Теплообменное оборудование 4- 43

Чтобы сделать операцию неактивной, отметьте флажок Отключить. ХАЙСИС не будет рассчитывать эту операцию, пока Вы снова не активизируете ее, убрав флажок.

4.4.3 Закладка Данные

Закладка Данные содержит пять страниц:

•Соединения

•Параметры

•Спецификации

•Переменные пользователя

•Примечания

Страница Соединения

На этой странице задаются имена входных и выходных технологических потоков. В поле Имя можно изменить название аппарата, которое программа присваивает по умолчанию. Страница соединений приведена на следующем рисунке:

По умолчанию принимается, что потоки, проходящие по трубному и межтрубному пространствам, принадлежат Главной схеме. Однако любой из этих потоков можно поместить в подсхему. Это может оказаться полезным при расчете схем с холодильным циклом. Холодильный цикл может быть задан как подсхема и иметь при необходимости отличный от Главной схемы пакет свойств. Рассчитанный в подсхеме поток направляется в теплообменник, который принадлежит Главной схеме.

Страница Параметры

На этой странице можно выбрать Модель расчета теплообменника и задать физические параметры. Страница Параметры выглядит по-разному в зависимости от выбранной модели расчета.

4 - 44 Теплообменное оборудование

Если теплообменник инсталлируется как часть подсхемы колонны (это возможно при использовании Modified HYSIM Inside-Out), приведенные здесь модели расчета теплообменника не работают. Вместо них используется модель, представляющая собой простой тепловой и материальный баланс.

Используются следующие модели:

•Exchanger Design (End Point) - по концевым точкам

•Exchanger Design (Weighted) - взвешенная

•Steady State Rating – поверочный в стационарном режиме

•Dynamic Rating – поверочный в динамическом режиме

•HTFS-Engine

•TASC Heat Exchanger (см. TASC Thermal Reference)

Варианты HTFS-Engine и TASC Heat Exchanger доступны, если на компьютере установлена программа TASC.

Для расчетных вариантов По концевым точкам и Взвешенный допускается задание тепловых потерь. Имеются две типа тепловых потерь:

•Тепловые потери холодных потоков, их наличие приводит к повышению температуры потока

•Тепловые потери горячих потоков, их наличие приводит к понижению температуры потока

Варианты в группе Потери тепла/холода

Спецификация	Описание
Нет	Эта селективная кнопка выбрана по умолчанию
Экстрем.	Либо задайте общее значение произведения K*F, либо оно
	должно быть рассчитано из геометрии аппарата.
	Задайте метод расчета K на странице Параметры закладки
	Расчет. Можно его задать на странице Модель закладки
	Динамика.
Пропорц.	Потери тепла происходят на каждом интервале.

Все перечисленные модели позволяют задать различные схемы тока, включающие противоток и прямоток. Подробнее это описано в Разделе 4.3.4 -

Закладка расчет.

Модель расчета по концевым точкам

Эта модель основана на уравнении (4.29), связывающем общий коэффициент теплопередачи, поверхность теплообменника и среднелогарифмический температурный напор.

Делается два предположения:

•Коэффициент теплопередачи постоянен

•Теплоемкости потоков постоянны

В этой модели тепловые кривые рассматриваются как линейные функции. Поэтому метод достаточно хорошо работает для простых задач, где не наблюдается фазовых переходов, и величина теплоемкости Cp остается относительно постоянной. В случае нелинейности тепловых кривых следует использовать взвешенную модель.

Теплообменное оборудование 4- 45

При выборе модели расчета по концевым точкам используются следующие параметры:

