Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Виды теплообменных аппаратов

2. Кожухотрубчатые теплообменники

3. Программа Heat Exchangers Design (HeatExchange)

3.1 Работа с программой

3.1.1 Приемы работы с документами

3.1.2 Создание

3.1.3 Открытие

3.1.4 Сохранение

3.1.5 Закрытие

3.2 Ввод и редактирование исходных данных

3.3 Выполнение расчетов

3.3.1 Рассчитать

3.3.2 Очистить окно расчета

3.3.3 Передать в MS Word

3.4 Справочник характеристик веществ

3.5 Стандартные команды для работы с даннями

Введение

теплообменник программа exchangers design

Теплообменник -- устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры. По принципу действия теплообменники подразделяются на рекуператоры и регенераторы. В рекуператорах движущиеся теплоносители разделены стенкой. К этому типу относится большинство теплообменников различных конструкций. В регенеративных теплообменниках горячий и холодный теплоносители контактируют с одной и той же поверхностью поочерёдно.

Теплообменные аппараты предназначены для проведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации.

1. Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты классифицируют по:

· по конструкции - аппараты, изготовленные из труб (кожухотрубчатые, «труба в трубе», оросительные, погружные, змеевиковые, воздушного охлаждения); аппараты, поверхность теплообмена которых изготовлена из листового материала (пластинчатые, спиральные, сотовые); аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических материалов (графита, пластмасс, стекла и др.);

· по назначению - холодильники, подогреватели, испарители, конденсаторы;

· по направлению движения теплоносителей - прямоточные, противоточные, перекрестного тока и др.

В общем выпуске теплообменных аппаратов для химической и смежных отраслей промышленности в РФ около 80% занимают кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники достаточно просты в изготовлении и надежны в эксплуатации и в то же время достаточно универсальны.

Теплообменники типа «труба в трубе» и змеевиковые стальные в общем объеме теплообменной аппаратуры составляют около 8%, а оросительные из чугуна - около 2%.

2. Кожухотрубчатые теплообменники

Рис.1. Кожухотрубчатый теплообменник

Кожухотрубчатые теплообменники относятся к наиболее распространенным. Их применяют в промышленности и на транспорте в качестве нагревателей, конденсаторов, охладителей, для различных жидких и газообразных сред. Основными элементами кожухотрубчатого теплообменника являются: кожух (корпус), трубный пучок, камеры-крышки, патрубки, запорная и регулирующая арматура, контрольная аппаратура, опоры, каркас. Кожух аппарата сваривают в виде цилиндра из одного или нескольких, обычно стальных листов. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды в межтрубном пространстве и диаметром аппарата. Днища камер могут быть сферическими сварными, эллиптическими штампованными и реже - плоскими. Толщина днищ не должна быть меньше толщины корпуса.

Предпочтительнее вертикальное расположение корпуса и всего теплообменника, так как в этом случае уменьшается площадь, занимаемая аппаратом, и более удобно расположение его в рабочем помещении.

Рис. 2. Трубные пучки кожухотрубчатых теплообменников

Трубный пучок теплообменника может быть собран из гладких стальных бесшовных, латунных или медных прямых или U- и W-образных труб диаметром от нескольких миллиметров до 57 мм и длиной от нескольких сантиметров до 6-9 м с диаметром корпуса до 1,4 м и более. Внедряются, особенно в холодильной технике и на транспорте, образцы кожухотрубчатых и секционных теплообменников с низкими накатными продольными, радиальными и спиральными ребрами. Высота продольного ребра не превышает 12-25 мм, а высота выступа катаных труб 1,5-3,0 мм при 600-800 ребрах на 1 м длины. Внешний диаметр труб с низкорадиальными (накатными) ребрами мало отличается от диаметра гладких труб, хотя поверхность теплообмена при этом возрастает в 1,5-2,5 раза. Форма такой поверхности теплообмена обеспечивает высокую тепловую эффективность аппарата при рабочих средах с различными теплофизическими свойствами.

