《水-异丁烷换热器设计外文翻译、英汉互译、中英对照》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水-异丁烷换热器设计外文翻译、英汉互译、中英对照（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本科毕业设计（论文）外文翻译译文本科毕业设计（论文）外文翻译译文题题 目目： 水-异丁烷换热器设计 专业班级专业班级： 装备 0902 1进料温度和质量流量的变化对单程横向流动换热器的阶跃进料温度和质量流量的变化对单程横向流动换热器的阶跃响应响应作者：Karthik Silaipillayarputhur PT 印尼科赛 Tbk 城市，印度尼西亚 16810Stephen A.同上 田纳西科技大学，库克维尔，TN38574进料温度和质量流量的变化对单程横向流动换热器的阶跃响应是有一定影响的。在所有的例子中，能量守恒方程是用来解有限未知数的一种差分法。数值的预测包括了在进料温度的逐步变化加上流体
2、的质量流量的逐步变化下的最小和最大的流体的体积变化速率。同样，性能的计算也可以指导换热器稳态时的最初运行状态，在忽略了任何温度时的扰流作用下的最小体积流动速率到最大体积流动速率的逐步流量速率的变化。由于换热器壁对能量的储存和一定的传播时间与进口扰动的联系，两种流体的出口温度并不会立即发生反应。一个参数的研究是由很多变化的无穷小量参数的确定来控制的，换热器的这种瞬变反应具有广泛的代表意义。【工业部：10.1115/1.】引言引言换热器是在假设已知道准确的流体进口温度和流体速率的情况下设计的。然而，在很多实际例子中，换热器的设计观点并不是能奏效的。在那些情况下，它对预测超出设计条件的换热器的性能是
3、很重要的。当进口温度和质量流量发生改变时，换热器并不会立即就做出反应，换热器需要一定的时间从那些变化中保持稳定性。进口流体温度和流体速率会妨碍换热器做出反应，而且还会引起工艺系统的不良反应。本文将讨论一个单程横向换热器建立在瞬态有限差异的可见性能模型的发展情况。进口流体温度和质量流量的变化将被认为是作为时间的函数。本文将详细的介绍相关的控制方程并给出各种情况下的结果。而且，要验证瞬态性能模型，结果就得包含大部分时间下的瞬态性能模型（一种能够预测的稳定情况）与可预见的稳态性能模型的对比。 有大量的参考文献是关于换热器的瞬态性能建模的。在此仅仅讨论最相关的文献。斯皮加和斯皮加1通过解析法方程求解气
4、-气横流换热器的热平衡，来研究了天然气的二维瞬态。斯皮加和斯皮加2提供了针对瞬态横流换热器的瞬态温度分析的无量纲法解决方案。斯皮加和斯皮加3利用有限间壁电容器研究了单程的横流式的阶跃响应。米斯拉等人4利用数值化横流换热器的纵向传道和轴向的色散、斜曲线和进口热流的指数扰动来研究瞬态横流换热器。米斯拉等2人5开发了一种数值化方法利用温度和流量扰动电容间壁来研究横流式换热器具有有限的瞬态行为。在热流体的入口温度采用有限差异法，其结果就会被阶梯曲线，陡坡曲线，指数曲线和正弦曲线所表示出来。德维德和戴斯6提出了利用瞬态模型来分析研究板式换热器在分步流量变化时的瞬时反应。米斯拉等人7分析了温度和流动的不均
5、匀性的影响对横流换热器的瞬态响应。瞬态性能模型瞬态性能模型目前的研究工作中提出直接从参考文献5图 1 描述了一个示意图在这项研究中考虑的单程横流式热交换器。流体a和流体b通过固体间壁换热，两种流体的流向对另一个流体的流向都是无影响的。一般情况下，流体a或流体b的命名是完全任意的。然而在本文中，为了方便定义流体a，因此流体a的容积率小于或等于流体b。这里提出某种流体能够实现进口温度或/和质量流量的变化。考虑到几种可控制的情况，本文是在限定的几种情况下，一种进口流体在发生改变的情况下，而另一种流体的进口情况在一定时间内是保持不变的。这种限制是不需要强加的，在参考文献8中，就考虑了另外几种例子，它们
