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

NTU теплообмен#

1. Свойства#

2. Входы и выходы#

3. Источники#