Параметр	Описание
Гидравлические	На этой странице задаются гидравлические
сопротивления по	сопротивления для труб и корпуса теплообменника. Если
корпусу и трубам	они здесь не заданы, ХАЙСИС рассчитает их из условий
	соединенных потоков
Ходов по корпусу	Пользователь имеет возможность рассчитать
	теплообменник как противоточный (идеальный вариант,
	поправочный коэффициент Ft=1), или определить
	поправочный коэффициент Ft на основе заданного числа
	корпусов (ходов по корпусу). В качестве этой величины
	можно задать целое число в интервале от 1 до 7. ХАЙСИС
	рассчитает поправочный коэффициент Ft для заданной
	конфигурации аппарата. Значение ниже 0.8 обычно
	указывает на то, что аппарат работает не эффективно с
	точки зрения использования теплообменнной поверхности.
	В этом случае нужно использовать большее число ходов
	или больший температурный напор.
K*F (UA)	Это произведение общего коэффициента теплопередачи
	на общую поверхность теплообмена. Количество
	переданного тепла пропорционально
	среднелогарифмической разности температур, а величина
	K*F является коэффициентом пропорциональности. Эта
	величина может быть либо задана пользователем, либо
	рассчитана программой ХАЙСИС.
Геометрия аппарата	Геометрические параметры аппарата используются для
	расчета поправочного коэффициента Ft. Опция не
	доступна для взвешенной модели. Подробнее о геометрии
	аппарата см. Раздел – Закладка Расчет.

Взвешенная модель

Эту модель следует использовать, если тепловые кривые нелинейны, например, в случае фазового перехода однокомпонентного потока. При использовании этого метода тепловые кривые разбиваются на интервалы, и теплообмен рассчитывается в пределах этих интервалов.

4 - 46 Теплообменное оборудование

Среднелогарифмический температурный напор LMTD и произведение K*F рассчитываются для каждого интервала тепловой кривой, а затем величины K*F суммируются.

Взвешенный метод работает только для чисто противоточных теплообменников. Конфигурация теплообменника, влияющая на поправочный коэффициент Ft, не учитывается в этой модели.

При выборе этой модели страница параметров теплообменника выглядит следующим образом:

Параметры, которые необходимо задать на этой странице:

Параметр	Описание
Гидравлические	На этой странице задаются гидравлические сопротивления
сопротивления по	для труб и корпуса теплообменника. Если они здесь не
корпусу и трубам	заданы, ХАЙСИС рассчитает их из условий соединенных
	потоков
K*F (UA)	Это произведение общего коэффициента теплопередачи на
	общую поверхность теплообмена. Количество переданного
	тепла пропорционально среднелогарифмической разности
	температур, а величина K*F является коэффициентом
	пропорциональности. Эта величина может быть либо задана
	пользователем, либо рассчитана программой ХАЙСИС.
Детали	Для корпуса и трубок теплообменника задаются следующие
индивидуальных	параметры:
тепловых кривых	•	Имя хода. Задайте имена в соответствии со страницей
		Соединения.
	•	Интервалы. Можно задать число интервалов. Если
		профиль температур является нелинейным, следует
		задавать большее количество интервалов.
	•	Точка кипения/росы. Если поставить в это поле флажок,
		то к точкам, по которым строятся тепловые кривые,
		добавляются отдельно точки росы и/или кипения. Это
		следует делать, если соответствующий поток
		претерпевает фазовые превращения.
	Имеется три варианта Типа шага:
	•	Equal Enthaiphy (Равные энтальпии). Все интервалы
		имеют одинаковое изменение энтальпии.
	•	Equal Temperature (Равные температуры). Все
		интервалы имеют одинаковое изменение температуры.
	•	Auto Interval (Автоматически). ХАЙСИС определяет, где
		поставить точки разбиения, чтобы минимизировать

Теплообменное оборудование 4- 47

ошибку, используя наименьшее число интервалов.

На каждой итерации производится перерасчет Профиля давлений с помощью одного из следующих методов:

•Constant dPdH. Величина dPdH предполагается постоянной.

•Constant dPdUA. Величина dPdUA предполагается постоянной.

•Constant dPdA. Величина dPdA предполагается постоянной. Вариант пока не реализован, т.к. расчет поверхности не производится.

•Inlet Pressure. Давление предполагается постоянным и равным входному давлению.

•Outlet Pressure. Давление предполагается постоянным и равным выходному давлению.

Поверочный расчет в стационарном режиме

Эта модель представляет собой расширение модели По концевым точкам, включающим оценочный расчет, и использующим те же предположения. Если Вы задаете геометрию аппарата, Вы можете рассчитать теплообменник с помощью этой модели. Как видно из названия, эта модель может использоваться только в стационарном режиме.

