Пластинчатый теплообменник (ТГ-ТГ)#
Внешний вид блока в REPEAT VISION#
Блок моделирует пластинчатый теплообменник, в котором происходит теплообмен между двумя теплогидравлическими системами.
Расчет теплового потока выполняется по методу NTU. Пользователь может добавить учет термического сопротивления пластин и отложений на их поверхностях.
Движение теплоносителей (противоток)[1] в теплообменнике представлено на рис. 1.
Рис. 1 Общий вид движения теплоносителей в теплообменнике (противоток)#
Геометрия гофрирования пластин[4] представлена на рис. 2.
Рис. 2 Геометрия гофрирования пластин
φ - угол наклона гофрирования;
2\(a\) – расстояние между пластинами;
Λ – шаг гофрирования;
L\(_h\) – длина пластины;
W – ширина пластины.#
Общий объем среды в теплообменнике (1) :
где:
\(n_{пл}\) – число пластин в теплообменнике без учета крайних, [шт];
b – расстояние между пластинами, [м];
\(L_{пл}\) – длина пластин, [м];
\(W_{пл}\) – ширина пластин, [м].
Объем одной среды в теплообменнике (2) :
Площадь проходного сечения для одной среды (3) :
Общая площадь поверхности теплообмена без учета гофрирования пластин (4) :
Площадь теплообменной поверхности для одной среды – это половина от общей поверхности теплообмена без учета гофрирования умноженная на коэффициент увеличения площади для учета гофрирования (5) :
где \(\phi\) - коэффициент увеличения площади поверхности пластины.
Коэффициент \(\phi\) – это отношение действительной площади поверхности к площади поверхности без учета гофрирования (6) :
где \(А_{действ}\) – действительная площадь поверхности теплообмена.
В блоке коэффициент увеличения площади поверхности пластины может быть задан пользователем, либо рассчитан по следующей формуле, исходя из заданной геометрии гофрирования (если Тип параметризации гофрирования выбран Геометрия гофрирования)[2] (7) :
где \(\lambda\) – шаг гофрирования, [м].
Гидравлический диаметр (8) :
1. Теплообмен#
Конвективный теплообмен по методу NTU (9) :
где:
\(\epsilon\) – коэффициент эффективности теплообменника;
\(C_{мин}\) – минимальное значений из \(\dot m_1 \cdot C_{p1}\) и \(\dot m_2 \cdot C_{p2}\), [\(\frac{Вт}{℃}\)];
\(\dot m_1, \dot m_2\) – массовый расход среды 1 и 2, [\(\frac{кг}{с}\)];
\(C_{p1}, C_{p2}\)– 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 (10) :
где:
Q – действительный тепловой поток, [Вт];
Q\(_{макс}\) – максимально возможный тепловой поток, [Вт].
Формула для расчета эффективности теплообменника для различного взаимного движения теплоносителя[3]:
Прямоток (11) :
где:
NTU - число единиц переноса тепла;
\(C_{отн}=\frac{C_{мин}}{C_{макс}}\).
Противоток (12) :
Для случая \(C_{отн}\)=1 (13) :
Число единиц переноса тепла (14) :
где \(R_{конв}\) – полное термическое сопротивление между двумя жидкостями без учета теплопроводности жидкостей, [\(\frac{℃}{Вт}\)] (15) :
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, [\(\frac{м^2 \cdot℃}{Вт}\)];
\(R_{пл}=\frac{t}{\lambda_{пл}\cdot n_{пл}\cdot L_{пл}\cdot W_{пл}}\) – термическое сопротивление пластины, [\(\frac{℃}{Вт}\)];
\(\lambda_{пл}\) – теплопроводность пластины, [\(\frac{Вт}{м^2 \cdot℃}\)];
t – толщина пластины, [м].
Коэффициент теплоотдачи (16) :
где:
\(\lambda\) – теплопроводность среды, [\(\frac{Вт}{м^2 \cdot℃}\)];
Nu – число Нуссельта.
