Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Курсовая работа
на тему:
«Математическое моделирование одноходового кожухотрубного противоточного теплообменника - подогревателя»
Содержание.
Введение.
Основной целью процесса моделирования является создание модели какого-либо процесса или объекта с целью получения информации об этом процессе или объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Такой подход позволяет получить гораздо больше информации о поведении объекта при различных воздействиях, т.к. проведение множества экспериментов с реальным объектом либо осложнено, либо невозможно в виду объективных причин.
Как правило, модель отражает наиболее существенные факторы, влияющие процесс, и не содержит второстепенных факторов, учет которых только усложняет модель, но не обеспечивает выигрыша в точности моделирования.
Математической моделью называется приближенное описание какого-либо явления или процесса внешнего мира, выраженное с помощью математической символики.
Целью данной курсовой работы является получение математической модели теплообменника-подогревателя для смесей газ-газ, жидкость-газ и жидкость-жидкость. При разработке модели принимаются следующие допущения:
Описание технологического оборудования.
Если для проведения процесса требуются большие поверхности теплообмена, то используют трубчатые теплообменники.
Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполнен-ные из пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены: два текучих теплоносителя (капельные жидкости, газы, пары или их смеси) обмениваются теплотой через цилиндрические поверхности металлических труб. Один из теплоносителей проходит внутри труб (по труб-ному пространству), а второй – по межтрубному пространству между наружной поверхностью всех труб и внутренней поверхностью кожуха.
Кожухотрубные теплообменники выполняются одноходовыми (жидкость движется параллельно по всем трубкам) и многоходовыми (пучок труб разде-лен на несколько секций, по которым последовательно протекает нагреваемая среда, этим достигается повышение скорости среды и эффективность тепло-передачи).
Кожухотрубные теплообменники-подогреватели используются для нагрева потока протекающего по трубному пространству. В качестве греющего агента наиболее часто используют водяной пар. Использование водяного пара позво-ляет получить высокий КПД, точное регулирование температуры нагреваемой среды, но температура нагрева ограничена 180 ºС.
Процесс нагрева состоит в следующем: через левый патрубок теплообмен-ника в трубное пространство подается среда (с расходом температурой теплотой и составом ), которая подвергается нагреву, в свою очередь в верхний патрубок теплообменника в межтрубное пространство подается греющий агент (насыщенный водяной пар) (с расходом температурой теплотой и, в общем случае если используется не пар, составом ). После окончания процесса теплопередачи на выходе теплообменника (правый патрубок) получаем исходную среду (с расходом температурой теплотой и составом ), нагретую до нужной температуры, а с нижнего патрубка отбирается в общем случае конденсат, но учитывая введенные упрощения – пар (с расходом температурой теплотой и составом (только если используется греющий агент в виде смеси)).
Выбор структуры модели.
Выбранная модель с учетом введенных упрощений является стационарной, детерминированной с сосредоточенными параметрами. Таким образом, математическая модель может быть описана системой алгебраических уравнений. Детерминированность модели выражается в однозначной связи входных и выходных параметров потоков, стационарность – в независимости параметров потоков от времени, сосредоточенность – в неизменности коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи по объему теплообменника.
Модель можно представить в виде блока с двумя входами и двумя выходами,
соответствующие «горячему» (греющий агент) и «холодному» (нагреваемая среда) потокам.
Математическое описание процесса.
По введенным упрощениям – фазовое состояние потоков не изменяется, т.е. расходы и составы потоков на входе и выходе теплообменника одинаковы:
для «холодного» потока: ;; для «горячего» потока: ; .
Так как потери тепла отсутствуют, то тепловая нагрузка на теплообменник будет определяться из выражения: , где
- движущая сила теплопередачи (средний температурный напор);
F – площадь теплообмена;
- коэффициент теплопередачи. Если для трубок выполняется условие , то для расчета коэффициента теплопередачи можно применять выражение для плоской стенки, где - толщина стенки трубки; - тепло-проводность материала стенки трубки.
меньшая разность температур; большая разность температур. Для противоточной схемы движения потоков
Значения переменных вводятся в модель для каждого конкретного случая (режим течения потоков, конструктивные размеры теплообменника, материалы трубок и т.п.) как константы.
Блок схема математической модели.
Листинг М-файла.