Если Вы работаете с линейными или слабо нелинейными тепловыми кривыми, используйте метод расчета Steady State Rating, поскольку этот метод работает гораздо быстрее, чем метод Dynamic Rating.

В этой модели используются следующие параметры:

Поле	Описание
Гидравлические	Задаются гидравлические сопротивления для труб и
сопротивления по	корпуса теплообменника. Если они здесь не заданы,
корпусу и трубам	ХАЙСИС рассчитает их из условий соединенных потоков.
K*F (UA)	Это произведение общего коэффициента теплопередачи
	на общую поверхность теплообмена. Количество
	переданного тепла пропорционально
	среднелогарифмической разности температур, а величина
	K*F является коэффициентом пропорциональности. Эта
	величина может быть либо задана пользователем, либо
	рассчитана программой ХАЙСИС.

Поверочный расчет в динамическом режиме

Если выбран вариант Dynamic Rating, необходимо указать, какая модель используется Базовая или Подробная. Если Вы задаете три температуры или две температуры и К*F, используйте базовую модель. Если Вы задаете геометрию аппарата, используйте подробную модель.

4 - 48 Теплообменное оборудование

Если выбран вариант Dynamic Rating, исчезает страница Спецификации на закладке Данные.

Базовая модель основывается на тех же предположениях, что и модель По концевым точкам, и использует основное уравнение теплопередачи (4.29), связывающее общий коэффициент теплопередачи, поверхность теплообменника и среднелогарифмический температурный напор. Базовая модель является точной копией модели По концевым точкам, но разработанной для динамического режима, и может также использоваться для расчета теплообменников в стационарном режиме.

Подробная модель основывается на тех же предположениях, что и Взвешенная модель, тепловые кривые разбиваются на интервалы, и теплообмен рассчитывается в пределах этих интервалов. Для этой модели необходимо задать геометрию аппарата. Подробная модель является точной копией модели Взвешенной, но разработанной для динамического режима, и может также использоваться для расчета теплообменников в стационарном режиме.

Если выбран вариант Dynamic Rating, на странице Параметры закладки Данные не задается никакая информация. Выбор между Базовой и Подробной моделями делается на странице Параметры закладки Расчет.

Модель HTFS - Engine

Если на компьютере установлена программа расчета теплообменников TASC, то становится доступной закладка HTFS-TASC, на которой задаются параметры теплообменника, который будет рассчитан с помощью специализированной программы. Рассчитанные параметры будут отображены на этой странице черным цветом.

Чтобы изменить значения переменных, выведенных на этой странице, перейдите на закладку HTFS-TASC специализированного окна теплообменника. Подробнее см. Раздел 4.4.8 – Закладка HTFS-TASC.

Теплообменное оборудование 4- 49

Страница Спецификации

На этой странице находятся три групповые рамки. Информация с этой страницы необходима для моделей End Point, Weighted и Steady State Rating.

Групповая рамка Параметры расчета

Параметры расчета	Описание
Точность	Здесь можно задать точность расчета.
Невязка	Если текущая невязка меньше точности расчета, он считается
	сошедшимся.
Итерации	Выводится номер текущей итерации внешнего цикла. Во
	внешнем цикле с помощью термодинамического пакета
	рассчитываются температурные кривые и свойства потоков.
	Во внутреннем цикле свойства вычисляются приближенно.
	Наложенные ограничения также учитываются во внутреннем
	цикле.

Групповая рамка Неизвестные переменные

Исходя из заданной информации, ХАЙСИС располагает здесь список оставшихся неизвестных переменных. По окончании расчета выводятся значения этих переменных.

Групповая рамка Спецификации

Обратите внимание, что невязка теплового баланса (Heat Balance), заданная равной 0 kJ/h, так же рассматривается как ограничение. Отключить эту спецификацию нельзя.

При этом можно, например, полностью задать параметры всех четырех потоков, соединенных с теплообменником, а ХАСИС рассчитает разность тепловых балансов и поместит эту величину в столбец текущих значений группы Спецификации.

Произведение K*F (UA) также рассматривается как спецификация, принятая по умолчанию. Пользователь может воспользоваться этой спецификацией, задав значение величины К*F, либо сделать ее неактивной.