Если свойство Тип расчета коэффициента теплоотдачи выбрано (17) :
где:
a,b,c – коэффициенты, задаваемые пользователем;
Re=\(\frac{w \cdot d_г}{\nu}\) – число Рейнольдса;
w – скорость среды, [\(\frac{м}{с}\)];
\(\nu\) – кинематическая вязкость среды, [\(\frac{м^2}{с}\)];
Pr – число Прандтля.
Если свойство Тип расчета коэффициента теплоотдачи выбрано – Зависимость для потока между гофрированными пластинами (без учета поправки, учитывающей температурную зависимость вязкости среды)[2] (18) :
где:
\(c_1, c_2, c_3\) – коэффициенты зависимости для потока между гофрированными пластинами;
\(f\) – коэффициент трения Дарси;
\(\beta\) – угол наклона гофрирования,°.
Тепловой поток теплопроводности (19) :
где:
\(T^{ср1}_{вых}, T^{ср2}_{вых}\) – температура среды 1 и 2 на выходе из теплообменника, [℃];
\(R_{тепл}\) – термическое сопротивление теплопроводности, \(\frac{℃}{Вт}\) (20) :
где \(\lambda_1, \lambda_2\) – коэффициенты теплопроводности для среды 1 и 2, [\(\frac{Вт}{м^2 \cdot℃}\)].
Результирующий тепловой поток между теплоносителями является суммой конвективной и кондуктивной составляющей (21) :
Потери давления в теплообменнике
Потеря давления между портами блока и внутренним узлом рассчитывается по следующим формулам (22) :
где:
\(p^{ср}_{вх}, p^{ср}_{вых}, p^{ср}_{вн}\) – давление среды на входе, выходе и во внутреннем узле соответственно, [Па];
\(\dot m_{вх}, \dot m_{вых}\) – массовый расход среды на входе и выходе из теплообменника, [\(\frac{кг}{с}\)];
\(\xi\) – коэффициент потерь давления на вход и выход;
\(\rho\) – плотность среды, [\(\frac{кг}{м^2}\)];
\(S_{вх.порт}, S_{вых.порт}\) – площадь сечения входного и выходного порта, [м\(^2\)].
Если
Тип расчета потерь давлениявыбран –Постоянный коэффициент потерь давления на трение, тогда коэффициент потерь равен заданному пользователем.Если
Тип расчета потерь давлениявыбран –Зависимость для потока между гофрированными пластинами, тогда коэффициент потерь рассчитывается по следующей формуле[2]:Для Re<2000 (23) :
(23)#\[\frac{1}{\sqrt{f}}=\frac{cos \beta}{\sqrt{0.18 \cdot tg \beta +0.36 \cdot sin \beta + \frac{64}{Re \cdot cos \beta}}}+\frac{1-cos \beta}{\sqrt{3.8 \cdot (\frac{597}{Re}+3.85)}}\]Для Re\(\geq\) 2000 (24) :
(24)#\[\frac{1}{\sqrt{f}}=\frac{cos \beta}{\sqrt{0.18 \cdot tg \beta +0.36 \cdot sin \beta + \frac{1}{(1.8 \cdot lgRe - 1.5)^2 \cdot cos \beta}}}+\frac{1-cos \beta}{\sqrt{\frac{3.8\cdot 39}{Re^{0.289}} }}\]
Уравнение сохранения массы(25) :
где M – масса среды, [кг].
Уравнение сохранения энергии(26) :
где:
\(\phi^{ср}_{вх}, \phi^{ср}_{вых}\) – поток энергии на входе и выходе, [Вт];
Q – тепловой поток, [Вт];
h – энтальпия среды во внутреннем узле, [\(\frac {Дж}{кг}\)];
\(\alpha\) – коэффициент изобарного теплового расширения, \(\frac {1}{К}\);
\(\beta\) – объёмный модуль упругости, [Па];
\(T_{вн}\) – температура среды во внутреннем узле, [℃];
V – объем среды в теплообменнике, [м\(^3\)].