В зависимости от конструкции пучка как гладкие, так и накатные трубы закрепляют в одной или двухтрубных решетках развальцовкой, разбортовкой, сваркой, спайкой или сальниковыми соединениями. Из всех перечисленных способов реже применяют более сложные и дорогостоящие сальниковые уплотнения, допускающие при тепловых удлинениях продольное перемещение труб.

Рис. 3. Способы закрепления и размещения труб в трубных решетках: а - развальцовкой; б - развальцовкой с отбортовкой; в - развальцовкой в очках с канавками; г и д - приваркой; е - с помощью сальника; 1 - по сторонам и вершинам правильных шестиугольников (треугольников); 2 - по концентрическим окружностям; 3 - по сторонам и вершинам квадратов; 4 - по сторонам и вершинам шестиугольников со смещенной на угол в диагональю.

Размещение труб в трубных решетках (рис. 3.) может быть осуществлено несколькими способами: по сторонам и вершинам правильных шестиугольников (шахматное), по сторонам и вершинам квадратов (коридорное), по концентрическим окружностям и по сторонам и вершинам шестиугольников со смещенной на угол в диагональю. Преимущественно трубы размещаются равномерно на всей площади решетки по сторонам и вершинам правильных шестиугольников. В аппаратах, предназначенных для работы на загрязненных жидкостях, часто принимают прямоугольное размещение труб для облегчения очистки межтрубного пространства.

В горизонтальных кожухотрубчатых теплообменниках-конденсаторах с целью уменьшения термического сопротивления на внешней поверхности труб, вызываемого пленкой конденсата, трубы рекомендуется размещать по сторонам и вершинам шестиугольника со смещенной на угол в диагональю, оставляя при этом в межтрубном пространстве свободные проходы для пара.

Некоторые варианты компоновки трубных пучков в корпусе приведены на (рис. 4.). Если обе решетки пучка из прямых труб зажимаются между верхними и нижними фланцами корпуса и крышек, то такой аппарат будет жесткой конструкции (рис.4. а, б). Теплообменники жесткой конструкции применяются при сравнительно небольшой разности температур между корпусом и трубами (примерно 25-30° С) и при условии изготовления корпуса и труб из материалов с близкими значениями их коэффициентов удлинения. При проектировании аппарата необходимо рассчитывать напряжения, возникающие вследствие тепловых удлинений труб в трубной решетке, особенно в местах соединения труб с решеткой. По этим напряжениям в каждом конкретном случае определяют пригодность или непригодность аппарата жесткой конструкции. Возможные варианты кожухотрубчатых теплообменников нежесткой конструкции показаны также на (рис. 4., в, г, д, е).

Рис. 4. Схемы кожухотрубчатых теплообменников: а - с жестким креплением трубных решеток с сегментными перегородками; б - с жестким креплением трубных решеток с кольцевыми перегородками; в - с линзовым компенсатором на корпусе; г - с U-образными трубами; д - с двойными трубами (труба в трубе); е - с «плавающей» камерой закрытого типа; 1 - цилиндрический корпус; 2 - трубы; 3 - трубная решетка; 4 - верхняя и нижняя камеры; 5, 6, 9 - сегментная, кольцевая и продольная перегородки в межтрубном пространстве; 7 - линзовый компенсатор; 8 - перегородка в камере; 10 - внутренняя труба; 11 - наружная труба; 12 - «плавающая» камера.

В теплообменниках с U-образными (рис.4., г), а также с W-образными трубами оба конца труб закрепляют в одной (чаще в верхней) трубной решетке. Каждая из труб пучка может свободно удлиняться независимо от удлинения других труб и элементов аппарата. При этом в местах соединений труб с трубной решеткой и в соединении трубной решетки с корпусом не возникает никаких напряжений. Эти теплообменники пригодны для работы при высоких давлениях теплоносителей. Однако аппараты с гнутыми трубами не могут быть признаны лучшими из-за трудности изготовления труб с разным радиусом изгиба, сложности замены и неудобства очистки гнутых труб.