Для просмотра или удаления выделенной спецификации можно воспользоваться соответствующими кнопками, расположенными в правой стороне группы. При добавлении новой спецификации на экране автоматически появляется специализированное окно спецификации.

Если выбран вариант

Dynamic Rating,

страница

Спецификации

исчезает.

4 - 50 Теплообменное оборудование

На странице Сводка отображается, является ли спецификация активной, а также выводится ее значение.

Обратите внимание, что та же информация приводится в групповой рамке

Спецификации.

Спецификации могут быть одного из следующих типов:

Тип спецификации	Описание
Активная (Active)	Алгоритм решения стремится получить заданное значение
	такой спецификации. Заметьте, что значение активной
	спецификации всегда используется в качестве начального
	приближения (при выборе кнопки Активная ХАЙСИС
	автоматически выбирает кнопку Оценка). Активная
	спецификация расходует одну степень свободы.
Оценка (Estimate)	Оценка рассматривается как неактивная спецификация, и
	алгоритм решения не обязан получить соответствующее
	значение. Чтобы использовать соответствующую величину
	только как оценку, дезактивируйте кнопку Активная, и
	соответствующее значение будет использоваться только
	для начального приближения. Если спецификация
	неактивна, она не забирает на себя дополнительную
	степень свободы.
	Оценка используется как начальное приближение при
	расчете и рассматривается как неактивная спецификация.
Полностью неактивна	Если дезактивировать обе кнопки, Активная и Оценка,
	соответствующая величина вообще не будет
	использоваться алгоритмом решения. Эффект будет тот же,
	будто Вы удалили спецификацию, однако в любой момент
	ее снова можно сделать активной.
	Полностью неактивная спецификация не принимается во
	внимание при расчете аппарата, но в любой момент ее
	можно сделать активной или оценкой

Входная равновесная температура горячего потока – это температура входа горячего потока минус тепловые потери горячего потока.

Входная равновесная температура холодного потока – это температура входа холодного потока плюс тепловые протечки холодного потока.

Список спецификаций позволяет варьировать различные комбинации этих трех типов спецификаций. Можно попробовать различные варианты и посмотреть, как они влияют на результат.

Имеются следующие типы спецификаций:

Спецификация	Описание
Температура	Можно указать температуру любого потока,
	соединенного с теплообменником. Можно также
	задать входную равновесную температуру
	горячего или холодного потока.
Разность Т	Задается разность температур между любыми
	двумя из четырех потоков, соединенных с
	теплообменником. Можно также задать входную
	равновесную температуру горячего или
	холодного потока.
(Минимальное сближение Т	Задается минимальное сближение температур -
	минимальное сближение температурных кривых
	холодных и горячих потоков (не обязательно
	между входной и выходной температурами).
(K*F	Произведение общего коэффициента
	теплопередачи на поверхность теплообмена.
LMTD -Среднелогарифмическая	Среднелогарифмическая разность температур.
разность Т
Нагрузка	Варианты: общая нагрузка, невязка баланса,
	тепловые потери горячих и холодных потоков.
	Обычно невязка баланса задается нулем,
	тепловые потери горячих и холодных потоков
	можно использовать в качестве спецификаций,

	Теплообменное оборудование 4- 51
	только если соответствующие параметры
	заданы на странице Параметры (Parameters)
Отношение нагрузок	Можно задать соотношение между любыми из
	следующих величин: общая нагрузка, невязка,
	тепловые потери горячих и тепловые потери
	холодных потоков.
Расход	Расход любого потока, соединенного с
	теплообменником (мольный, массовый,
	объемный жидкости).
Отношение расходов	Соотношение расходов двух входных потоков
	теплообменника.

Страница Переменные пользователя

На этой странице пользователь имеет возможность задать свои собственные	Подробнее см. Раздел
переменные.	1.3.8 –
	Закладка/страница
	Переменные
	пользователя.

	Страница Примечания
	На этой странице можно записать примечания относительно данного	Подробнее см. Раздел
	аппарата или всей задачи.
		1.3.5 –
		Закладка/страница
		Примечания.

