Práce s programem VTX k-k s 5.

Program VTX k-k s 5. slouží pro výpočet pracovního bodu výměníků tepla řady VTX s 5. pro aplikace, kdy ochlazovaným mediem je kapalina (přesněji tekutina) a ohřívaným mediem je také 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.

Program umožňuje paralelní , sériové i sérioparalelní řazení výměníků. Paralelně je možné řadit až 10 výměníků vedle sebe. Sériově až 5 výměníků za sebou. Sérioparalelně pak je možné řadit až 5 vrstev řad za sebou, po až 10 výměnících paralelně v řadě. Sériové řazení umožňuje mimořádně velké přiblížení se teplot mezi oběma kapalinami k sobě a tedy použití výměníků ve zvláště náročných aplikacích. Navolení sériového nebo paralelního řazení se provede zatržením.

Výměník má teplou a studenou stranu. Na teplé straně je ochlazovaným mediem zvolená kapalina, nejčastěji vody. Na studené straně je ohřívaným mediem také navolená kapalina, opět nejběžněji voda. Je možné navolit ze seznamu kapalin o jaké kapaliny 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 k-k s5 také soubor s názvem „kapaliny“ , ve kterém jsou uloženy termodynamické vlastnosti příslušných kapalin. Pro práci s vodou není tento soubor potřeba.

Teplá strana je pevně navolena v trubičkách, s přívodem topné vody 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. Teploty ochlazované i ohřívané kapaliny je možné zadávat podle potřeby , pokud možno v pořadí T22, T21, T11 a pak T12 s omezením, které si program pohlídá. Výkon je možné 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 m2K / kW. Je vhodné ponechávat faktor znečištění roven 0. Teplotu T23pátého 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 pro tento případ je možné spustit příslušným tlačítkem „ nalezení T12“.

Program umožňuje, při iteračním hledání pracovního bodu, měnit kteroukoli ze vstupních zeleně podbarvených vstupních hodnot. 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 zadávám veličinu kterou chci měnit a sleduji jak se mění rezerva výkonu. Pokud se dostatečně přiblížím s rezervou k nule, tak se většinou nakonec iterační výpočet uchytí. Tato situace obvykle nastává tehdy, když jsou zadané teploty blízko povoleným mezím ( například teplota T21u 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 ochlazované vody 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. Pro seriové řazení výměníků je konec grafu ( proměnné x ) také koncem posledního sériově řazeného výměníku. Příkladně pro dva sériově řazené výměníky je konec prvního výměníku na souřadnici 0,5 L a to je zároveň začátek druhého výměníku, který končí na souřadnic 1 L grafů. Tento posun pochopitelně platí i pro nalezené místo pro 5. vývod. Pokud příkladně program nalezne tento bod na souřadnici 0,05 L u dvou seriově řazených výměníků, je toto místo na souřadnici 0,1 L prvního výměníku. Tedy konkrétně ve vzdálenosti 189 mm od horního okraje plášťové trubky výměníku.

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