Название: Компьютерное моделирование теплофизических процессов - Методические указания (А.В. Чичиндаев)

Жанр: Информатика

Просмотров: 921


Лабораторная работа № 8 расчет процесса охлаждения влажного воздуха (часть 2)

 

Цель работы – рассчитать процесс охлаждения влажного воздуха при заданных параметрах: температуре, давлении и влагосодержании; исследовать влияние параметров влажного воздуха на процесс охлаждения.

Задание к работе: 1) набрать текст программы (файл R7U.FOR);

2) отредактировать программу и создать исполняемый файл R7U.EXE;

3) просчитать программу согласно исходным данным (файл R7U.REZ);

4) оформить отчет.

8.1. Общие положения

8.1.1. Основные понятия

Ниже предложена программа для расчета процесса охлаждения влажного воздуха в горячем тракте любого теплообменника. Образующаяся в нем влага содержится в виде пленок и крупных капель с диаметрами более 100 мкм, замерзающими в области околонулевых температур. Это приводит к существенному отклонению температуры влажного воздуха в сравнении с расчетом, выполненным для аэрозольной влаги в турбохолодильнике (работа № 7).

С целью проведения сопоставления в программе рассчитываются текущие значения температур, как по "сухому", так и по "мокрому" варианту аналогично предыдущей работе и в том же интервале исходных данных. В заключение работы производится сравнение процессов охлаждения влажного воздуха по обоим вариантам.

8.1.2. Краткая характеристика работы

В настоящей работе производится расчет температуры сухого T1 и влажного TK воздуха в процессе их одинакового охлаждения в заданном интервале изменения текущей температуры t при некоторых значениях абсолютного давления P и влагосодержания d. В заключение работы на графике работы № 7 строится дополнительная зависимость TK = f(t), полученная в настоящей работе.

8.2. Методические указания

8.2.1. Описание программы

Программа расчета процесса охлаждения влажного воздуха в настоящей работе отличается от предшествующей на величину подпрограммы UTK и строк вызова этой подпрограммы в управляющей подпрограмме OX1, выделенных жирным шрифтом. Текст подпрограммы UTK идентичен приведенному в прил. 2 за исключением выделенной жирным шрифтом строки, относящейся исключительно к маркировке этой программы: UTK R7U.

Ввод и вывод данных совпадает с работой № 7.

8.3. Текст программы (файл R7U.FOR)

Приведен в работе № 7.

8.4. Варианты заданий

Используются варианты из работы № 7. Значение ключа IRT в настоящей работе равно IRT=1.

 

Материалы работы подготовлены при финансовой поддержке ФЦП Министерства образования Российской Федерации по направлению "Фундаментальные исследования в области технических наук" (шифр гранта Т02-01.2-3663), Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки" ("Интеграция", проект № Б0097).

 

Литература

1. Дьяченко Ю.В., Спарин В.А., Чичиндаев А.В.  Системы жизнеобеспечения летательных аппаратов: Учеб. пособие для студентов вузов / Под ред. Ю.В. Дьяченко – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. – 512 с. – (Серия "Учебники НГТУ").

2. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение: Учебник для вузов / Под ред. В.Н.Богословского. – М.: Стройиздат, 1985.– 367 с.

3. Михайловский Г.А. Термодинамические расчеты процессов парогазовых смесей. – М.;–Л.: Машгиз, 1962.– 184 с.

4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.– М.: Энергия, 1977. – 344 с.

5. Прохоров В.И.  Системы кондиционирования воздуха с воздушными холодильными машинами. – М.: Стройиздат, 1980. – 161 с.

6. Программирование: Лаб. раб. и метод. указ. для I-II курсов ФЛА (спец. 070200, 270200, 210200) заоч. отд. / Сост. А.В. Чичиндаев – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. – 44 с.

7. Теплопередача: Учебник для вузов / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с.

8. Шустров Ю.М., Булаевский М.М. Авиационные системы кондиционирования воздуха: Учеб. пособие для студентов авиационных специальностей вузов.– М.: Машиностроение, 1978. – 160 с.

9. Чичиндаев А.В. Оптимизация компактных пластинчато-ребристых теплообменников: Учеб. пособие для студентов авиац. вузов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. – 400 с. – (Серия "Учебники НГТУ").

 

Приложение 1

***** TSV ***** TSV ***** TSV ***** TSV ***** TSV *****

SUBROUTINE FCPV(T1,P1,T2,P2,D0,ID,CPX)    

  4      D1=DA(P1,T1,100.)         

D2=DA(P2,T2,100.)          

TCR=(T1+T2)/2.          

PCR=(P1+P2)/2.          