2. Свойства#
Свойство |
Значение по умолчанию |
Описание |
Единицы измерения |
|---|---|---|---|
Взаимное движение теплоносителей: |
Противоток |
- |
- |
Количество пластин в теплообменнике |
27 |
- |
шт. |
Длина пластин |
1.2 |
- |
м |
Ширина пластин |
0.6 |
- |
м |
Расстояние между пластинами |
0.006 |
- |
м |
Тип параметризации гофрирования: |
Коэффициент увеличения площади поверхности пластины |
- |
- |
Коэффициент увеличения площади поверхности пластины, доступно при выборе |
1.25 |
- |
- |
Угол наклона гофрирования, доступно при выборе |
60.0 |
- |
град |
Отношение глубины гофрирования к шагу, доступен при выборе |
0.28 |
- |
- |
выкл |
- |
- |
|
Толщина пластины, доступно при выборе |
5.5E-4 |
- |
м |
Теплопроводность пластины, доступно при выборе |
13.0 |
- |
Вт/(м\(\cdot\)К) |
Площадь проходного сечения входного порта (среда 1) |
0.1 |
- |
м\(^2\) |
Площадь проходного сечения входного порта (среда 2) |
0.1 |
- |
м\(^2\) |
Площадь проходного сечения выходного порта (среда 1) |
0.1 |
- |
м\(^2\) |
Площадь проходного сечения выходного порта (среда 2) |
0.1 |
- |
м\(^2\) |
Тип расчета потерь давления (среда 1): |
Постоянный коэффициент потерь давления на трение |
- |
- |
Коэффициент трения Дарси для оребренных пластин (среда 1), доступно при выборе |
1.8 |
- |
- |
Коэффициент потерь для входа и выхода (среда 1) |
1.5 |
- |
- |
Тип расчета коэффициента теплоотдачи (среда 1): |
Nu = \(\alpha \cdot Re^b \cdot Pr^c\) |
- |
- |
Коэффициенты для уравнения \(\alpha \cdot Re^b \cdot Pr^c\) (среда 1), доступно при выборе |
0.141; 0.748; 0.333; |
- |
- |
Коэффициенты зависимости для потока между гофрированными пластинами (среда 1), доступно при выборе |
0.122; 0.374; 0.333; |
- |
- |
Коэффициент загрязнения поверхности (среда 1) |
0.1 |
- |
К\(\cdot м^2\)/кВт |
Начальное избыточное давление среды в теплообменнике (среда 1) |
0.0 |
- |
МПа |
Начальная температура среды в теплообменнике (среда 1) |
20.0 |
- |
℃ |
Тип расчета потерь давления (среда 2): |
Постоянный коэффициент потерь давления на трение |
- |
- |
Коэффициент трения Дарси для оребренных пластин (среда 2), доступно при выборе |
1.8 |
- |
- |
Коэффициент потерь для входа и выхода (среда 2) |
1.5 |
- |
- |
Тип расчета коэффициента теплоотдачи (среда 2): |
Nu = \(\alpha \cdot Re^b \cdot Pr^c\) |
- |
- |
Коэффициенты для уравнения \(\alpha \cdot Re^b \cdot Pr^c\) (среда 2), доступно при выборе |
0.141; 0.748; 0.333; |
- |
- |
Коэффициенты зависимости для потока между гофрированными пластинами (среда 2), доступно при выборе |
0.122; 0.374; 0.333; |
- |
- |
Коэффициент загрязнения поверхности (среда 2) |
0.1 |
- |
К\(\cdot м^2\)/кВт |
Начальное избыточное давление среды в теплообменнике (среда 2) |
0.0 |
- |
МПа |
Начальная температура среды в теплообменнике (среда 2) |
20.0 |
- |
℃ |
3. 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
4. Примеры использования#
С примерами использования данного блока можно ознакомиться в следующих разделах:
Уроки;
Описание Демо-проектов.
Практическое руководство
Раздел |
Название руководства |
|---|---|
Энергетика |
Разработка модели системы промконтура маслоохладителей АЭС с ВВЭР |