Многоуровневая система моделирования нестационарных и меняющихся режимов работы низкотемпературных установок (1024695), страница 23
Текст из файла (страница 23)
2.23. Расчётные профили температур прямого и обратного азотныхпотоков в детандерном и третьем теплообменных аппаратах УОК приконденсации прямого азотного потока во втором теплообменнике при G1=7,12кг/с, ξ=0,842, χ=0,09, Т13=157К, р1=2,7МПа, рд2=0,52МПа168–––– - прямоточное движение потоков,- - - - противоточное движение потоков;■ , □ – экспериментальные данныеРис. 2.24. Расчётные профили температур прямого и обратного азотныхпотоков в детандерном и третьем теплообменных аппаратах УОК при конденсациипрямого азотного потока в четвёртом теплообменнике при G1=6,67 кг/с, ξ=0,854,χ=0, р1=2,5МПа, рд2=0,46МПа1692.10.2 Перепуск азотного потока среднего давления при охлажденииустановки обратной конденсацииВ период охлаждения установки обратной конденсации не менее 10%времени прямой азотный поток в первом теплообменнике практически неохлаждается и потери давления при этом достаточно велики и составляют 0,6МПа.
Для уменьшения этих гидравлических потерь целесообразно в началепроцесса охлаждения перепускать весь азотный поток среднего давления навход первого турбодетандера, для чего в конструкцию установки необходимоввести перепускную магистраль с запорным вентилем Вд (рис.2.25), что можноосуществить без особых затрат.При дальнейшем процессе охлаждения также целесообразно перепускатьчасть прямого азотного потока минуя первый теплообменник на вход первоготурбодетандера, причём не только для уменьшения потерь давления. Придвижении прямого потока в первом теплообменнике происходит передачатеплоты от него обратным азотным потоком, счёт чего происходитнедоохлаждение теплопередающей стенки теплообменника.
Кроме этого,целесообразно как можно дольше поддерживать максимальную температуру навходе в первый турбодетандер, чтобы получить наибольший изоэнтропныйк.п.д. [33].Степень перепуска прямого азотного потока вне первого теплообменникаg определялась в следующей последовательности. Аппроксимационнымметодом, или с помощью конечно-разностного метода рассчитывался процессохлажденияустановкиобратнойконденсациисучётомпеременноститеплофизических свойств азота, материала теплопередающей стенки и к.п.д.турбодетандеров. На каждом расчётном временном шаге по времениопределялось значение g , при котором получатся наибольшее понижениетемпературы теплопередающих стенок теплообменных аппаратов. Решениеосуществлялось перебором значений g в пределах (0, 1) с дискретным шагом0,1 и с ограничением, чтобы потери давления по прямому азотному потоку в170первом теплообменнике не превышали 0,1МПа.Рис.
2.25. Схема движения азотных потоков в УОК при использованииперепускной магистралиПроведенные расчёты мощью аппроксимационного метода стрёхточечным разбиением по координате показали, что значение степениперепуска g прежде всего зависит от величины потерь давления. На рис. 2.26показано расчётное изменение средних температур теплопередающих стеноктеплообменных аппаратов во время охлаждения для обычной схемы движения171азотных потоков в установке обратной конденсации и с использованиемперепуска.–––– - обычная схема движение потоков,- - - - схема движение потоков при использовании перепускаРис. 2.26. Временные изменений средних температур теплопередающих стеноктеплообменных аппаратов во время охлаждения для обычной схемы движенияазотных потоков в установке обратной конденсации и с использованиемперепуска172времениСокращениеохлажденияприиспользованииперепускасоставило 4%.
Но, несмотря на небольшое значение, при большом числе пусковустановки, использование перепуска может привести к большой экономии.Кроме того, использование данной перепускной магистрали позволяетрегулировать температуру азотного потока на входе в первый турбодетандер вслучае её понижения ниже предельного значения в рабочем режиме. Данныйспособ регулирования менее инерционный, чем принятый за счёт регулировкойвентилями Р 801 и задвижкой З-802 (рис.2.2). Также следует заметить, что вслучае неплотности вносимого перепускного вентиля при его полном закрытиичасть потока среднего давления будет поступать сразу на вход первоготурбодетандера, минуя первый теплообменник, и может ухудшить работуустановки обратной конденсации в рабочем режиме. Поэтому на азотныйтрубопровод,гдеустановленвносимыйрегулировочныйвентиль,целесообразно установить дополнительный запорный вентиль.2.10.3 Изменение направления движения тёплого азотного потока принагреве установки обратной конденсацииНагревосновногоблокатеплообменниковустановкиобратнойконденсации после его рабочего режима осуществляется подачей тёплогоазотного потока в нижнюю часть через вентиль 0-803, а детандерноготеплообменника через вентиль 0-803 (рис.2.2).