IF(D0.LE.D1) GOTO 2         

D1L=(D0-D1)*AL(T1,P1,ID)        

D2L=(D0-D2)*AL(T2,P2,ID)        

CPL=RL(TCR,PCR)*(D1L-D2L)/(T2-T1)*1.E-3    

IF(D0.LT.D2) D2=D0         

  3      CPK=RK(TCR,PCR)*(D2-D1)/(T2-T1)*1.E-3    

GOTO 1            

  2      CPL=0.            

CPK=0.            

  1      CPV=CPB(TCR,PCR,D0,ID)        

CPX=CPV+CPK+CPL          

RETURN            

END             

FUNCTION CPB(T,P,D0,IRT)        

IF(T.GE.0.) CP=1.005         

IF(T.LT.0.) CP=1.009         

IF(T.LE.(-10.)) CP=1.013        

D=DA(P,T,100.)          

IF(D.LT.D0) DP=D          

IF(D.GE.D0) DP=D0         

DL=(D0-DP)*AL(T,P,IRT)        

DG=D0-DP-DL           

CPB=CP+1.8068E-3*DP+4.1868E-3*DG+2.0934E-3*DL  

RETURN             

END             

FUNCTION DA(P,T,FI)         

IF(T.GE.0.) PH=0.611*10**((7.5*T)/(237.3+T))   

IF(T.LT.0.) PH=0.611*10**((9.02*T)/(253.+T))   

PH1=PH*FI/100.          

DA=622.*PH1/(P-PH1)         

RETURN            

END             

FUNCTION RL(T,P)          

RL=334.944           

RETURN            

END             

FUNCTION RK(T,P)          

RK=2500.            

RETURN            

END             

FUNCTION AL(T,P,IRT)         

IF(IRT.GT.1) T0=(-15.)        

IF(IRT.GT.1) EPS=(-25.)        

IF(IRT.LE.1) T0=0.         

IF(IRT.LE.1) EPS=(-0.1)        

IF(T.GE.T0) AL=0.         

IF(T.LT.T0) AL=(T-T0)/EPS       

IF(T.LE.(T0+EPS)) AL=1.        

RETURN            

END             

***** TSV ***** TSV ***** TSV ***** TSV ***** TSV *****

 

Приложение 2

*****************************************************

*** ПОДПРОГРАММА УТОЧНЕНИЯ ИСХОД. ДАННЫХ **

*** ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В РАБОТАХ: № 3 – № 8                     **

*****************************************************

          SUBROUTINE UID(IO)

          COMMON/DAN/T0,TO,N,D0,P1,IRT

          PRINT 1

          DO 99 I=1,10

          PRINT 2,T0,TO,N,D0,P1,IRT

          PRINT 3

          READ 4,IO

          IF(IO.EQ.0) GOTO 100

          IF(IO.EQ.1) GOTO 100

          PRINT 6,T0,TO,N,D0,P1,IRT

          READ 8,T0,TO,N,D0,P1,IRT

 99     CONTINUE

100    CONTINUE

C       FORMATNYJ BLOK

  1      FORMAT(1X,60(1H-),1H./

     *' ПРОГРАММА УТОЧНЕНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ UID     :'/

     *' ПРОГРАММА ЗАПРАШИВАЕТ УПРАВЛЯЮЩИЙ СЧЕТЧИК IO,  ОБОЗНАЧАЮЩИЙ:

     *'                     0 - ВЫХОД ИЗ ПРОГРАММЫ;

     *'                     1 - ВЫПОЛНИТЬ РАСЧЕТ;      

     *'                     2 - СМЕНИТЬ ПАРАМЕТРЫ.      

     *'  1X,60(1H-),1H:)

  2      FORMAT(1X,60(1H*)/

    *' ИСХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ '/

    *'  T0,C TO,C N D0,г P,кПа IRT  '/

    *'  1X,F5.1,F5.1,I4,F5.1,F6.1,I4/

    *' 1X,60(1H*))

  3      FORMAT(/' ВВЕДИТЕ ЖЕЛАЕМОЕ ЗНАЧЕНИЕ IO = '$)

  4      FORMAT(I2) 

  6      FORMAT(

   *'    ВВЕДИТЕ НОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ '//

   *'    Т0,C TO,C N D0,г P,кПа IRT  '/

   *'    1X,F5.1,F5.1,I4,F5.1,F6.1,I4/1H+$)

  7      FORMAT(1H+,' '$)

  8      FORMAT(F5.1,F5.1,I4,F5.1,F6.1,I4) 

          RETURN

          END

*************************************************

*** ПОДПРОГРАММА ПЕЧАТИ РЕЗУЛЬТАТОВ     ***

*** ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В РАБОТАХ: № 5 - № 8           ***

*************************************************

          SUBROUTINE PR

          COMMON/DAN/T0,TO,N,D0,P1,IRT

          COMMON/REZ/B(7,100)