4.4.4 Закладка Расчет

.

На этой закладке имеются четыре страницы:

•	Размеры
•	Параметры

Страница Параметры становится активной, если в качестве модели выбран вариант Dynamic Rating, либо проводится расчет в динамическом режиме

•Штуцера

•Потери

Страница Размеры

На этой странице задается информация о размерах теплообменника. На основе этой информации ХАЙСИС может рассчитать гидравлическое сопротивление и коэффициенты теплоотдачи по каждому потоку.

Прежде чем задавать информацию о размерах теплообменника, следует выбрать одну из трех селективных кнопок:

•Общие

•Корпус

•Трубки

Общие

4 - 52 Теплообменное оборудование

Если выбрана селективная кнопка Общие, страница выглядит следующим образом:

В групповой рамке Конфигурация задаются следующие параметры:

Поле	Описание
Число ходов в	Имеется возможность рассчитать противоточный аппарат
корпусе	(Ft = 1) или аппарат с заданным числом ходов по корпусу.
	Если число ходов по корпусу задано, при вычислении LMTD
	ХАЙСИС на основе заданной схемы тока рассчитает фактор
	противоточности Ft. Если Ft меньше 0.8, это указывает на
	неэффективность выбранного аппарата. В этом случае
	следует использовать большее число ходов и большую
	разность температур.
	Число ходов по корпусу – целое число от 1 до7.
Корпусов	На рисунке изображена конфигурация с двумя последовательно
последователь	соединенными корпусами.
но
Корпусов	На рисунке изображена конфигурация с двумя параллельно
параллельно	соединенными корпусами.
	В настоящее время в ХАЙСИС нельзя рассчитать несколько
	параллельных корпусов.

Теплообменное оборудование 4- 53

Трубных	Число трубных ходов на корпус. Обычно равно 2n, где n – число
ходов/корпус	корпусов.
Ориентация	Задается ориентация теплообменника: горизонтальный или
	вертикальный. Учитывается при расчете динамики.
	Если аппарат вертикальный, следует задать подается ли поток в
	корпус снизу.
	При вертикальной ориентации появляется флажок Поток в корпус
	– снизу.
Первый	Задается, является ли первый трубный ход противоточным или
трубный ход	прямоточным.
Уровень (База)	Высота базы теплообменника над уровнем земли. Учитывается
	только при расчете динамики.

Для каждого корпуса можно задать число трубных ходов и число ходов в корпусе. Как правило, если суммарное количество ходов по корпусу равно n, то число трубных ходов должно быть по крайней мере 2n. Исключение составляет противоточный теплообменник, который имеет 1 корпус (1 ход по корпусу) и 1 трубный ход. Ориентация теплообменника может быть вертикальной или горизонтальной, это не влияет на расчет аппарата в стационарном режиме. Однако, в динамическом режиме этот параметр используется для расчета уровня жидкости в корпусе.

Вэтой же группе можно задать тип теплообменника по ТЕМА состоящий из трех букв. Первая буква обозначает тип передней неподвижной головки. Вторая - тип кожуха. Третья - тип задней головки.

Вгрупповой рамке Рассчитанные параметры выводятся следующие значения:

•Коэффициент теплоотдачи корпуса

•Коэффициент теплоотдачи труб

•Общий коэффициент теплопередачи

•Общее К*F

•Сопротивление корпуса

•Сопротивление труб

•Поверхность теплопередачи на корпус

•Объем труб на корпус

•Объем корпуса

Подробнее см. справочник Perry

Chemical Engineer's Handbook, стр. 1113 (1997г.).

4 - 54 Теплообменное оборудование

Корпус

Если выбрана селективная кнопка Корпус, то можно задать конфигурацию корпуса и устройство перегородки.

В групповой рамке Корпус и трубный пучок задаются следующие параметры:

Параметр	Описание
Диаметр корпуса	В этом поле задается диаметр корпуса.
Число труб на	Число отверстий в трубной решетке.
корпус
Шаг труб	Минимальное расстояние между центрами соседних труб.
Расположение	Трубки могут располагаться в корпусе одним из четырех
	способов:
	• по вершинам треугольника (30 °)
	• по вершинам повернутого треугольника (60 °)
	• по вершинам квадрата (90 °)
	• по вершинам повернутого квадрата (45 °)
	Подробнее см. книгу Donald Q. Kern "Process Heat Transfer"
	(1965)
Загрязнение	Коэффициент загрязнения корпуса используется при расчете
корпуса	общего K*F (UA).

