МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ПРОМИСЛОВОГО ОБЛАДНАННЯ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 2’2009 17 УДК 66.045.01 Арсеньева О.П., Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Хавин Г.Л. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ РАЗБОРНЫХ ПЛАСТИНЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ Актуальность и постановка проблемы. Пластинчатые теплообменные аппараты (ПТА) явля- ются одним из наиболее эффективных типов теплообменного оборудования. Конструкции, принципы компоновки и методы проектирования этих аппаратов достаточно полно описаны в литературе [1–4]. В сравнении с традиционными кожухотрубными аппаратами, пластинчатые теплообменники компактны и требуют меньших затрат материалов для изготовления поверхности теплопередачи. ПТА имеют ряд пре- имуществ по сравнению с другими типами аппаратов, такие как высокий коэффициент теплопередачи, малые габариты, низкая стоимость, меньшая склонность к загрязнению, изменение поверхности тепло- передачи в одном аппарате, удобство обслуживания, и, что особенно важно для энергосбережения, воз- можность работы с малым температурным сближением – вплоть до 1–2 0 С. Благодаря отличию в конструкции ПТА от традиционных кожухотрубных аппаратов, для их расчетов необходимы несколько другие методы проектирования. Разработка таких методов должна ос- новываться на точных и достоверных математических моделях. Главной задачей при проектировании ПТА является минимизация стоимости теплообменника, зависящая от типоразмера аппарата и поверхно- сти теплообмена (количества пластин), при максимальном удовлетворении проектных данных по мощ- ности и допустимым потерям давления. Для выполнения этих требования существенным образом может меняться компоновка, в том числе увеличиваться число ходов, или в одном аппарате использоваться теп- лопередающие пластины различной гофрировки. Для реализации таких изменений при проектировании теплообменника в настоящей работе сформулирована проблема и предложена математическая реализа- ция поставленной задачи. Математическое моделирование пластинчатого теплообменного аппарата Разборный ПТА состоит из набора гофрированных пластин, расположенных между опорной и прижимной плитами, которые стянуты болтами [4]. Пластины разделены системой уплотняющих про- кладок, которые организуют движение теплоносителей в каналах между пластинами. В многоходовом ПТА пластины сгруппированы таким образом, что они формируют группы параллельных каналов. Одна такая группа соответствует одному ходу, при этом поток проходит через соответствующие хода, как по- казано на рис.1. Температурные перепады в ходах различны и в разных группах каналов может иметь место прямоточное и противоточное движение теплоносителей. Математическая модель ПТА основывается на следующих допущениях:  процесс теплообмена стационарный;  фазовый переход в каналах у теплоносителей отсутствует;  число пластин в аппарате достаточно велико, чтобы при общем смешанном токе не учиты- вать различия в условиях теплопередачи на пластинах, ограничивающих ход теплоносителя;  неравномерностью расхода теплоносителей в коллекторах по отдельным каналам пренебре- гаем.  каждая группа каналов соответствует одному ходу;  потоки полностью смешиваются в соединительных частях коллекторов ПТА. Принимая такие допущения. ПТА можно рассматривать как совокупность одноходовых блоков пластин. Условия для всех каналов в таких блоках идентичны. Компоновка с тремя ходами для горячего теплоносителя 1 ( 3) X  и двумя для холодного теплоносителя 2 ( 2) X  представлена на рис. 2. Площадь теплопередающей поверхности блока   1 2 b F F XX  , где F – общая площадь теплообмена ПТА. Изме- нение температуры горячего теплоносителя для каждого блока – , 1, 2...6. i t i   Общее количество блоков 1 2 b n XX  , число единиц теплопереноса в блоке, рассчитанное для го- рячего потока равно 2 11 b b b UFX NTU Gc  , (1)