Práce s programem VTXCIP k-k

Program VTXCIP k-k slouží pro výpočet pracovního bodu výměníků tepla řady VTXCIP pro aplikace, kdy ochlazovaným mediem je kapalina (přesněji tekutina) a ohřívaným mediem je také kapalina, (přesněji tekutina). Jednou z těchto kapalin je CIP voda, která proudí vždy v trubičkách. CIP voda se pochopitelně zadává jako obyčejná voda.

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 VTX1CIP1 po VTX8CIP3.

Navolení základního průměru výměníku se provádí volbou část VTX v rozsahu 1 až 8. Navolení délky šroubovic se provádí v části CIP v rozsahu 1 až 3.

Program umožňuje paralelní , sériové i sérioparalelní řazení výměníků. Paralelně je možné řadit až 10 výměníků vedle sebe. Sériově až 5 výměníků za sebou. U sériového řazení je vždy v seriovém zapojení strana trubiček u všech výměníků a stejně tak strana pláště u všech výměníků. V seriovém řazení nelze přecházet z trubiček do pláště a z pláště do trubiček. 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 VTXCIP k-k také soubor s názvem „kapaliny“ , ve kterém jsou uloženy termodynamické vlastnosti příslušných kapalin. Pro práci s vodou není tento soubor potřeba. U CIP vody se volí „voda“.

Dále je možné v obecném případě navolit, kde bude teplá strana, jestli v trubičkách šroubovic nebo v plášti. Samozřejmě že studená strana je potom na té zbývající straně. Tedy pokud navolím teplou stranu v trubičkách, je potom studená strana v plášti a naopak. CIP voda musí být vždy v trubičkách, které jsou proto uvnitř vysoce leštěné, aby byla tato strana výměníku sterilovatelná.

Zapojení výměníku tepla je možné navolit buď protiproudé nebo souproudé. Touto volbou je určen rozhodující pracovní režim výměníku tepla. To znamená, jestli tekutiny, mezi kterými dochází k předávání tepla, proudí proti sobě nebo v souhlasném směru. Touto volbou je i nepřímo určena velikost teploty T12, mezi jakými teplotami se může 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.

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 L ) 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.

V úvodním odstavci je zmínka o tom, že místo kapaliny je přesnější použít názvu tekutina. Je to proto, že místo kapaliny je možné zadat také přehřátý plyn ( ve výměníku nekondenzující !!! ). Nejběžněji se jedná o vzduch nebo jiné plyny, v aplikacích pro jejich ochlazování a zbavování vlhkosti kondenzací a vymrazováním.

Ukázky obrazovek programu