В групповой рамке Перегородки в корпусе задаются следующие параметры:

Поле	Описание
Тип перегородки	Можно выбрать один из типов:
	•	Single - простая
	•	Double - двойная
	•	Triple - тройная
	•	Grid - решетчатая
Ориентация среза	Задайте вертикальное или горизонтальное
перегородки	расположение среза перегородки.
Вырез перегородки (% площ.)	Задайте сечение выреза перегородки по отношению
	к площади поперечного сечения корпуса в
	процентах.
Расстояние между	Задается расстояние между перегородками
перегородками

Теплообменное оборудование 4- 55

Трубки

При выборе кнопки Трубки можно задать следующую информацию:

В групповой рамке Размеры задаются следующие параметры:

Поле	Описание
D внеш	Должны быть заданы два из трех перечисленных
D внутр	параметров.
Толщина стенки труб
Длина труб	Эффективная длина одной трубы.
	Эта величина может не совпадать с действительной длиной
	труб.

Вгрупповой рамке Параметры труб задаются следующие величины:

•Термические сопротивления загрязнений внутри труб

•Теплопроводность материала стенки

•Теплоемкость материала стенки

•Плотность материала стенки

Страница Параметры

Страница Параметры закладки Данные становится активной, если в качестве модели расчета выбран вариант Dynamic Rating. Здесь можно выбрать Базовую или Подробную модель. При использовании Базовой модели Вы должны задать общее произведение K*F (UA) и гидравлическое сопротивление корпуса и труб. При выборе Подробной модели следует определить геометрию аппарата и параметры теплопередачи в корпусе и трубках.

Базовая модель

Если выбрана Базовая модель, страница Параметры выглядит так:

4 - 56 Теплообменное оборудование

Вгрупповой рамке Размеры приводится следующая информация:

•Объем труб

•Объем корпуса

•Уровень (База)

Объем труб и корпуса рассчитываются из параметров, которые задавались на странице Размеры. Уровень (высотную отметку) теплообменника можно задать, но эта величина не влияет на расчет в стационарном режиме.

Параметр	Описание
Общее K*F	Это произведение общего коэффициента теплопередачи
	и общей площади теплопередачи. Нагрузка
	теплообменника пропорциональна
	среднелогарифмическому напору с коэффициентом
	пропорциональности K*F (UA). Величина K*F может быть
	либо задана, либо рассчитана программой.
Гидравлические	Здесь можно задать гидравлические сопротивления
сопротивления корпуса	корпуса и трубок теплообменника. Если значения не
и трубок	заданы, ХАЙСИС рассчитает их исходя из давлений
	связанных потоков.

Подробная модель

Если выбрана Подробная модель, на странице Параметры выводятся групповые рамки: Распределение по зонам, Коэффициенты теплопередачи и Гидравлические сопротивления.

Распределение по зонам

Впрограмме ХАЙСИС имеется возможность разделить теплообменник на несколько участков, называемых зонами. Поскольку параметры потоков в корпусе и трубках не остаются постоянными, параметры теплопередачи также изменяются. Разбив теплообменник на отдельные зоны, Вы можете рассчитать аппарат более точно.

Вгруппе Распределение по зонам можно задать:

Параметр	Описание
Зон на ход	Задайте число зон на корпус. Общее число зон в теплообменнике
корпуса	рассчитывается следующим образом:
	Всего зон = # корпусов Зон на корпус
Доля зоны	Это доля объема корпуса, занимаемая зоной. ХАЙСИС автоматически

Теплообменное оборудование 4- 57

разбивает аппарат на зоны с одинаковыми объемами. Пользователь может изменить эти значения. Чтобы сумма долей была равной 1,

нажмите кнопку Нормализовать доли.

