Symulacja pracy wymiennika przeciwpradowego_B3

Symulacja pracy wymiennika przeciwpradowego_B3

Wirtualne laboratorium symulacji procesów przepływowych i cieplnych zachodzących w pomieszczeniach ogrzewanych i urządzeniach cieplnych
prof. nzw. dr hab. inż. Mirosław Żukowski
Katedra Ciepłownictwa
Politechnika Białostocka
Modelowanie wymiany ciepła w wymienniku przeciwprądowym
Symulacja ma na celu zapoznanie się z charakterystyką cieplną wymiennika
przeciwprądowego. Schemat układu wymiany ciepła przedstawia rys. 1.
TA1
TA2
TB2
TB1
mA
mB
Rys. 1. Układ pracy wymiennika przeciwprądowego
Wielkości, które mogą być zmieniane (DANE)
• Wybór rodzaju płynu (powietrze lub woda), jako płyn domyślny przyjmowana jest
woda.
• Powierzchnia wymiany ciepła może być zmieniana w granicach do 0,1 m2 do 5 m2,
wartość domyślna wynosi 2,5 m2.
• Temperatura wlotowa płynu A może być zmieniana w granicach do 0oC do 100oC,
wartość domyślna wynosi 80oC.
• Strumień masy płynu A może być zmieniany w zakresie do 1 kg/h do 1000 kg/h,
wartość domyślna wynosi 500 kg/h.
• Temperatura wlotowa płynu B może być zmieniana w granicach do 0oC do 100oC,
wartość domyślna wynosi 40oC.
• Strumień masy płynu B może być zmieniany w zakresie do 1 kg/h do 1000 kg/h,
wartość domyślna wynosi 500 kg/h.
S t r o n a |1
Wirtualne laboratorium symulacji procesów przepływowych i cieplnych zachodzących w pomieszczeniach ogrzewanych i urządzeniach cieplnych
Wyniki symulacji (WYNIKI)
•
Strumień wymienianego ciepła.
Ilość ciepła wymieniana między płynami może być obliczona z następujących równań:
q = m& AcP (TA1 − TA2 ) lub
(1)
q = m& B cP (TB 2 − TB1 ) ,
(2)
gdzie:
m& A – strumień masy płynu A,
m& B – strumień masy płynu B,
TA1 – temperatura wlotowa płynu A,
TA2 – temperatura wylotowa płynu A,
TB1 – temperatura wlotowa płynu B,
TB2 – temperatura wylotowa płynu B,
cP – ciepło właściwe płynu.
•
Efektywność wymiennika.
W celu określenia efektywności procesu wymiany ciepła wykorzystano metodę NTU
(Number of Transfer Units). Wartość parametru NTU obliczana jest z poniższej zależności:
NTU =
U R AR
,
C& min
(3)
gdzie:
UR – współczynnik przenikania ciepła,
AR –powierzchnia wymiany ciepła,
C& – tzw. równoważnik wodny równy:
C& = m& cP .
(4)
Efektywność wymiennika określono z następującego równania:

 C& 
1 − exp  − NTU 1 − min 
&
 Cmax 

.
E=

 C& min 
C& min
1 − & exp − NTU 1 − & 
Cmax
 Cmax 

(5)
Jeżeli C& min = C& max to równanie (5) upraszcza się do następującej postaci:
S t r o n a |2
Wirtualne laboratorium symulacji procesów przepływowych i cieplnych zachodzących w pomieszczeniach ogrzewanych i urządzeniach cieplnych
E=
NTU
.
NTU + 1
•
(6)
Temperatury obu czynników na wylocie z wymiennika.
Wartości wylotowych temperatur czynnika A i B obliczono z poniższych zależności:
TA2 = TA1 − (TA1 − TB1 )WSK ,
TB 2 = TA1 + (TA1 − TB1 )
C& A
WSK ,
C&
(7)
(8)
B
gdzie:

 C&

1 − exp  NTU  & A − 1
 CB


.
WSK =

 C& A 
C& A
1 − & exp  NTU  & − 1
CB
 CB


(9)
Jeżeli C& A = C& B = C& to wartość WSK obliczamy z równania (10).
WSK =
1
.
C&
1−
U R AR
(10)
• Przebieg symulacji ilustrują wykresy prezentujące zmianę temperatury obu czynników
na długości wymiennika.
S t r o n a |3