В кожухотрубчатых теплообменниках с двойными трубами (рис.4., д) каждый элемент состоит из двух труб: наружной - с закрытым нижним концом и внутренней - с открытым концом. Верхний конец внутренней трубы меньшего диаметра закрепляют развальцовкой или сваркой в верхней трубной решетке, а трубу большего диаметра - в нижней трубной решетке. При таких условиях монтажа каждый из элементов, состоящий из двух труб, может свободно удлиняться без возникновения тепловых напряжений. Нагреваемая среда движется по внутренней трубе, затем по кольцевому каналу между наружной и внутренней трубами. Тепловой поток от греющей к нагреваемой среде передается сквозь стенку внешней трубы. Кроме того, в процессе переноса теплоты участвует и поверхность внутренней трубы, потому что температура нагреваемой среды в кольцевом канале выше температуры той же среды во внутренней трубе.

3. Программа Heat Exchangers Design (HeatExchange)

Программа Heat Exchangers Design (HeatExchange) предназначена для проведения ряда тепловых расчетов следующих видов теплообменников:

· теплообменника труба-в-трубе (агрегатное состояние продукта и теплоносителя не меняется);

· кожухотрубчатого теплообменника (агрегатное состояние, как продукта, так и теплоносителя может изменяться);

· пластинчатого теплообменника (агрегатное состояние продукта и теплоносителя не меняется);

· внутреннего концентрического змеевика емкостного аппарата (агрегатное состояние продукта в аппарате не меняется, в змеевике возможна конденсация паров теплоносителя);

· рубашек емкостного аппарата, выполненных из труб, полутруб, уголка или швеллера (агрегатное состояние продукта в аппарате не меняется, в рубашке возможна конденсация паров теплоносителя).

В состав программного комплекса также входит справочник теплофизических свойств веществ, содержащий зависимости характеристик используемых рабочих сред и теплоносителей от температуры: плотность, вязкость, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент объемного расширения, коэффициент поверхностного натяжения, удельная теплота парообразования, а также коэффициенты теплопроводности материалов стенок и изоляционных материалов.

Используемая методика расчета

Для решения задачи теплообмена требуется задать ряд исходных и справочных данных. При выборе вещества из базы данных все его известные теплофизические свойства задаются автоматически. Также допускается их ввод пользователем системы.

3. Если выбран ориентировочный вид расчета (для кожухотрубчатого теплообменника, внутреннего змеевика или рубашки) или расчет по заданному коэффициенту теплопередачи Kt , производится определение ориентировочной площади поверхности теплообмена. Если выбран поверочный тип расчета, то см. п.5.

4. Предварительный выбор теплообменника по найденной поверхности теплообмена.

5. Определение коэффициентов теплоотдачи для продукта и теплоносителя с использованием критериальных уравнений для соответствующих тепловых процессов, режимов теплоносителей, конструкционных характеристик теплообменника (площадей проходных сечений трубного и межтрубного пространства, геометрического расположения труб и т.д.).

6. Определение температур стенок со стороны продукта и теплоносителя из решения системы уравнений баланса тепловых потоков.

7. Пересчет коэффициента теплопередачи с учетом термических сопротивлений слоев загрязнений стенок со стороны продукта и теплоносителя.

8. Определение расчетной поверхности теплообмена по основному уравнению теплопередачи и окончательный выбор теплообменника.

3.1 Работа с программой

Каждый документ системы Heat Exchangers Design хранится в отдельном файле на диске (файлы документов имеют расширение *.he) и при необходимости загружается в систему (открывается).

Интерфейс пользователя программы является MDI-интерфейсом (англ. MDI - Multiple Document Interface), и позволяет одновременно открывать несколько документов. При этом работа с документами в Heat Exchangers Design практически ничем не отличается от подобной работы в других приложениях Microsoft Windows.