Коэффициенты теплопередачи

В этой группе, а также на странице Подробности закладки Результаты содержится информация, относящаяся к расчету общего коэффициента теплопередачи, величине K*F (UA), и коэффициентов теплоотдачи внутри (hi) и снаружи (h0) труб. Коэффициенты теплоотдачи могут быть заданы или рассчитаны:

•коэффициенты теплоотдачи могут быть рассчитаны программой исходя из заданных размеров теплообменника и свойств потоков

•коэффициенты теплоотдачи могут быть заданы пользователем

Для потоков, в которых не происходит фазовых превращений, коэффициент теплоотдачи hi внутри труб рассчитывается по уравнению Сидера-Тейта:

	0.023D			D G		0.8 Cpµi			µi	0.14
h =		i		i i
i	km			µi			km		µi ? w

где Gi = массовая скорость потока в трубах mi = вязкость потока в трубах

mi,w = скорость потока у внутренней стенки труб Cpi = теплоемкость потока внутри труб

Общий коэффициент теплоотдачи вычисляется на основе местных коэффициентов теплоотдачи по следующей формуле:

	U =				1
			1			D0				1
				+ r + r +			r		+
						Di				hi
		h0		0	w			i

где: U = общий коэффициент теплопередачи

h0 = коэффициент теплоотдачи снаружи труб hi = коэффициент теплоотдачи внутри труб

r0 = термическое сопротивление загрязнений снаружи труб ri = термическое сопротивление загрязнений внутри труб rw = термическое сопротивление стенки трубы

D0 = наружный диаметр труб Di = внутренний диаметр труб

В группе Коэффициенты теплопередачи выводится следующая информация:

(4.33)

(4.34)

Поле	Описание
Коэффициенты	Величины могут быть заданы или рассчитаны.
теплоотдачи корпуса и труб
Метод определения	Можно указать, что коэффициенты теплоотдачи
	заданы пользователем (U specified) или рассчитаны
	программой для корпуса и труб (Shell&Tube).

4 - 58 Теплообменное оборудование

Гидравлические сопротивления

Вэтой группе содержится информация, относящаяся к расчету гидравлических сопротивлений трубок и корпуса теплообменника. В стационарном режиме возможны следующие варианты:

•сопротивление можно рассчитать на основе информации, представленной на странице Размеры и условий потока.

•сопротивление можно задать.

Вгруппе Гидравлические сопротивления выводится следующая информация:

Параметр	Описание
Сопротивление	Эти величины могут быть заданы пользователем или рассчитаны
корпуса/трубок	программой.
Метод	Можно указать, что гидравлические сопротивления в
определения	трубках/корпусе задаются пользователем или рассчитываются
	программой. Выберите один из следующих вариантов:
	•	HYSYM correlation (Рассчитывает ХАЙСИС) - гидравлическое
		сопротивление рассчитывается программой на основе геометрии
		аппарата.
	•	User specified (Задан) - гидравлические сопротивления заданы
		пользователем.
	•	Not specified (Не задан) - этот вариант применим только в
		динамическом режиме, в этом случае гидравлическое
		сопротивление рассчитывается на основе соотношений
		Давление - расход.

Детали подробной модели

При нажатии кнопки Параметры по зонам появляется окно Детали подробной модели. В программе приняты следующие обозначения:

Термин	Описание
Зона (Zone)	Зона обозначается буквой «Z» (Z0,Z1 и т.д.).
Объем (Hold Up)	Объем обозначается «H». H0 - всегда объем межтрубного
	пространства зоны, Hn - объем n -ого хода труб. Например, Z0
	H0 - объем межтрубного пространства нулевой зоны, Z0 H3 -
	объем третьего трубного хода нулевой зоны.
Граничные точки	Обозначаются буквами «TH». Граничные точки образуются
(Tube Location)	при переходе всякого трубного хода из зоны в зону, они
	нумеруются от 1. Для теплообменника с одним корпусом и
	двумя трубными ходами, если его рассчитывают как
	однозонный, имеются следующие граничные точки: Z0 TH1,
	Z0 TH2.

Допустим, что имеется теплообменник, состоящий из 3-х зон, с 1 ходом по корпусу и 2 трубными ходами:

Теплообменное оборудование 4- 59

Закладка Теплопередача (Инд)

На этой странице выводятся параметры для всех граничных точек.

