Теплообменник (труба в трубе) (ТГ)#

block — Внешний вид блока в REPEAT VISION#

Блок Теплообменник (труба в трубе) (ТГ) моделирует процесс теплообмена между двумя средами, разделенными стенкой.

Расчет теплового потока между средами осуществляется по методу NTU, режим Прямоток или Противоток определяется автоматически в зависимости от знаков массового расхода в теплообменнике.

1. Расчет потерь давления (1), (2) :

(1)#\[\begin{split} \Delta p_{loss}^{A} = \begin{equation} \left\{ \begin{array}{ll} \dot m_{A}\cdot\mu_{A}\cdot K_{потерь} \cdot Re_{L}\frac{1}{4\cdot d_{г}\cdot\rho_{A}\cdot S_{мин}}, Re_{A} \le Re_{L}\\ K_{потерь}\cdot\frac{\dot m_{A}\cdot\left| \dot m_{A} \right|}{4\cdot\rho_{A}\cdot S_{мин}^{2}}, Re_{B} \geq Re_{T}\end{array}\right. \end{equation} \end{split}\]

(2)#\[\begin{split} \Delta p_{loss}^{B} = \begin{equation} \left\{ \begin{array}{ll} \dot m_{B}\cdot\mu_{B} \cdot K_{потерь}\cdot Re_{L}\cdot\frac{1}{4\cdot d_{г}\cdot\rho_{A} \cdot S_{мин}}, Re_{B} \le Re_{L}\\ K_{потерь}\cdot\frac{\dot m_{B}\cdot\left| \dot m_{B} \right|}{4\cdot\rho_{B}\cdot S_{мин}^{2}}, Re_{B} \geq Re_{T}\end{array}\right. \end{equation} \end{split}\]

где:

\(\dot m_{A}\) и \(\dot m_{B}\) - массовый расход через входной и выходной порт;

\(\mu_{A}\) и \(\mu_{B}\) - динамическая вязкость жидкости для входного и выходного порта;

\(Re_{A}\) и \(Re_{B}\) - число Рейнольдса для входного и выходного порта;

\(K_{потерь}\) - коэффициент потерь давления;

\(Re_{L}\) - верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения;

\(Re_{T}\) - нижний предел числа Рейнольдса для турбулентного течения;

\(S_{мин}\) - минимальная площадь проходного сечения;

\(d_{г}\) - гидравлический диаметр для расчета потерь давления:

\(d_{г} = d_{внеш} - d_{вн}\)

где:

\(d_{внеш}\) - внешний диаметр кольцевого зазора;

\(d_{вн}\) - внутренний диаметр кольцевого зазора.

2. Расчёт массового расхода

Закон сохранения массы (3) :

(3)#\[ \dot m_{A}+\dot m_{B}\:=\:0 \]

3. Баланс импульса (4) :

(4)#\[ p_{A} - p_{B} = \Delta p_{loss}^{A} + \Delta p_{loss}^{B} \]

где:

\(p_A\) и \(p_B\) — давление входного и выходного порта;

\(Δp_{loss}^{A}\) и \(Δp_{loss}^{B}\) – потери давления между входным портом и центром трубы и между центром трубы и выходным портом соответственно.

4.Энергетический баланс

Закон сохранения энергии (5) :

(5)#\[ \phi_{A}+ \phi_{B} + Q\:=\:\frac{dE}{dt} \]

где:

\(\phi_А\) - поток энергии на входе;

\(\phi_В\) - поток энергии на выходе;

\(Q\) - тепловой поток через стенку:

\(E\) - полная внутренняя энергия (6) :

(6)#\[E = \bar \rho \cdot u\cdot V\]

где:

\(\bar ρ\) – средняя плотность жидкости;

\(u\) - удельная внутренняя энергия жидкости;

\(V\) - объем жидкости в теплообменнике.

