wymiennik ciepła, przegrzewacz pary, modelowanie matematyczne, metoda analityczno-numeryczna, rozkład temperatury
heat exchanger, steam superheater, mathematical modelling, analytical-numerical method, temperature distribution
W rozprawie przedstawiono dwie metody analityczno-numeryczne wyznaczania rozkładu temperatury pary, ścianek rur i spalin w przegrzewaczach pary.
Pierwsza metoda bazuje na rozwiązaniu ścisłym dla jednorzędowego wymiennika krzyżowo-prądowego. Przegrzewacz dzielony jest na objętości skończone, wewnątrz których temperatura pary i spalin określona jest analitycznymi wzorami ścisłymi. Temperatura pary, ścianek rur i spalin może być obliczona w dowolnym punkcie przegrzewacza. Liczba objętości skończonych na długości jednego biegu może być niewielka, aby uzyskać bardzo dobrą dokładność wyznaczania temperatur pary i spalin oraz ścianek rur.
W metodzie drugiej, podobnie jak w metodzie pierwszej, przegrzewacz dzielony jest na objętości skończone. Temperaturę pary i spalin wyznacza się jednak tylko na wylocie z objętości kontrolnej, a temperaturę ścianki w środku objętości kontrolnej. Z modelu matematycznego przegrzewacza, bazującego na metodzie drugiej, wyznaczane są temperatury pary, spalin i rur w węzłach objętości skończonych. Przy niewielkiej liczbie objętości skończonych na długości rur, mniejszej od czterech, dokładność wyznaczania temperatur czynników i rury jest nieco mniejsza niż w metodzie pierwszej.
Dokładność obydwu opracowanych metod zweryfikowano poprzez ich porównanie z metodami analitycznymi ścisłymi.
The study presents two analytical-numerical methods for determining the temperature distribution of steam, tube wall and flue gas in steam superheaters.
The first method is based on an exact solution for a single-row cross-flow superheater. The superheater is divided into finite volumes, inside of which the steam and flue gas temperatures are determined by analytical exact formulas. The temperature of the steam, tube wall and flue gas can be calculated at any point in the superheater. The number of finite volumes along the length of a single pass can be small in order to achieve very good accuracy in the determination of steam and flue gas temperatures and tube wall temperatures.
In method two, as in method one, the superheater is divided into finite volumes. However, the steam and flue gas temperatures are determined only at the outlet of the control volume and the wall temperature at the centre of the control volume. From the mathematical model of the superheater, based on method two, the steam, flue gas and tube wall temperatures are determined at the nodes of the finite volumes. With a small number of finite volumes along the length of the tubes, less than four, the accuracy of the determination of the fluid and tube temperatures is slightly lower than in method one.
The accuracy of both developed methods was verified by comparing them with exact analytical methods.
