Исходные данные

Наименование	Обозначение в тексте	Единицы измерения	Обозначение в программе	Значение в примере
Тепловой поток в конденсаторе-испарителе	Q	Вт	Q	1020000
Давление кипящей смеси в верхнем коллекторе	pи	Па	pi	1,45 · 10^5
Давление конденсирующейся смеси на входе в конденсатор-испаритель	pк	Па	pk	5,24 · 10^5
Объемные доли компонентов	xи1 xи2 xи3 yи1 yи2 yи3 yк1 yк2 yк3		xi1 xi2 xi3 yi1 yi2 yi3 yk1 yk2 yk3	0 0,005 0,995 0 0 1 0,942 0 0,058
Массовый расход жидкости, сливаемой из полости кипения	Rсл	кг/с	Rsl	0
Массовый расход пара, отдуваемого из полости конденсации	A	кг/с	A	0
Скорость циркуляции	w0	м/с	w0	0,07
Уровень конденсата	hк	м	hk	0,11
Статический уровень жидкости	hст	м	hst	0,03
Коэффициент запаса скорости в опускной системе	соп		co	0,9
Длина пакета	lп	м	hp	1,45
Ширина пакета	b1	м	b1	0,85
Глубина пакета	b2	м	b2	0,85
Ширина проставочной полосы	b3	м	b3	0,018
Высота насадки (оребрение)	lи lк	м м	hli hlk	0,006 0,006

Окончание табл. 1

Наименование	Обозначение в тексте	Единицы измерения	Обозначение в программе	Значение в примере
Шаг оребрения	sи sк	м м	si sk	0,003 0,003
Толщина ребер насадки	δи δк	м м	di dk	0,0002 0,0002
Толщина стенок каналов	δст	м	dst	0,001
Толщина боковых листов	δб	м	db	0,06

Вычисление состава смеси в различных сечениях испарителя и конденсатора

Представление рабочих веществ в конденсаторе-испарителе в виде тройной смеси азот–аргон–кислород позволяет производить расчеты как для чистых веществ, так и для их смеси, изменяя исходные концентрации компонентов. В дальнейшем при рассмотрении смеси для обозначения отдельных компонентов будем использовать индекс 1 для азота, 2 – для аргона и 3 – для кислорода. Например, объемные доли для чистого кислорода: x₁=x₂= 0,x₃= 1. Для воздуха можно принятьx₁=0,7812,x₂= 0,0093,x₃= 1 –x₁–x₂= 0,2098.

Массообмен в процессе кипения и конденсации приводит к изменению концентраций компонентов на выходе из аппарата. Поэтому при определении средних температур в испарителе и конденсаторе следует использовать усредненные значения концентраций.

При определении объемных долей компонентов тройной смесиN₂–Ar–O₂используем формулы для вычисления относительных летучестей [3]:

(6)

где

Уравнения (6) неоднократно используются в программе расчета конденсатора-испарителя и реализованы в виде подпрограммы olet(p,x1,x2,a1,a2).

Равновесные доли компонентов в паре и жидкости тройной смеси на входе конденсатора связаны зависимостями

(7)

где x_к1в,x_к2в–объемные доли компонентов жидкости в верхнем сечении каналов конденсации;y₁, y₂ – соответствующие доли компонентов в паре на входе в конденсатор-испаритель.

При заданных значениях y₁ и y₂ и с учетом того, что y₃ = 1 – y₁ – y₂ иx_к3в = 1 – x_к1в – x_к2в, уравнения (6) и (7) составляют замкнутую систему и позволяют итеративно вычислить состав тройной смеси в верхнем сечении конденсатора.

На выходе из конденсатора объемные доли компонентов в пленке конденсата

(8)

где Q – тепловой поток в конденсаторе-испарителе, Вт; A – массовый расход пара, отдуваемого из полости конденсации, кг/с; r″ – теплота фазового перехода пар–жидкость конденсирующейся смеси, Дж/кг;

. Уравнения (8) решаем совместно с уравнениями (6).

Объемные доли компонентов жидкости на выходе из каналов кипения

(9)

где x_и1в, x_и2в –объемные доли компонентов жидкостив верхнем сечении каналов кипения; x₁,x₂–объемные доли на входе в конденсатор-испаритель; – кратность циркуляции;;.

Массовую долю пара в потоке на выходе из парогенерирующих каналов x_выхи обратную ей величину – кратность циркуляции– вычисляем по формулам

, (10)

где –плотность смеси в жидкой фазе, кг/м³; r′ – теплота испарения смеси, Дж/кг; d_э – эквивалентный диаметр канала, м; – рабочая длина парогенерирующих каналов, м. Геометрические размеры пакета испарителя (см. рис. 1, 2)

(11)

При заданных значениях x₁ , x₂ и с учетом того, что x₃ = 1 – x₁ – x₂ , аx_и3в = 1 – x_и1в – x_и2в, уравнения (6), (9) составляют замкнутую систему и позволяют итеративно вычислить состав тройной смеси в верхнем сечении испарителя.

Объемные доли компонентов жидкости на входе в каналы кипения

(12)