЄ [0,1]. Чем ближе р к единице, тем эффективнее теплопередача в элементе (табл. 5.1).

Расчет функции тепловой эффективности Фэ можно осуще­ствить по схеме рис. 5.7. Эта структура достаточно проста, мо­жет использоваться в машинном и ручном счете.

5.1. Индекс лротивоточности Р элементов и комплексов элементов [28]
Лв Схемы
Схема	Вид схемы тока
Прямоток	•
Противоток
—і*
£гг.	'•гг
0,50
Симметричный Ц-образ­ный элемент, один ход прямоточный, другой про - тивоточный (^)ирот = ^пряы
Іг/.
■€
Смешанный ток, два хода н кожухе, четыре хода в трубах
0,90
• >-22
Смешанный ток, один ход о корпусе н два хода и трубе
0,50
С
Смешанным ток, четыре хода в кожухе п диа хода в трубах
0,49
Параллельно смешанный гок с двумя ходами пря­моточными
И,18

И Перекрестный ток с. раз­делами одной среды на струи, двухкратный об­щий протшюток

Печать

Ос тан об

SHAPE \* MERGEFORMAT

Рис. 5.6. Блок-схема расчета поверхности теплообмена

Хая расчета температурной поправки гд, при схемах течения, отличных от противоточной [28], предложено следующее урав­нение:

1 - А’Р

1п-

. 1 — /глАятжх

Ел/ = у----------------- ; (5.8)

Л'Р

При Н = 1 ал, = у. --- • (5.9)

1 ІУІтах

2

Здесь Ртах = (д+-1) + г (5.10); г =]/(/?+ 1)2 _4р/? (5.11); ^ і г /і ур (5*12), где N = Р/Ртах (5.13).

ІП I 'г тах)

1 — N

Блок-схема расчета температурной поправки достаточно проста (рис. 5.8).

Более детальные сведения о методе определения поверхнос­ти ряда элементов даны в работе [28].