6、的两种流体的瞬态进口条件都是同时发生改变的。本文考虑另一种假设，所列条件和参考文献5相同，它们如下：（1）两种流体和间壁的热物理性质都是均匀恒定的，（2）两种流体在通道中不会混合，（3）流体中无相变，（4）流体之间没有内部热量关系（5）换热器不与周围环境发生热交换（6）两种流体的温度不在固体间壁的正常方向上发生变化，这表明流体和间壁的温度变化时二维的，（7）传热膜系数是一种单独功能随着流体速度的变化同事发生变化的，和（8）污垢热阻的影响是可以忽略的。容量速率比率可表示为传热热阻是根据间壁另一边的对流传热环境来定义的，也就是每个参考文献5中的扰流都可以用定义在任何时间 t 质量流量的比率都是初始
7、时间的水平，也就是3当充分发展到湍流流动状态时，传热系数与质量流量成正比。因此，在任何时间 t 的系数被定义为5图.1 横流换热器的有限差分表格和其中的常数 被认为是 0.8，这是典型的湍流流动。应用上述假设，被保护的两种流体热量和固体间壁可表示如下5：4在方程（6）-（8）中，Va 和 Vb 的值表示两种流体的电容比率；完整的详细信息请参考文献8。设 表示在任意时刻和位置流体或换热间壁的温度。在这种情况下，无量纲温度是这样定义的2无量纲时间定义为2 表示在很短的时间内。传热单元的初始值可表示为任意时刻 t 的传质单元数可表示为2整理上述方程，结果得根据参考文献5，在进口流体质量流量发生变化后
8、，换热器的无量纲长度量为：给出了同理5在时间 t-0 时，假设换热器处于稳定状态，因此就得出无量纲温度为起初，两种流体都有一个稳定的质量流量，因此，在时间 t 趋于 0 时假设的时间函数是一种质流流量的扰动进口流体，那么在任何 t0 的时1刻，流体的阶跃变化速率为具有扰动作用的两种不同的一般性流体，如果是扰动进口流体 a 的进口1温度，那么在任何 t0 的时刻，流体的阶跃变化温度为换热器的进口流体 b 的温度是已知恒定的，那么在任何 t0 的时刻在推导公式（21）、（22）的情况下，流体 b 经过改变进口温度而流体 a的进口温度是恒定不变是简单情况下。通过边界初始条件和公式（18）到（22）可
9、得出时间趋于无穷大时的换热器性能。方程（6）到（8）可用一个暗含的有限中心差分法求解。时间的瞬态分析取时间间隔为 0.05，面积的瞬态稳定性分析取网格间距为 100*100.根据参考文献8，在这种情况下该模型具有参考网格独立性。网格的拆分计对计算温度是没有明显差异的。同样的，进一步降低时间长度尺寸对温度的计算也是没影响6的，即使在时间趋于 0 时。这种暗含有限差分法的一个很大优势就是它在任何时间内都是稳定均匀的。稳态性能模型稳态性能模型稳态性能模型的一个目的就是为了验证在时间趋于无穷大时的瞬态性能模型。稳态性能模型的另一个目的就是提供一个输入，使得在某种考虑的情况下，换热器的进口质量流量发生变
10、化，而进口温度保持不变。根据参考文献8，如果流体 a 在发生质量流量改变后的最小容积率，稳态温度和换热间壁在连续的网格位置应用有限差分方程；参考图 1：某种情况下7图 2.当流体 a 的进口流体温度发生阶跃变化时，流体 a 和流体 b 的出口平均温度同样，假设流体 a 在流动速率发生扰动后的最大体积流量，两种流体的稳态温度在连续的网格位置就可表示为8：在这种情况下，间壁的稳态温度在网格位置就可以再次用公式（25）表示出来。公式（23）到（28）能够解决同种边界条件的瞬态分析。这些公式能够计算出流体 a 和流体 b 在连续网格位置的稳态温度。通过出口平均温度就能得出稳态换热器的性能。图 3 流体
11、 a 的进口温度阶跃改变加上流量的阶跃改变下的平均出口温度结论结论根据部分描述瞬态性能模型和稳态性能模型的概念和公式，研究和验证瞬态有限差分的显性单程换热器。通过特征值的范围，比较从瞬态性能模型得到8的稳态结果和从时间趋于无穷大时的稳态性能模型得出的结果，来研究换热器的瞬态性能。观察出的各种突出情况将在下面进行讨论。图 2 描述了瞬态性能模型的平均出口温度，它是由进口温度发生阶跃改变时的无量纲时间在传热单元数（NTU）的不同整体。在这种情况下，假设两种流体都处于稳态质量流量。将瞬态性能模型得出的结果与文献1分析出来的结果相比较。在文献1中的流体温度，通过有限差分模型呈现的分离点和温度显示成实线
