ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структурные схемы теплообменных устройств из "Динамика парогенераторов " Парогенерирующий канал в общем случае состоит из трех подсистем оболочки и двух жидкостей, омывающих ее. В свою очередь каждая подсистема может быть представлена в виде различных моделей, отличающихся набором принятых допущений. При аналитическом исследовании прежде всего надо выбрать состав системы и модели подсистем, входящих в нее. При этом каждый выбранный вариант дает определенную модель парогенерирующего канала. [c.47] Наличие трех подсистем и большое количество частных моделей оболочки и потоков двух жидкостей обеспечивают большое разнообразие моделей паротенера-торов. Все эти модели можно разбить на три группы распределенные, сосредоточенные и комбинированные. [c.47] Выбор модели определяется задачами аналитического исследования и возможностями вычислительной техники. При этом всегда приходится идти на компромисс между точностью решения и его простотой и наглядностью. [c.47] Уравнения в частных производных, описывающие передачу вещества и энергии в парогенерирующем канале, как и замыкающие зависимости, нелинейны. Поэтому в квадратурах удается разрешить лишь уравнения, относящиеся к простым моделям. Но и такие решения имеют большую научную и практическую ценность, поскольку позволяют наглядным путем установить основные закономерности динамического процесса. [c.47] Сложные модели могут быть рассчитаны на ЭЦВМ. Полученные таким путем решения обладают высокой точностью, но малой наглядностью. Общим для моделей одного типа является алгоритм расчета. [c.47] Модели, состоящие, из двух подсистем — оболочки канала и рабочего тел а,— используются наиболее широко. Они подразделяются на модели с двумя и одной пространственной координатами. [c.48] Модели с двумя пространственными координатами описываются одномерным уравнением теплопроводности (2-12), определяющим передачу тепла по толщине оболочки (в направлении оси у) одномерными (в направлении оси z) уравнениями сохранения вещества, энергии и количества движения рабочего тела (2-15) — (2-17). Внешний обогрев оболочки задается во времени и по длине канала. Теплоотдача от внутренней поверхности рассчитывается по уравнению (2-18). Система рассмотренных уравнений замыкается уравнением состояния (2-9) и другими зависимостями (см. (2-19) — (2-21)]. В случае двухфазной смеси используются также уравнения (2-22) —(2-23). [c.48] Модели с одной пространственной координатой получаются заменой уравнения теплопроводности (2-12) уравнением теплового баланса (2-13). Остальные уравнения, описывающие движение рабочего тела и его взаимодействие с оболочкой канала, остаются прежними. [c.48] Влияние сосредоточенного сопротивления на процессы, происходящие в самом канале, учитывается введением обратной связи между величиной сопротивления и расходом рабочего тела на входе (рис. 2-6). По существу эта обратная связь эквивалентна уравнению сохранения количества движения. Однако выделение сопротивления в самостоятельную систему позволяет при решении динамических задач использовать обычный аппарат теории автоматического регулирования. [c.50] Модель сильно упрощается, если плотность рабочего тела принять постоянной. В этом случае математическая модель состоит всего из двух дифференциальных уравнений теплового баланса (2-13) и сохранения энергии (2-16) с соответствующими замыкающими зависимостями. [c.50] Модель из трех подсистем — оболочки и двух жидкостей — используется лишь при сильном упрощении каждой из них. Обычно принимается, что теплопроводность материала оболочки в направлении осей х к z равна нулю, а в направлении оси у — бесконечности. Следовательно, передача тепла в оболочке описывается уравнением (2-13). Одна жидкость (рабочее тело) принимается несжимаемой и лишенной распределенного сопротивления трения. Остальные потери напора приравниваются нулю. Тем самым в качестве самостоятельного выделяется элемент с сосредоточенным сопротивлением. В результате движение жидкости описывается одним дифференциальным уравнением состояния (2-9) и соответствующими замыкающими зависимостями. [c.50] Модель из двух жидкостей, разделенных бесконечно тонкой оболЬчкой (двухтрубный теплообменник), используется для аппаратов, у которых аккумулирующая емкость оболочки мала по сравнению с тепловой емкостью омывающих жидкостей. Обычно принимается, что жидкости несжимаемы, а их давления вдоль оси каналов не изменяются. Для описания используются два уравнения энергии (2-16), записанные для двух жидкостей, а также двойной комплект соответствующих замыкающих зависимостей. [c.51] Математические модели парогенераторов как систем с сосредоточенными параметрами получаются из распределенных систем путем замены уравнений (2-12) или (2-13) уравнением (2-14), а уравнений (2-15) — (2-17) соответственно уравнениями (2-26) — (2-28). Все остальные эмпирические зависимости сохраняются теми же. В моделях с сосредоточенными параметрами также возможно сочетание подсистем во всех комбинациях, рассмотренных ранее. [c.51] Парогенератор разбивается на участки, одни из которых рассматриваются как системы с распределенными, а другие — с сосредоточ ными параметрами. Такое деление позволяет упростить решение. Потеря точности при этом может быть небольшой, поскольку роль отдельных участков в формировании динамических процессов неравноценна. Деление на участки позволяет также использовать готовые решения. [c.51] Теплообменные устройства представляют собой открытые термодинамические системы. Такую систему можно наглядно представить в виде прямоугольника, к боковым сторонам которого подходят (отходят) стрелки, отображающие связи рассматриваемой системы с окружающей средой (рис. 2-7). [c.51] Система уравнений, описывающая объект, является связанной, вследствие чего изменение одного входного параметра сказывается на величине всех выходных параметров. Объект, имеющий несколько входных и выходных координат, называется многомерным. Примером многомерного объекта является модель теплообменного устройства, представленного в виде объекта с сосредоточенными параметрами (рис. 2-8). [c.53] Работа каналов, как правило, является взаимосвязанной, что является следствием связанности уравнений, описывающих объект. Отдельные каналы могут быть не связаны между собой, если они описываются независимыми уравнениями и граничными условиями. Например, при допущении о несжимаемости рабочего тела изменение теплопровода не сказывается на величине расхода на выходе. [c.53] Параллельно соединены, например, линия впрыска и шунтируемые ею поверхности нагрева. [c.55] Сказанное в этом параграфе в отношении объектов с сосредоточенными параметрами полностью относится и к объектам с распределенными параметрами. Однако для последних при анализе схем соединений значения искомых функций всех промежуточных элементов берутся для выходного сечения. [c.55] Вернуться к основной статье