          PRINT 6

  1      CONTINUE

          WRITE (50,2) P1,D0,IRT

  2      FORMAT(

     *'  1X,' ТАБЛИЦА КОНЕЧНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ОВВ 1 : P=',

     *'  F5.0,'КПА, D0=',F4.0,' ГР/КГ.'/

     *'************** IRT = ',I3,' ************'/

     *'  1X,66(1H-)/

     *'  1X,'I NN I T1, C I CPV(C), I CPX(M), I',

     *' Q,KBT I TK, C I (TK-T1) I'/

     *'  1X,'I ПП I "СУХАЯ" I КДЖ/КГ*КI КДЖ/КГ*КI',

     *' ПО CPV I "МОКРАЯ"I ГРАД. I'/

     *'  1X,'I----I',6(9(1H-),1HI))

          Z0=0.

          DO 4 I=1,N

          PRINT 5,I

          WRITE (50,3) (B(I1,I),I1=1,7)

          Z=Z0+I

          IF(Z.EQ.10.) WRITE(50,7)

          IF(Z.EQ.10.) Z0=(-1.)*I

  3      FORMAT(1X,1HI,F4.0,1HI,6(F8.3,' I'))

  4      CONTINUE

  5      FORMAT(1H+,'FILE R5U.REZ :',I4,' \%'$)

  6      FORMAT(1H ,'FILE R5U.REZ :')

  7      FORMAT(' I----I',6(9(1H-),1HI))

          RETURN

          END

*****************************************************

*** ПОДПРОГРАММА УТОЧНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ  ***

*** ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В РАБОТАХ: № 6 - № 8                   ***

*****************************************************

          SUBROUTINE UTK(I,T1,T2,TK)

          COMMON/DAN/T0,TO,N,D0,P1,IRT

          COMMON/REZ/B(7,100)

          DIMENSION QZ(101),TZ(101),CPZ(101)

          P2=P1

          TSHZ=(T2-T1)/10.

          QZ(1)=0.

          TZ(1)=0.

          CPZ(1)=0.

          T20=T2

          CPV=CPB(T2,P2,D0,IRT)

  16    CONTINUE

          DO 12 J=2,11

          T2Z=T20-TSHZ*(J-2)

          T1Z=T2Z-TSHZ

          TZ(J)=T1Z

          CALL FCPV(T1Z,P1,T2Z,P2,D0,IRT,CPXZ)

          QZ(J)=QZ(J-1)+TSHZ*CPXZ

          CPZ(J)=QZ(J)/(T2-T1Z)

          DQ=1.-QZ(J)/B(5,I)

          PRINT 14,I,J,TZ(J),CPZ(J),DQ

  14    FORMAT(1H+,' UTK R7U :',I4,' \%',I4,3(F8.3))

          IF(ABS(DQ).LT.0.01) GOTO 13

          IF(DQ.GE.0.) GOTO 12

          TSHZ=TSHZ/10.

          QZ(1)=QZ(J-1)

          T20=T2Z

          CPZ(1)=CPZ(J-1)

          GOTO 16

  12    CONTINUE

  13    CONTINUE

          CPX=CPZ(J)

          TK=TZ(J)

          B(4,I)=CPX

          RETURN

          END

 

Приложение 3

Контрольные вопросы по курсу

 1. Классификация ТА.

 2. Схемы продувки авиационных ТА.

 3. Особенности конструкции КПРТ.

 4. Принцип действия КПРТ

 5. Способы интенсификации теплоотдачи.

 6. Проблемы моделирования процесса теплопередачи в компактном теплообменнике с  двухфазным теплоносителем.

 7. Дифференциальные уравнения энергии.

 8. Общие подходы к решению системы уравнений.

 9. Основные определения для теплоемкости.

10. Математическая модель расчета тепломассообмена в трёхфазном потоке водного аэрозоля.

11. Математическая модель расчета тепломассообмена в трехфазном пограничном слое.

12. Влияние на теплопередачу участка тепловой стабилизации.

13. Влияние на теплопередачу тепломассообмена в теплоносителях.

14. Особенности теплопередачи в области положительных температур.

15. Особенности теплопередачи в области отрицательных температур.

16. Высаждение влаги в линии низкого давления.

17. Высаждение влаги в линии высокого давления.

18. Схема и принцип работы конденсатора.

19. Поля температур в конденсаторе.

20. Конденсация влаги в горячем тракте.

21. Испарение тумана в холодном тракте.