%Модель одноходового кожухотрубного противоточного теплообнника-подогревателя%
clc;
disp('ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННИКА');
disp('Принятые обозначения: Gsh-расход "горячего" потока на входе;Tsh-температура"горячего" потока на входе;Xsh-состав"горячего" потока на входе;Qsh-теплосодержание"горячего" потока на входе;Gsc-расход"холодного" потока на входе;Tsc-температура"холодного" потока на входе;Xsc-состав"холодного" потока на входе;Qsc-теплосодержание"холодного" потока на входе;ah-коэф. теплоотдачи "горячего"потока;ac-коэф. теплоотдачи "холодного"потока;F-площадь теплопередачи;thw-толщина стенки;tw-теплопроводность стенки;kh-число компонентов "горячего"потока ;kc-число компонентов "холодного"потока. ');
disp('Переменные Xsh и Xsc должны содержать массивы с номерами каждой составляющей "горячего" и "холодного" потоков в первой строке и массовыми долями этих состовляющих во второй (!повторения в каждом массиве отсутствуют,т.е.каждый ).Пример:[1 2 3; 0.1 0.2 0.7]. ');
disp('Если число параметров больше 1, то они вводятся в квадратных скобках через пробел. Пример: [1 2 3]. ');
eps=input('Задайте точность:');
parameters=input('Введите в заданном порядке Gsh,Tsh,Gsc,Tsc,ah,ac,F,thw,tw:');
Gsh=parameters(1,1);Tsh=parameters(1,2);Gsc=parameters(1,3);Tsc=parameters(1,4);ah=parameters(1,5);ac=parameters(1,6);F=parameters(1,7);thw=parameters(1,8);tw=parameters(1,9);
if Tsc>Tsh
break;
end
Xsh=input('Введите Xsh:');%состав горячего потока
Xsc=input('Введите Xsc:');%состав холодного потока
kh=length(Xsh);%число компонентов горячего потока
kc=length(Xsc);%число компонентов холодного потока
koefc=[a1 b1 c1 d1;a2 b2 c2 d2;...;an bn cn dn];%матрица коэф. полинома для "холодного" потока
koefh=[a1 b1 c1 d1;a2 b2 c2 d2;...;an bn cn dn];%матрица коэф. полинома для "горячего" потока
Ktp=1/((1/ah)+(1/ac)+(thw/tw))%коэф.теплопередачи
for i=1:kc % считаем изобарную теплоемкость холодного потока при Тес
Cpc=Cpc +(koefc(Xsc(1,i),1)+koefc(Xsc(1,i),2)*Tec+koefc(Xsc(1,i),3)*Tec^2+koefc(Xsc(1,i),4)*Tec^3)*Xsc(2,i);%koefc=[a b c d]
end
Qsc=Gsc*Cpc*Tsc;%теплота "холодного" потока на входе
for i=1:kh
Cph=Cph +(koefh(Xsh(1,i),1)+koefh(Xsh(1,i),2)*Tehs+koefh(Xsh(1,i),3)*Tehs^2+koefh(Xsh(1,i),4)*Tehs^3)*Xsh(2,i);
end
Qsh=Gsc*Cpc*Tsh;%теплота "горячего" потока на входе
Tec=Tsc+0.01;
Qtps=1;Qtpf=0;%для входа в цикл
while abs(Qtps-Qtpf)>=eps
Tec=Tec+0.1;%задаемся температурой холодного потока на выходе
Cpc=0;
for i=1:kc % считаем изобарную теплоемкость холодного потока при Тес
Cpc=Cpc +(koefc(Xsc(1,i),1)+koefc(Xsc(1,i),2)*Tec+koefc(Xsc(1,i),3)*Tec^2+koefc(Xsc(1,i),4)*Tec^3)*Xsc(2,i);%koefc=[a b c d]
end
Qec=Gsc*Cpc*Tec;%определяем теплоту холодного потока на выходе
Qtps=Qec-Qsc;%определяем теплосодержание
Qeh=Qsh-Qtps;%определяем теплоту горячего потока на выходе
Tehf=1;Tehs=Tsh;%входим в цикл и обнуляем Tehs
while abs(Tehs-Tehf)>=0.1%определяем температуру горячего потока на выходе
Tehs=Tehs-0.1;
Cph=0;
for i=1:kh
Cph=Cph +(koefh(Xsh(1,i),1)+koefh(Xsh(1,i),2)*Tehs+koefh(Xsh(1,i),3)*Tehs^2+koefh(Xsh(1,i),4)*Tehs^3)*Xsh(2,i);
end
Tehf=Qeh/(Gsh*Cph);
end
if (tsh-tec)>(teh-tsc)
tb=tsh-tec;%большая разность температур
tm=teh-tsc;%меньшая разность температур
else
tb=teh-tsc;%большая разность температур
tm=tsh-tec;%меньшая разность температур
end
tcp=(tb-tm)/(log(tb/tm));%движущая сила теплопередачи
Qtpf=F*tcp*Ktp;
if Tec>Tehf
break;
end
end
Tehf
Tec
Проверка адекватности.
Модель адекватна объекту, если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах. При этом адекватность модели зависит от цели модели-рования и принятых критериев.
Соответствие выходных координат , определяемых по модели, выходным координатам , найденных экспериментально, при одинаковых значениях входных координат, оценивается дисперсией аппроксимации:
где порядок модели; число точек снятых в ходе эксперимента.
Для оценки точности данных снимаемых с объекта в ходе эксперимента пользуются дисперсией воспроизводимости:
где r – число степеней свободы.
Для оценки модели на адекватность используют критерий Фишера: находят отношение , по известным значениям и r из таблиц Фишера находят . Если , то можно говорить об адекватности модели, если - модель неадекватна.
При неадекватности объекту моделирования модель дополняют и снова проверяют на адекватность.
Вывод.
В ходе курсовой работы была разработана стационарная, детерминированная математическая модель с сосредоточенными параметрами одноходового кожу-хотрубного противоточного теплообменника – подогревателя со следующими допущениями:
Данная математическая модель была реализована на М-языке системы Matlab.
Список литературы.
PAGE 15
EMBED Equation.3 
EMBED Equation.3 
EMBED Equation.3 
EMBED Equation.3 
Начало
Ввод:
НЕТ
ДА
ДААА
НЕТ
ШАГ 1
ШАГ 2
ШАГ 3
ШАГ 4
ШАГ 5
ШАГ 6
ШАГ 7
ШАГ 8
НЕТ
ДА
КОНЕЦ
ДА
НЕТ
Решение
не найдено
НЕТ
ДА
ШАГ 9
ШАГ 10
ШАГ 11
ШАГ 12
ШАГ 13
ШАГ 14
ШАГ 15