Универсальная модель переноса анергии (тепла) в регенеративном аппарате
И интервале времени «тц < т < (пхк + Т[) математическая модель регенеративного аппарата описывается системой дифференциальных уравнений переноса энергии (тепла) в потоке «горячего» теплоносителя и в насадке:
(дТ,. дТ. д'1, дТл
Р |СР. + иь, + Щ, Ъ + Щ,, - ь) =
А дТ, я дТ, я дТ.
ДО д . 30 . д, 30 , д, 39
Р*>т 1н = тх1'тх + т^щ+т^5,- (6>4)
Здесь п — количество циклов до начала исследуемого процесса; хц — длительность цикла, равная сумме газового Х1 и дутьевого ха периодов; ы>Х1, до,,,, шг< — проекции вектора скорости потока газа в канале регенеративной насадки, полеченные в результате решения гидродинамической задачи; Т —температура «горячего» теплоносителя (дымовых газов); 0—температура насадки; р, X, ср — плотность, коэффициент теплопроводности, теплоемкость горячего теплоносителя (с индексом 1) и твердого тела (с индексом т).
При прямоугольной форме канала для теплоносителей (рис. 6.2) задаем такие краевые условия:
Начальное распределение температуры в твердом теле
Ъ(х, у, г, п, хц) = /| (х, у, г); (6.5)
Граничное условие третьего рода на поверхности АВСД 50 I
= а' аь г% а2* г* х)~ 6(*» а2, г, х]; (6.6)
-X ^ Ктдг |
Граничное условие третьего рода на поверхности ДЕКС
= а, (х, г/, а, х) ТI (х, у, аи х) — 6 (х, у, аи х)]. (6.7)
Полагая, что распределение расходов «горячего» и «холодного* теплоносителей по каналам регенеративного аппарата равномер-
Ное, можно ожидать симметричность температурного поля. Тогда в ПЛОСКОСТИ ух при 2 = 0 И 2 = 6]
= 0; — = У Г=и дг |
(6.8) |
= 0; |
Г=Ь, |
Плоскости гх при у = 0 и у = -*.£1 |
(6.9) |
= 0. |
Ду І!/=0 Начальное распределение тем- Т (х, у, г, п-ц) = Ти (6.10) Может быть принято равным тем- Полученное в результате реше- 1) математическая модель Аппарата описывается системой уравнений переноса тепла в /дТ, дТ„ дТ, дТ, |
У=Ь, |
Рис. 6.2. Элемент объема насадки воздухона гр евател я |
ДТ0 |
_д_ 0/2 а ог2,д <"2. Дх '2 0х ^ ду '2 ду дг 2 дг ' Дь_о дч а, ао а ао РтСрг >т ду Лг ду ~Г дг т дг- Краевые условия запишем аналогично периоду взаимодействия насадки с «горячим» теплоносителем: П[х, у, г, (л-ц + 'сО] =Ь(х, У, 2); (6.12) — ; = а2(*, у, аи х) |0 (л-, у, аи х)— Т-г (х, у, а, г)]; (6.13) |
(6.11) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
||
|
|||
Ао _ п _ ■> 50
У=о=0: (6Л6> |
'дуц^ь, и’ 'ду
Т2х, У, г, (/гтц + Т|)] = Т2). (6.17)
Здесь а! (х, у, г, т) — распределение коэффициента теплоотдачи от «горячего» теплоносителя к насадке по периметру и длине канала; а2(х, у, г, х)— распределение коэффициента теплоотдачи от насадки к «холодному» теплоносителю по периметру н длине канала. В формулах (6.10), (6.17) Т\, Т— соответственно температуры газа и воздуха на входе в насадку.
Разработанные методы аппроксимации дифференциальных уравнений в частных производных системами алгебраических уравнений [73] позволяют находить чнсленные решения задачи о распределении температуры в потоках теплоносителей и в насадке. Однако для решения задачи, описываемой системами уравненнй (6.3) — (6.4), (6.11) — (6.12) при краевых условиях (6.4) — (6.10), (6.12) — (6.17), необходимы ЭВМ с большой оперативной и внешней памятью.
Получить расчетное или экспериментальное распределение скоростей в сеченнях каналов регенеративных теплообменных аппаратов достаточно сложно. С учетом существенного превалирования одного линейного размера (высота канала) течение теплоносителей можно рассматривать как одномерное, а скорость потока определять как среднерасходную по уравнению сплошности.
Тогда математическая модель теплового взаимодействия «горячего» потока п насадки примет вид
[дТ, — дТЛ а. (х, т) I
Р, сР| (-^ + -£) = д ■ {Т1 - 0П); (6.18)
ДО д. (30 д . дд /с ш
РтСгт^ = Гх тТх + 'ду 'Гх (6Л9>
В интервале /гхц < х < (пха х^ при краевых условиях
О (х, у, лхц) = /, (х, £/); (6.20)
1 69 1тГу |
1Т§ = а, (х, х) [Г, (х) — 0 (дг, а, х)]; (6.21)
= 0 (6.22); Ті (х, лхц) = Гц. (6.23)
Решив систему (6.18)—(6.19) при краевых условиях (6.20)— (6.23) для момента времени (ятц+ті), получим распределение температур в твердом теле как начальное для решения задачи переноса тепла от насадки к потоку «холодного» теплоносителя, описываемой уравнениями (6.19) и
/дТг, - дТЛ а,, (х, т) 2
Р2Ср. Ьг + ^2 ^ (6‘24)
В интервале времени (/гтц + ті) < т < (п + 1) т., при краевых условиях
(6.25) (6.26) |
6[лг, У(тц + ті) = /2(лг, у);
Ае Гу
>тТу
У=а
Ао Гу |
I |
У=Ь |
О (6.27); Т2[х, (піц + ті) = Г2і, |
|
|
0„ — температура поверхности канала, функция координат времени; и), и»?—среднерасходные скорости «горячего» и «холодного» теплоносителей; Z — периметр канала; 5—-площадь поперечного сечения канала.
Математическая модель переноса тепла в регенеративном теилообменном аппарате, описываемая системами уравнений (6.18), (6.19) и (6.24) — (6.19) при краевых условиях (6.20) — (0.23) и (6.25) — (6.28), используется для опнсаппя и изучения переходных режимов работы аппарата.