Тепло передается между средой, находящейся в трубках и средой, находящейся в межтрубном пространстве. Суммарное термическое сопротивление процесса теплопередачи можно разбить на следующие этапы: жидкость в трубах - стенки труб (конвекция), внутренняя стенка трубы - наружная стенка трубы (теплопроводность), наружная стенка трубы - жидкость в корпусе (конвекция).

Здесь в одной таблице выводятся параметры для всех граничных точек. В падающем списке можно выбрать соответствующий Вид теплопередачи:

Теплопроводность или Конвекция.

Элемент	Описание
теплообмена
Конвекция	Элементы корпуса связанны с местным коэффициентом
	теплоотдачи h0 от наружной поверхности труб к среде,
	находящейся в корпусе. Элементы труб связаны с местным
	коэффициентом теплоотдачи h1 от наружной поверхности труб
	к среде, находящейся в трубках. Местные коэффициенты
	теплоотдачи могут быть рассчитаны программой или изменены
	пользователем.

Теплопроводность Речь идет о теплопроводности материала стенок труб. Выводятся теплопроводность металла и температура внутренней и наружной стенок трубы. Величина теплопроводности может быть изменена пользователем.

4 - 60 Теплообменное оборудование

В падающем списке внизу страницы пользователь имеет возможность выбрать объект вывода: корпус или трубки.

Закладка Теплопередача (общ.)

Здесь выводятся параметры для всего аппарата. В падающем списке Вид теплопередачи можно выбрать Теплопроводность или Конвекция.

Закладка Таблица результатов

На этой станице выводятся следующие параметры потоков для трубного и межтрубного пространств. Для каждой зоны выводятся параметры входного и выходного потоков:

•Температура

•Давление

•Доля пара

•Мольный расход

•Теплосодержание

•Накопленная величина К*F

•Накопленный тепловой поток

•Длина

Закладка Спецификации давления (инд.)

В падающем списке На этой странице в единой таблице выводятся спецификации давления (PF внизу страницы спецификации) содержимого корпуса и трубок отдельно по зонам.

пользователь имеет возможность выбрать объект вывода: корпус или трубки.

Теплообменное оборудование 4- 61

Столбцы Pressure Flow K и Use Pressure Flow K используются только в динамическом режиме.

Закладка Спец. давления (общ.)

На этой странице в единой таблице выводятся суммарные спецификации давления (PF спецификации) содержимого корпуса и трубок. Столбцы Pressure Flow K и Use Pressure Flow K используются только в динамическом режиме.

В падающем списке в низу страницы пользователь имеет возможность выбрать объект вывода: корпус или трубки.

Закладка Графики

На этой странице выводятся графики для горячей или холодной среды аппарата. По осям X и Y можно выводить следующие параметры:

Temperature (температура) Pressure (давление)

Molar VP (мольная доля пара) Mass VP (массовая доля пара) Molar Flow (мольный расход) Enthalpy (энтальпия)

Cumulative UA (K*F)

Heat Flow (количество тепла) Length (длина)

Закладка Штуцера

На этой странице содержится информация об уровне и размерах штуцеров.

Расположение входных и выходных штуцеров аппарата имеет большое значение для расчета поведения аппарата в динамическом режиме. Состав выходного потока зависит от диаметра выходного штуцера и его положения относительно уровня жидкости в аппарате. Если выходной штуцер расположен ниже уровня жидкости, то выходной поток будет жидким. Если же выше уровня жидкости – соответственно паровым.

Если штуцер расположен на уровне верха жидкости, то доля мольная жидкости в продуктовом потоке линейно зависит от того, насколько штуцер заполнен жидкостью.

По существу все операции ХАЙСИС, имеющие определенный объем содержимого, рассчитываются одинаково. Состав и доли фаз каждого продуктового потока зависят от расположения штуцера относительно уровня жидкости в аппарате, поэтому в паровом штуцере необязательно окажется чисто паровой продукт. А в трехфазном сепараторе из продуктовых штуцеров могут вытекать одинаковые продукты.

Подробнее см.

Раздел 1.3.6 – Страница Штуцера.