Práce s programem VTX p-k s 5

Program VTX p-k s 5.slouží pro výpočet pracovního bodu výměníků tepla řady VTX s 5. vývodem pro aplikace, kdy zdrojem tepla je kondenzující sytá pára a ohřívaným mediem je kapalina ( přesněji tekutina ). Program určí místo na plášti výměníku, kde má byt umístěn 5. vývod. Výpočtový program pracuje v Mikrosoft Exelu, protože využívá řadu funkcí včetně grafů, které jsou zde k dispozici a nebylo nutné je pracně programovat. Při otevírání programu je nutné povolit makra.

Zadávání parametrů probíhá na listě „zadání„ . Konkrétní typ výměníku, tedy velikost výměníku, je možné navolit ze seznamu od nejmenšího VTX1 po VTX21.

Výměník má teplou a studenou stranu. Na teplé straně je zdrojem tepla kondenzující pára zvolené kapaliny, nejčastěji vody. Na studené straně je ohřívaným mediem navolená kapalina, opět nejběžněji voda. Je možné navolit ze seznamu par kapalin o jaké kondenzující páry se jedná. Obdobně je ze seznamu možné navolit o jakou ohřívanou kapalinu se jedná. Při volbě kapaliny program zároveň určí, maximální a minimální teplotu, kterou je možné zadat pro danou tekutinu. Aby bylo možné pracovat s jinými kapalinami nežli jen s vodou, je nutné otevřít zároveň s programem VTX p-k s 5. také soubor s názvem „kapaliny“ , ve kterém jsou uloženy termodynamické vlastnosti příslušných kapalin. Pro práci s vodou a vodní parou není tento soubor potřeba. Vstupní teplota páry T11 dané kapaliny je vždy teplota na mezi sytosti pro příslušný tlak páry! Tuto teplotu si program podle tlaku a kapaliny najde sám.

Teplá strana je pevně navolena v trubičkách, s přívodem páry ze shora. Studená, ohřívaná strana, kde je také 5. vývod, je v plášti výměníku.

Zapojení výměníku tepla je pevně nastaveno jako protiproudé. Touto volbou je určen pracovní režim výměníku tepla. To znamená, že tekutiny, mezi kterými dochází k předávání tepla, proudí proti sobě. Touto volbou je i nepřímo určena velikost teploty T12, a teploty T23 pátého vývodu, mezi jakými teplotami se mohou pohybovat ve vztahu k teplotám T11 a T21.

Vstupní hodnoty které mohu být voleny jsou podbarveny zeleně. Ty je možné zadávat. Ostatní hodnoty zadávat nejdou a jsou programem vypočítány. Tlak par je možné volit od 10 kPa do 1,6 MPa. Vstupní teplota T 12 pary dané kapaliny se spočítá sama, jako teplota páry na mezi sytosti. Teploty ohřívané kapaliny je možné zadávat podle potřeby , pokud možno v pořadí T22 a pak T21 s omezením, které si program pohlídá. Výkon zadávat podle potřeby, kdy je vhodné se zhruba řídím jmenovitým výkonem zvoleného výměníku. Podle potřeby zadat faktor znečištění. Zcela čistý výměník má faktor znečištění 0, velmi hodně zanesený pak cca 0,1 m 2K / kW. Je vhodné ponechávat faktor znečištění roven 0. Teplotu T23 pátého vývodu je nutné zadat v intervalu mezi teplotami T21 a T22.Množství kapaliny v 5. vývodu je vhodné zadat maximálně ve výši + - 30 % množství m21 přicházejícího do pláště výměníku ze spodního přívodu . Je sice možné zadat množství výrazně větší, vede to však k menší přesnosti celého výpočtu. Zvětšuje se rozdíl mezi teplotami ze zadání pro tepelnou bilanci a teplotami nalezenými z rovnic přestupu tepla.

