Испарителя и конденсатора

Вычисление состава смеси в различных сечениях

Исходные данные

Наименование	Обозначение в тексте	Единицы измерения	Обозначение в программе	Значение в примере
Тепловой поток в конденсаторе-испарителе	Q	Вт	Q
Давление кипящей смеси в верхнем коллекторе	p и	Па	pi	1,45 · 10^5
Давление конденсирующейся смеси на входе в конденсатор-испаритель	p к	Па	pk	5,24 · 10^5
Объемные доли компонентов	x и1 x и2 x и3 y и1 y и2 y и3 y к1 y к2 y к3		xi1 xi2 xi3 yi1 yi2 yi3 yk1 yk2 yk3	0,005 0,995 0,942 0,058
Массовый расход жидкости, сливаемой из полости кипения	R сл	кг/с	Rsl
Массовый расход пара, отдуваемого из полости конденсации	A	кг/с	A
Скорость циркуляции	w 0	м/с	w0	0,07
Уровень конденсата	h к	м	hk	0,11
Статический уровень жидкости	h ст	м	hst	0,03
Коэффициент запаса скорости в опускной системе	с оп		co	0,9
Длина пакета	l п	м	hp	1,45
Ширина пакета	b 1	м	b1	0,85
Глубина пакета	b 2	м	b2	0,85
Ширина проставочной полосы	b 3	м	b3	0,018
Высота насадки (оребрение)	l и l к	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	s и s к	м м	si sk	0,003 0,003
Толщина ребер насадки	δ и 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

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: x ₁ = x ₂ = 0, x ₃ = 1. Для воздуха можно принять x ₁ =0,7812, x ₂ = 0,0093, x ₃ = 1 – x ₁ – x ₂ = 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 смеси N₂–Ar–O₂ используем 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; y ₁, y ₂ – соответствующие доли компонентов в паре на входе в конденсатор-испаритель.

При заданных значениях y ₁ и y ₂ и с учетом того, что y ₃ = 1 – y ₁ – y ₂ и x _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 жидкости в верхнем сечении каналов кипения; x ₁, x ₂ – объемные доли на входе в конденсатор-испаритель; – кратность циркуляции; ; .

Массовую долю пара в потоке на выходе из парогенерирующих каналов x _вых и 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 x ₁ , x ₂ и с учетом того, что x ₃ = 1 – x ₁ – x ₂ , а x _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)

Вычисление свойств тройной смеси N₂–Ar–O₂

Для вычисления свойств тройной смеси предварительно определяем теплофизические свойства чистых компонентов в зависимости от давления p и состава смеси x ₁, x ₂, x ₃, используя в расчетах коэффициенты, приведенные в табл. 2.

Таблица 2

Дата добавления: 2014-01-15