Для просмотра текущего списка открытых документов необходимо выбрать в верхнем меню программы пункт Окно.

3.1.2 Создание

Для создания нового документа выполните команду верхнего меню Файл - Создать - «Требуемый тип теплообменника». Другим способом создания нового документа является выбор его из меню кнопки Создать.

После выполнения команды Создать в главном окне программы появится новый документ, соответствующий выбранному типу теплообменника.

3.1.3 Открытие

Чтобы открыть существующий документ, выполните команду верхнего меню ФРазмещено на http://www.allbest.ru/

айл - Открыть. Другим способом открытия документа является щелчок левой клавишей мыши на кнопке Открыть на панели инструментов или нажатие сочетания клавиш на клавиатуре Ctrl+O. В появившемся на экране диалоговом окне укажите имя файла и нажмите кнопку Открыть.

3.1.4 Сохранение

Для сохранения документа на диске вызовите команду ФайлРазмещено на http://www.allbest.ru/

- Сохранить. Другим способом сохранения документа является щелчок левой клавишей мыши на кнопке Сохранить на панели инструментов или нажатие сочетания клавиш на клавиатуре Ctrl+S. Документ будет автоматически сохранен в той же папке и в том же файле, что и в последний раз. При необходимости Вы можете сохранить документ под другим именем или в другой папке, выполнив команду Файл -- Сохранить как.

3.1.5 Закрытие

Чтобы закрыть документ, вызовите команду Файл -- Закрыть. Другим способом закрытия документа является нажатие сочетания клавиш на клавиатуре Ctrl+W.

Если документ содержит несохраненные изменения, то на экране появится запрос на подтверждение закрытия документа.

3.2 Ввод и редактирование исходных данных

После выполнения команды Создать в главном окне программы будет создан новый документ, соответствующий выбранному типу теплообменника. Перед тем, как выполнить расчет, необходимо ввести исходные данные. Ввод осуществляется несколькими способами. Например, такие исходные данные как начальная температура, конечная температура, массовый расход, геометрические характеристики теплообменника вводятся непосредственно с клавиатуры (1). По-умолчанию, таким характеристикам присваивается значение NaN - (англ. Not-a-Number), буквальный перевод - «не число», т.е. фактически «никакое», пустое значение. Такие данные, как тип расчета, назначение вещества/смеси, агрегатное состояние выбираются из выпадающих списков (2).

Выбор вещества/смеси для продукта и теплоносителя, материала стенки, материала изоляции для рубашек осуществляется при помощи диалоговых окон, которые открываются при нажатии на кнопку (3).

Диалоговое окно Смесь веществ позволяет задавать характеристики смеси нескольких веществ: добавлять (1), изменять (2) или удалять (3) компоненты смеси, задавать массовую долю каждого компонента (4), вводить наименование смеси в поле текстового ввода (5).

Если наименование смеси не введено, то оно формируется автоматически на основе введенных наименований компонентов, например, так: «Бензол (75); Ацетон (20)».

После нажатия на кнопку Добавить или Изменить откроется диалоговое окно Вещество.

С помощью этого диалогового окна можно изменять теплофизические характеристики веществ. Щелчок на ссылку Вещество в базе данных (1) откроет диалоговое окно, позволяющее выбрать требуемое вещество из справочника. В текстовом поле (2) можно задать наименование вещества. Если наименование вещества не задано, то будет использовано наименование из справочника. Список характеристик в таблице (3) зависит от вида теплового процесса, агрегатного состояния вещества. Колонка Значение из БД (значение из базы данных) (4) используется как индикатор наличия/отсутствия соответствующей характеристики в справочнике. Если значение в этой колонке равно NaN, то характеристики в справочнике нет, иначе отображаются значения при 25^°C и давлении 0,1 МПа. Колонка Введенное значение (5) позволяет задать значение соответствующей характеристики, для чего необходимо сделать двойной щелчок левой клавишей мыши в соответствующую ячейку. Если характеристика есть и в справочнике, и введена в колонку Введенное значение (в данном примере значение динамической вязкости газа (пара) из справочника равно 8,2e-06, а веденное значение равно 7,5e-06), то при расчете будет использоваться введенное значение 7,5e-06. Чтобы вернуться к использованию значения из справочника, нужно ввести вместо 7,5e-06 значение NaN или 0.

