NTU теплообмен#

block

Внешний вид блока в REPEAT VISION#

 Блок позволяет моделировать теплообмен между двумя средами по методу NTU.

 В совокупности с блоком Интерфейс теплообменника (ТГ) позволяет моделировать теплообменники, рассчитываемые по методу NTU.

Примечание

В настройках блока пользователь может выбрать требуемый тип теплообменника.

Тепловой поток по методу NTU (1) :

(1)#\[Q=\epsilon \cdot C_{мин} \cdot (T_{вх}^{ср1} - T_{вх}^{ср2})\]

где:

 \(\epsilon\) – коэффициент эффективности теплообменника;

 \(C_{мин}\) – минимальное значение из \(\dot m_1 \cdot C_{p1}\) и \(\dot m_2 \cdot C_{p2}\), [Вт/℃];

 \(\dot m_1, \dot m_2\) – массовый расход среды 1 и 2, [кг/с];

 \(C_{p1},C_{p2}\) – удельная теплоемкость среды 1 и 2 [\(\frac{Дж}{кг \cdot ℃}\)];

 \(T_{вх}^{ср1},T_{вх}^{ср2}\) – температура среды 1 и 2 на входе в теплообменник, [℃].

 Эффективность теплообменника (2) :

(2)#\[\epsilon = \frac{Q}{Q_{макс}}\]

где:

 \(Q\) – действительный тепловой поток, [Вт];

 \(Q_{макс}\) - максимально возможный тепловой поток, [Вт].

 Формула для расчета эффективности теплообменника для различного взаимного движения теплоносителя [1]

Теплообменник труба в трубе (рис. 1):

Heat exchanger pipe in pipe

Рис. 1 Теплообменник труба в трубе [1]#

Прямоток (3) : [1]

(3)#\[\epsilon = \frac{1 - e^{-NTU\cdot(1+C_{отн})}}{1 + C_{отн}}\]

где:

 NTU- число единиц переноса тепла;

 \(C_{отн} = \frac{C_{мин}}{C_{макс}}\).

Противоток (4) : [1]

(4)#\[\epsilon = \frac{1 - e^{-NTU\cdot(1-C_{отн})}}{1 - C_{отн} \cdot e^{-NTU\cdot(1-C_{отн})}}\]

 Для случая \(C_{отн}\) = 1 (5) :

(5)#\[\epsilon = \frac{NTU}{1+NTU}\]

Кожухотрубный теплообменник (рис. 2):

Shell and tube heat exchanger

Рис. 2 Кожухотрубный теплообменник [1]#

  • Для случая одного хода среды в корпусе и 2, 4… ходов среды в трубах (6) : [1]

(6)#\[\epsilon_1 = 2 \cdot \{1+C_{отн} + (1+C_{отн}^2)^{1/2}\cdot \frac{1+exp \cdot (-(NTU)_1\cdot (1+C_{отн}^2)^{1/2})}{1-exp \cdot (-(NTU)_1\cdot (1+C_{отн}^2)^{1/2})} \}^{-1}\]
  • Для случая n ходов в корпусе и 2n, 4n… ходов среды в трубах (7) : [1]

(7)#\[\epsilon = ((\frac{1-\epsilon_1 \cdot C_{отн}}{1 - \epsilon_1})^n-1) \cdot ((\frac{1-\epsilon_1 \cdot C_{отн}}{1 - \epsilon_1})^n-C_{отн})^{-1}\]

Теплообменник с перекрестными потоками (рис. 3):

Cross flow heat exchangers

Рис. 3 Теплообменники с перекрестными потоками [1]
а) Оребренный (обе среды не смешиваются)
б) Не оребренный (одна жидкость смешивается, другая нет)
#

  • Обе среды смешиваются (8) : [1]

(8)#\[\epsilon = \frac{1}{\frac{1}{1-exp \cdot (-NTU)}+\frac{C_{отн}}{1-exp \cdot (-C_{отн} \cdot NTU)}-\frac{1}{NTU}}\]
  • Обе среды не смешиваются (9) : [1]

(9)#\[\epsilon = 1-exp((\frac{1}{C_{отн}})(NTU)^{0.22} \{exp \cdot (-C_{отн}(NTU)^{0.78})-1 \})\]
  • \(C_{макс}\) смешивается - \(C_{мин}\) не смешивается (10) : [1]

(10)#\[\epsilon =(\frac{1}{C_{отн}})\cdot (1 - exp \cdot \{ -C_{отн} \cdot(1 - exp \cdot (-NTU))\})\]
  • \(C_{макс}\) не смешивается - \(C_{мин}\) смешивается (11) : [1]