Ihned po zadání každé hodnoty se pracovní parametry přepočítají a výsledkem je hodnota výkonu a ostatních parametrů, nalezená z rovnic přestupu tepla. Tyto hodnoty jsou na bílém podbarvení. Zároveň je nalezena „rezerva výkonu“, která je podbarvena žlutě. Je to rozdíl, mezi zadaným výkonem a výkonem spočítaným z rovnic přestupu tepla. Pracovní bod je ten, kdy je rezerva výkonu rovna 0, to znamená když je požadovaný výkon zadaný do tepelné bilance obou stran výměníku roven výkonu nalezeném z rovnic přestupu tepla. Tento pracovní bod je hledán iteračním výpočtem, kdy je obvykle měněna teplota T12. Výpočet se pro tento případ spouští příslušným tlačítkem „ nalezení T12“

Vzhledem k tomu, že ve výpočtu existuje vnitřní parametr který nelze předem určit, je nutné ho dodatečně zadat podle toho co výpočtem vyjde. To je možné ručně nebo také tlačítkem „zadat“, který spustí jeho zadání. Je velmi vhodné se nejprve ručním zadáním přiblížit k určené hodnotě a poté spustit automatické „zadání“. Jinak se lehce stane, že automatické zadání zabloudí a výpočet ze zablokuje. Odblokování provedou ručním zadáním hodnoty o velikosti cca 20. Potom opakuji správnější zadání a nakonec automatické „zadání“. Program umožňuje, při iteračním hledání pracovního bodu, měnit kteroukoli ze vstupních zeleně podbarvených vstupních hodnot ( mimo vnitřního parametru ). V tomto případě se k nalezení pracovního bodu použijte funkci Exelu "hledání řešení", následovně: Stoupnout si do buňky rezerva (žlutě podbarveno) a vyvolat si na liště Exelu v poli " nástroje" funkci "hledání řešení ". Do buňky "cílová hodnota" zadat 0 a přejít do buňky "měněná hodnota". Z ní přeskočit do některé světle zelené buňky zadávání parametrů výpočtu, který chci aby se změnil. Obvykle to bývá teplota T12, ale je možné měnit jakoukoli ze zeleně podbarvených hodnot. Po zmačknutí OK se spustí iterační výpočet a je nalezena hledaná hodnota pracovního bodu tím, že je měněna hodnota zvolené veličiny ( obvykle to bývá některá z teplot ). Postup je zřejmý z „obrazovky při hledání řešení VTXk v-v„ , kdy je navolena změna teploty T22.

Často se stane, že iterační výpočet „zabloudí„ a pracovní bod nelze uvedeným postupem nalézt. Iteračnímu hledání je pak dobré napomoci tím, že ručně zadáváme veličinu kterou chceme měnit a sledujeme jak se mění rezerva výkonu. Pokud se s rezervou dostatečně přiblížím k nule, tak se většinou nakonec iterační výpočet uchytí. Tato situace obvykle nastává tehdy, když jsou zadané teploty blízko povoleným mezím ( například teplota T21 vody těsně nad 0 ). Lehce se ale stane, že pro zadaný výkon a zadané teploty pracovní bod výměníku opravdu neexistuje a pak ho také nelze nalézt. Obvykle to bývá tehdy, když je teplota kondenzující páry pro zadaný výkon příliš nízká.

Je vhodné základní výpočet výměníku provést bez linearizace přechodů mezi laminární a turbulentní oblastí. To znamená ponechat na grafech a ve výpočtech skokové změny v součinitelích přestupu tepla. Na grafech průběhů jednotlivých veličin si potom prohlédnout a posoudit provozní chování výměníku v tomto pracovním bodu. Pokud je vše podle přání, tak výpočet zopakovat s linearizací přechodů, kdy výsledky lépe odpovídají skutečnému fyzikálnímu ději ve výměníku.

Na dalším listu je podrobný protokol k nalezenému pracovnímu bodu. Grafy hlavních veličin jsou na dalších dvou listech.

Umístění 5. vývodu na výměníku určí výpočetní program sám, a to do místa, kde je teplota ohřívané vody rovna teplotě vody přivádění nebo odváděné z 5. vývodu. Na grafech, především na grafu rychlosti proudění ohřívané kapaliny je patrný skok v rychlosti. Je však nutné mít na paměti, že místo nalezené výpočtem je místo na teplosměnné ploše, tedy na svazku šroubovic. Toto místo je nutné přenést na vnější plášť výměníku. K tomu slouží níže uvedená převodní tabulka ( obrázek ), převádějící místo na teplosměnné ploše ( na šroubovici ) na těleso výměníku. Převodní tabulka platí pro výměníky VTX1 až VTX11. S chybou menší než 10 mm i pro výměník VTX12. Nalezený bod na plášti výměníku je střed (osa ) potrubí 5. vývodu.

Ukázky obrazovek programu