3.3 Выполнение расчетов

3.3.1 Рассчитать

Чтобы начать расчет теплообменника выполните команду верхнего меню Расчет - Рассчитать. Другим способом выполнения расчета является щелчок левой клавишей мыши на кнопке Рассчитать на панели инструментов или нажатие клавиши F5 на клавиатуре. После этого осуществится автоматическая проверка введенных данных, и если все данные введены корректно, то будет запущена процедура расчета теплообменника. Ход расчета и конечный результат будет выведен в окно расчета.

3.3.2 Очистить окно расчета

Чтобы очистить окно расчета, выполните команду верхнего меню Расчет - Очистить окно расчета или выполните щелчок левой клавишей мыши на кнопке Очистить окно расчета на панели инструментов. Следует отметить, что окно расчета очищается автоматически при каждом выполнении команды Рассчитать.

3.3.3 Передать в MS Word

Чтобы передать содержимое окна расчета в текстовый редактор Microsoft Word , выполните команду РасчетРазмещено на http://www.allbest.ru/

- Передать в MS Word или выполните щелчок левой клавишей мыши на кнопке Передать в MS Word на панели инструментов. При этом на компьютере пользователя должен быть установлен Microsoft Word 2003 или более поздней версии.

3.4 Справочник характеристик веществ

Для выполнения теплового расчета требуется большое количество справочных данных о теплофизических свойствах используемых рабочих сред, включающих в себя плотность, вязкость, удельную теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент объемного расширения, коэффициент поверхностного натяжения, удельную теплоту парообразования. Все эти характеристики зависят от температуры.

Значения характеристик веществ представлены в реляционной базе данных на основе парадигмы «объект-свойство-значение». В окне интерфейса пользователя справочника данные представлены в виде иерархии (слева направо) Вещество > Зависимость > Значения зависимости.

В таблице Вещество хранится следующая информация: Наименование вещества (например, «Бензол»); Назначение вещества (одно из трех возможных значений: «Рабочая среда и теплоносители»; «Материалы стенки» или «Изоляционные материалы»); флажок Не отображать (если вещество из справочника временно не используется, то его можно не удалять из базы данных, а пометить как неотображаемое).

В таблице Зависимость хранится следующая информация: Наименование зависимости (например, «Динамическая вязкость паров аммиака от температуры»); Определяющая характеристика (как правило, это температура «Температура t, [гр.С]»); Зависимая характеристика (например, «Динамическая вязкость газа (пара) мп, [Па·с]»). Значения определяющей и зависимой характеристики представляют собой идентификаторы, взятые из справочника характеристик.

В таблице Значения зависимости хранятся пары значений X -Y(X) (Значение определяющей характеристики - Значение зависимой характеристики).

Чтобы открыть окно работы со справочником характеристик веществ, выполните команду Сервис - Характеристики веществ.

3.5 Стандартные команды для работы с данными

Добавить новую запись. После выполнения этой команды открывается диалоговое окно, в котором нужно ввести необходимые значения полей новой записи.

Редактировать текущую запись. После выполнения этой команды открывается диалоговое окно, в котором можно отредактировать поля текущей записи.

Удалить текущую запись. После выполнения этой команды откроется диалоговое окно для подтверждения удаления текущей записи.

Обновить данные. После выполнения этой команды происходит повторное считывание содержимого таблиц из базы данных.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на Allbest.ru