(11)#\[\epsilon = 1 - exp \cdot (-C_{отн}^{-1}\cdot \{1 - exp \cdot (-C_{отн} \cdot (NTU)) \} )\]

 Число единиц переноса тепла (12) :

(12)#\[NTU = \frac{1}{C_{мин}\cdot R_{общ}}\]

где \(R_{общ}\) – полное термическое сопротивление между двумя жидкостями без учета теплопроводности жидкостей, [℃/Вт], (13) :

(13)#\[R_{общ}=\frac{1}{\alpha_1 \cdot A_{ср1}}+\frac{R_{f1}}{A_{ср1}}+ R_{ст} + \frac{R_{f2}}{A_{ср2}} + \frac{1}{\alpha_2 \cdot A_{ср2}}\]

где:

 \(\alpha_1, \alpha_2\) – коэффициенты теплоотдачи для среды 1 и 2, [\(\frac{Вт}{м^2 \cdot ℃}\)];

 \(A_{ср1}, A_{ср2}\) – площадь теплообменной поверхности для среды 1 и 2, [м\(^2\)];

 \(R_{f1},R_{f2}\) – коэффициенты загрязнения поверхности для среды 1 и 2, [\(\frac{м^2 \cdot ℃}{Вт}\)];

 \(R_{ст}\) – термическое сопротивление стенки, [\(\frac{℃}{Вт}\)].

1.  Свойства#

Свойство

Значение по умолчанию

Описание

Единицы измерения

Тип теплообменника:
Труба в трубе;
Кожухотрубный;
Теплообменник с перекрестными потоками;
Теплообменник по таблице эффективности

Труба в трубе

-

-

Количество проходов в межтрубном пространстве, доступно при выборе Тип теплообменника - Кожухотрубный

1

-

шт.

Условия смешивания:
Обе жидкости смешиваются;
Обе жидкости не смешиваются;
Среда 1 смешивается - Среда 2 не смешивается;
Среда 1 не смешивается - Среда 2 смешивается,
доступно при выборе Тип теплообменника - Теплообменник с перекрестными потоками

Обе жидкости смешиваются

-

-

Вектор NTU, доступно при выборе Тип теплообменника - Теплообменник по таблице эффективности

0.5;1.0;2.0;3.0;4.0;5.0;

-

-

Вектор \(C_{отн}\), доступно при выборе Тип теплообменника - Теплообменник по таблице эффективности

0.0;0.25;0.5;0.75;1.0;

-

-

Таблица эффективности, доступно при выборе Тип теплообменника - Теплообменник по таблице эффективности

\u003C0.3;0.3;0.3;0.3;0.3\u003E_
\u003C0.6;0.55;0.5;0.47;0.43\u003E_
\u003C0.85;0.76;0.68;0.61;0.55\u003E_
\u003C0.94;0.83;0.72;0.65;0.58\u003E_
\u003C0.98;0.86;0.75;0.66;0.58\u003E_
\u003C0.99;0.86;0.75;0.66;0.58\u003E

-

-

Термическое сопротивление стенки

1.5E-4

-

°C/Вт

Площадь поверхности теплообмена (среда 1)

0.01

-

м\(^2\)

Коэффициент загрязнения поверхности (среда 1)

1.0E-4

-

°С·м²/Вт

Минимальный коэффициент теплоотдачи между жидкостью и стенкой (среда 1)

5.0

-

Вт/(м² ·°С)

Площадь поверхности теплообмена (среда 2)

0.01

-

м\(^2\)

Коэффициент загрязнения поверхности (среда 2)

1.0E-4

-

°С·м²/Вт

Минимальный коэффициент теплоотдачи между жидкостью и стенкой (среда 2)

5.0

-

Вт/(м² ·°С)

2.  Входы и выходы#

Параметры

Вход/Выход

Описание

Единицы измерения

Тип порта

Тепловой порт (среда 1)

Вход

-

-

Теплопередача

Тепловой порт (среда 2)

Вход

-

-

Теплопередача

Тепловой эквивалент (среда 1)

Вход

-

Вт/°C

Автоматика

Коэффициент теплоотдачи (среда 1)

Вход

-

Вт/(м² ·°С)

Автоматика

Тепловой эквивалент (среда 2)

Вход

-

Вт/°C

Автоматика

Коэффициент теплоотдачи (среда 2)

Вход

-

Вт/(м² ·°С)

Автоматика

Для того, чтобы посмотреть возможности подключения блока необходимо перейти на страницу Описание портов блоков

3.  Источники#