12、。图 2 显示，从目前的有限差分法得出的结果与分析文献1的途径得出的结果是非常相同的，因此，更验证了瞬态有限瞬态性能模型。图 3 和图 4 描绘了从瞬态性能模型计算出的出口平均流体温度的无量纲时间，由于流体 a 进口温度的阶跃改变加上流动速率的阶跃改变。这些案例所涉及的情况下，在改变流体进口条件以前。在每个实例中，流体 a 显示瞬态反应都需要一个时间差，这时出口流体的温度的改变还没有初步显现。滞后时间的变短就会导致阶跃变化的流量比增大。根据图 3，流体 a 的温度反应本质上是瞬时的。相反，流体 b 的温度响应总是瞬时。这是因为出口温度的阶梯式流体表现出明显的变化，它是流体 a 温度扰动的传播在
13、整个换热器长度所必需的。流体 b 的出口温度随之变化，因为流体在换热器的出口毗邻阶梯式流体。由于流体 a 扰流的增加，流体的出口稳态温度也将增加。可能出现的情况，流体 a的最初的最小容积率可以成为最大容积率流体的，流体 a 流量变化后得到加强。这种影响很明显是按流体 b 的温度反应表现在图 4 中，在这种条件下，；流体b 的出口稳态温度随着流体 a 的质量流量的扰动的增强而降低。表 1 给出的比较稳定状态下的瞬态性能模型和稳态性能模型。从表 1 中，可以看到从瞬态性能模型得到的结果和稳态性能模型基本上是相同的，从而确信无疑的支持在瞬态有限差分性能的模型。9图 4 在进口流体 a 的温度和流动速
14、率的阶跃改变时的出口流体 b 的平均温度表 1 在流体 a 的进口温度和流动速率发生阶跃改变下的出口流体平均温度在图 3 和图 4 之中观察到的结果之间的差异是一致的，在这些相同情况下可参考文献5。然而，在参考文献5的稳态结果没有和它相匹配的这里所描述的在稳态性能模型的结果。因此，参考文献5提出的结果的有效性是有问题的，所以不能复制应用到本文中。图 5 和图 6 说明了当流体 b 的进口温度和流动速率发生阶跃改变时，流体b 的出口无量纲时间平均温度也将发生改变。在这种情况和条件下，进口流体条件发生改变以前。再次，他很显然的说明了阶跃流体 b 的瞬态反应产生了延迟。图 3 和图 4 所描述的换热
15、器瞬态反应，既当流体 a 的进口条件经过阶跃改变，值得注意的是它不同于图 5 和图 6 所说明的情况，既流体 b 的进口条件发生改变。这个观察十分有效的说明了最终体积速率发生改变的情况都是相同的。10除过特殊位置的特殊情况。在这种情况下，流体 a 的进口温度的阶跃改变等同于流体 b 的进口温度的阶跃改变，除过它们各自的温度标号 a 和 b 的改变。图 5 当流体 b 的进口温度和速率发生阶跃改变时，流体 a 的出口平均温度图 6 当流体 b 的进口温度和速率发生阶跃改变时，流体 b 的出口平均温度11图 7 和图 8 描述的流体的平均出口温度通过瞬态性能模型绘制的无量纲函数，在没有任何温度扰动
16、时，流体 a 的阶跃流量变化的时间，在它特定的初始条件下。为了更加简洁，相应的情况下，流体 b 的阶跃质量流量改变是未知的，这些都引自参考文献8。在每个例子中，都是通过稳态性能模型的方式来分步计算换热器的温度，从而用来估计瞬态性能模型的初始温度。特殊情况下，也就是一种可忽略的情况下流动速率没有发生阶跃改变，例如稳态性能换热器一致保持流体进口温度不变。流体 a 和流体 b 的瞬态反应时是瞬时的，因为两种流体是图 7 当流体 a 不存在温度扰动而流量速率发生阶跃改变时的出口流体 a 的平均温度12图 8 当流体 a 不存在温度扰动而流量速率发生阶跃改变时的出口流体 b 的平均温度假设不可被压缩的，而且两种流体通过换热器时，和间壁存在一个初始温度变化。一般情况下，能够观察到在高流速时的扰流，在达到稳态阶段条件下的时间是十分短暂的，正是由于流体 a 的短暂停留