22. Особенности теплообменника-конденсатора скв.

23. Классификация ВИТ по температуре теплоносителя.

24. Классификация ВИТ по способу образования капель.

25. Классификация ВИТ по конструктивному исполнению.

26. Описание форсуночного ВИТ.

27. Описание модели расчёта форсуночного ВИТ.

28 Исследование работы воздухо-жидкостного теплообменника.

29. Эффективность воздушно-испарительного охлаждения.

30. Методика расчета теплопередачи конденсатора.

31. Методика расчета поля температур конденсатора.

32. Пример проверочный расчет конденсатора.

33. Определение влагосодержания.

34. Определение температуры точки росы во влажном воздухе.

35. Определение теплоемкости во влажном воздухе (часть 1).

36. Определение теплоемкости во влажном воздухе (часть 2).

37. Расчет процесса нагрева во влажном воздухе (часть 1).

38. Расчет процесса нагрева во влажном воздухе (часть 2).

39. Расчет процесса охлаждения во влажном воздухе (часть 1).

40. Расчет процесса охлаждения во влажном воздухе (часть 2).

Приложение 4

Содержание контрольной работы

Контрольная работа состоит из четырех задач и двух теоретических вопросов. Цель – закрепление навыков программирования на языке Фортран по основным его конструкциям, а также изучение особенностей теплофизических процессов во влажном воздухе. Конкретный набор задач зависит от предмета и курса и задаётся преподавателем на установочной лекции. Условия задач описаны в лабораторных работах № 1...8. В соответствии с ними и методическими указаниями по лабораторным работам необходимо разработать алгоритмы, написать тексты программ на языке Фортран.

Задача № 1. Определение влагосодержания (Л.Р. № 1).

Задача № 2. Определение температуры точки росы (Л.Р. № 2).

Задача № 3. Определение теплоемкости (часть 1) (Л.Р. № 3).

Задача № 4. Определение теплоемкости (часть 2) (Л.Р. № 4).

Задача № 5. Расчет процесса нагрева (часть 1) (Л.Р. № 5).

Задача № 6. Расчет процесса нагрева (часть 2) (Л.Р. № 6).

Задача № 7. Расчет процесса охлаждения (часть 1) (Л.Р. № 7).

Задача № 8. Расчет процесса охлаждения (часть 2) (Л.Р. № 8).

Теоретические вопросы выбираются из Приложения 3 в соответствии с шифром студента (первый вопрос – по последним цифрам шифра, второй вопрос – соответствующий номер с прибавлением цифры 20). Основная часть вопросов сформирована по работе [9].

Приложение 5

СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.  ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА

Таблица П.5  1.1

Физические свойства сухого воздуха при давлении 101,325 кПа

t,

°С

ρ,

кг/м3

сp,

кДж/кгК

λ·102,

Вт/мК

α·106,

м2/с

μ·106,

Нс/м2

ν·106,

м2/с

Pr

–50

1,584

1,013

2,04

12,7

14,6

9,23

0,728

–40

1,515

1,013

2,12

13,8

15,2

10,04

0,728

–30

1,453

1,013

2,20

14,9

15,7

10,80

0,723

–20

1,395

1,009

2,28

16,2

16,2

12,79

0,716

–10

1,342

1,009

2,36

17,4

16,7

12,43

0,712

0

1,293

1,005

2,44

18,8

17,2

12,28

0,707

10

1,247

1,005

2,51

20,0

17,6

14,16

0,705

20

1,205

1,005

2,59

21,4

18,1

15,06

0,703

30

1,165

1,005

2,67

22,9

18,6

16,00

0,701

40

1,128

1,005

2,76

24,3

19,1

16,96

0,699

50

1,093

1,005

2,83

25,7

19,6

17,95

0,698

60

1,060

1,009

2,90

27,2

20,1

18,97

0,696

70

1,029

1,009

2,96

28,6

20,6

20,02

0,694

80

1,000

1,009

3,05

30,2

21,1

21,09

0,692

90

0,972

1,009

3,13

31,9

21,5

22,10

0,690

100

0,946

1,009

3,21

33,6

21,9

23,11

0,688

120

0,898

1,009

3,34

36,8

22,8

25,45

0,686

140

0,954

1,013

3,49

40,3

23,7

27,80

0,684

160

0,815

1,017

3,64

43,9

24,5

30,09

0,682

180

0,779

1,022

3,78

47,5

25,3

32,49

0,681

200

0,746

1,026

3,93

51,4

26,0

34,85

0,680

250

0,674

1,038

4,27

61,0

27,4

20,61

0,677

300

0,615

1,047

4,60

71,6

29,7

48,33

0,674

Оконан