5. Расчет теплового потока

Тепловой поток определяется по методу NTU (7) :

(7)#\[ -Q_{1}+ Q_{2}\:=\:\epsilon \cdot Q_{макс} \]

где:

\(Q_{1}\) и \(Q_{2}\) - тепловой поток для среды 1 и среды 2;

\(Q_{макс}\) - максимально возможный тепловой поток между средой 1 и средой 2 при заданных рабочих условиях;

\(\epsilon\) - коэффициент эффективности ( 0 < ε < 1).

\(Q_{макс} = С_{мин}(T_{1вх} - T_{2вх})\)

где:

\(С_{мин} = min(\dot m_{1}c_{p1}, \dot m_{2}c_{p2})\)

\(\dot m_{1}\) и \(\dot m_{2}\) - массовый расход для среды 1 и среды 2;

\(c_{p1}\) и \(c_{p2}\) - удельная теплоемкость для среды 1 и среды 2;

\(T_{1вх}\) и \(T_{2вх}\) - температура на входе в теплообменник для среды 1 и среды 2.

Определение коэффициента эффективности для концентричных труб

Противоток (8):

(8)#\[\begin{split} \epsilon = \begin{equation} \left\{ \begin{array}{ll} \frac{1-e^{-NTU\cdot(1-C_{отн})}}{1-С_{отн}\cdot e^{-NTU\cdot (1-C_{отн})}}, для С_{отн} < 1\\ \frac{NTU}{1+NTU}, для С_{отн} = 1\end{array}\right. \end{equation} \end{split}\]

Прямоток (9):

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

где:

\(С_{отн} = \frac{C_{мин}}{C_{макс}}\);

\(NTU\) = \(\frac{1}{C_{мин}R_{полн}}\) - число единиц переноса;

\(R_{полн}\) - полное термическое сопротивление стенки (10) :

(10)#\[R_{полн} = \frac{1}{\alpha_{1}\cdot F_{1}} + R_{стенки} + \frac{1}{\alpha_{2}\cdot F_{2}}\]

где:

\(\alpha_{1}\) и \(\alpha_{2}\) - коэффициент теплоотдачи для среды 1 и среды 2;

\(F_{1}\) и \(F_{2}\) - площадь поверхности теплообмена для среды 1 и среды 2;

\(R_{стенки}\) - термическое сопротивление стенки.

1. Свойства#

Свойство	Значение по умолчанию	Описание	Единицы измерения
Минимальная площадь проходного сечения (среда 1)	0.01	-	м\(^2\)
Гидравлический диаметр для расчета потерь давления (среда 1)	0.1	-	м
Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения (среда 1)	2000.0	-	-
Нижний предел числа Рейнольдса для турбулентного течения (среда 1)	4000.0	-	-
Коэффициент потерь давления (среда 1)	0.1	-	-
Коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке (среда 1)	100.0	-	Вт/м²·°C
Площадь поверхности теплообмена (среда 1)	0.01	-	м\(^2\)
Объем среды в теплообменнике (среда 1)	0.5	-	м\(^2\)
Начальная температура среды в теплообменнике (среда 1)	20.0	-	°C
Минимальная площадь проходного сечения (среда 2)	0.01	-	м\(^2\)
Гидравлический диаметр для расчета потерь давления (среда 2)	0.1	-	м
Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения (среда 2)	2000.0	-	-
Нижний предел числа Рейнольдса для турбулентного течения (среда 2)	4000.0	-	-
Коэффициент потерь давления (среда 2)	0.1	-	-
Коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке (среда 2)	100.0	-	Вт/м²·°C
Площадь поверхности теплообмена (среда 2)	0.01	-	м\(^2\)
Объем среды в теплообменнике (среда 2)	0.5	-	м\(^2\)
Начальная температура среды в теплообменнике (среда 2)	20.0	-	°C
Термическое сопротивление стенки	1.6E-4	-	°C/Вт

2. Входы и выходы#

Параметры	Вход/Выход	Описание	Единицы измерения	Тип порта
Вход среды 1	Вход	-	-	Теплогидравлика
Вход среды 2	Вход	-	-	Теплогидравлика
Выход среды 1	Выход	-	-	Теплогидравлика
Выход среды 2	Выход	-	-	Теплогидравлика

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