Такой процесс характеризуетсянеравномернымтемпературнымперепадоммеждутеплопередающимистенками теплообменников и тёплым азотным потоком, что приводит кнерациональномуиспользованиютеплотыазотногопотока.Поэтомуцелесообразно подавать тёплый азотный поток в верхнюю, т.е. самую "тёплую",часть основного блока теплообменников и таким образом уменьшитьтемпературный перепад между теплопередающими стенками теплообменникови тёплым азотным потоком.
Это осуществляется за счёт подвода трубопроводаот линии греющего азота к установке обратной конденсации через задвижку 0-173806 и использования задвижки 0-801 для сброса этого потока (рис.2.2).Для оценки эффективности предложенного изменения движения тёплогоазотного потока проведены расчёты с использованием систем уравнений длякаждого теплообменника типа (1.24), т.е. теплового взаимодействия потокахладагента со стенкой в одномерном приближении. Данная система может бытьрешена как конечно-разностным, так и аппроксимационным методом.
Прирешении применялись условия сопряжения между теплообменниками, вкачественачальногокоординатераспределениятеплопередающихиспользовалисьрасчётныетемпературстенокрезультатыпопространственнойтеплообменныхстационарныхаппаратоврежимовработыустановки обратной конденсации.Временныеизменениясреднихотносительныхтемпературтеплопередающих стенок теплообменных аппаратов при нагреве для обычнойсхемы движения азотных потоков в установке обратной конденсации ипредложенного направления движения потоков показаны на рис.2.27, изкоторого видно, что основное время процесса нагрева определяется первым(верхним) теплообменником, как самым крупным. Предложенный способнагрева установки обратной конденсации даёт сокращение времени этогопроцесса до 20%.174–––– - обычная схема движение потоков,- - - - схема движение потоков для предложенного способаРис.2.27.
Временные изменений относительных средних температуртеплопередающих стенок теплообменных аппаратов при нагреве для обычнойсхемы движения азотных потоков в установке обратной конденсации ипредложенного направления движения потоков175Выводы по второй главе1. Проведён анализ существующих методов определения рациональноговедения работы низкотемпературных установок, работающих в нерасчётныхрежимах.2. Определено, что при расчётном исследовании стационарных инестационарных режимов работы низкотемпературных установок необходимоодновременнотеплообменныхрассчитыватьаппаратов,системыизуравнений,которыхсостоитописывающихустановка,работупосколькуобособленный расчёт каждого теплообменника в отдельности с последующейкорректировкой условий сопряжения между ними, зачастую приводит кзначительной погрешности или к расходимости решений.3.
Показано, что при исследовании квазистационарных процессов работынизкотемпературных установок, достаточно использовать стационарную модельс меняющимися во времени граничными условиями.4. Впервые использован симплекс-метод для решения задачи определенияоптимальных параметров для нерасчётных стационарных режимов работынизкотемпературных установок.5. Впервые создана многоуровневая расчётная система рациональногопроведения меняющихся режимов работы низкотемпературных установок. Вданнойрасчётнойсистемепроисходитусложнениефизическойиматематической модели с переходом от нижнего к верхнему уровню, при этом вкачестве начальных значений неизвестных величин используются решения,полученные на предыдущем уровне моделирования.6. Предложенные в первой главе методы расчёта стационарных инестационарных режимов работы теплообменных аппаратов были применены кисследованию режимов работы установки обратной конденсации и позволилиполучить результаты, совпадающие с экспериментальными данными в пределахточности измерений и вычислений.7.Созданная176многоуровневаярасчётнаясистемаоптимальногопроведения меняющихся режимов работы была успешно реализована дляустановки обратной конденсации и позволила определить области оптимальныхзначений регулируемых параметров.8.Расчётныеисследованияпозволилиоценитьповышениеэффективности при внедрении рекомендаций по изменению движения азотныхпотоков в теплообменных аппаратах установки обратной конденсации дляразличных режимов работы.177Глава 3.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕЛ СКАНАЛАМИ ВНУТРИ НИХ3.1 Основные способы охлаждения объектовПроцессы охлаждения объектов до низких температур имеют особоезначение вследствие своей продолжительности и зачастую требуют особыхусловий проведения, например, из-за неравномерного охлаждения отдельныхчастейтелаи,какследствие,возможностьпоявлениямеханическихнапряжений при разности температур этих частей объекта. Обычно охлаждениеобъектов осуществляют тремя способами: погружным, циркуляционным ипрокачным [189, 190].
При погружном способе объект находится в жидкомхладоносителе. Данный способ достаточно прост в реализации, но являетсясамым продолжительным по времени из-за слабой интенсивности теплообменана поверхности объекта при малом перепаде температур между поверхностьюобъекта и хладоносителя, а при большом температурном перепаде возникаетбольшойградиентприводящийкциркуляционномтемпературмеждувозникновениюспособеотдельнымимеханическиххладоносительчастямиобъекта,напряжений.прокачиваетсячерезПриканалы,сделанные в объекте, что требует подачи хладагента под давлением дляпреодоления гидравлических сопротивлений при его движении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
