Электронная база данных о теплофизических свойствах азота в состоянии насыщения

Электронная база данных о теплофизических свойствах азота в состоянии насыщения

В современных условиях для постановки численного эксперимента и выполнения инженерных расчетов наиболее удобны электронные базы данных, в которых информация о свойствах криопродуктов представлена в виде числовых массивов. Наиболее удобным и общедоступным форматом для представления стандартных данных является редактор Excel. Представление данных в этом формате является относительно простой информационной задачей благодаря тому, что на кафедре криогенной техники СПбГУНиПТ создано необходимое программное обеспечение САПР [16]. «Kriag» позволяет рассчитывать необходимые характеристики азота, в том числе и в состоянии насыщения.

Данные о свойствах криопродуктов в этой области представлены в учебных пособиях [2, 23]. Недостатком данной информации является неудобный (несовременный) формат данных и большой шаг изменения давления. В таблицах приводятся сведения о характеристиках азота при разных давлениях с шагом  0,1 МПа. Таким образом, весь диапазон рабочих давлений производимого в России ёмкостного оборудования описывается всего 4 столбцами массива стандартных данных [2]. Для  организации численного эксперимента необходима более подробная информация об изменении параметров криоагента в области давлений 0-0,25 МПа.

С помощью САПР, «Kriag» для указанной области давлений были выполнены расчёты зависимостей , , и т.д., в которых шаг изменения давления составлял 0,01 МПа.  Расчеты организованы по циклической схеме (рис. 6.11).  Программа задает значения  давления  от  0,01 до 0,25 МПа с шагом 0,01 МПа. Для каждого значения давления рассчитываются параметры насыщенной жидкости (,,, , , )  и пара (, , , , , , ). Полученный результат записывается в двухмерный текстовый массив и сохраняется в памяти компьютера.

Текст программы:

program

common/A1/TS,SG,SL,HG,HL,ROG,ROL

call n2

open (10,file="dannye1",status="old")

do p=0.1,0.35,0.01

ts=fts(p)

rog=crro(p,ts,1)

rol=crro(p,ts,0)

hg=crh(rog,ts)

hl=crh(rol,ts)

sg=crs(rog,ts)

sl=crs(rol,ts)

flag=fla(rog,ts)

flal=fla(rol,ts)

fmug=fmu(rog,ts)

fmul=fmu(rol,ts)

cpg=crcp(rog,ts)

cpl=crcp(rol,ts)

write(10,15)p,ts,rog,rol,hg,hl,sg,sl,flag,flal,fmug,fmul,cpg,cpl

15    format(1x,f12.7,2x,f12.7,2x,f12.7,2x,f12.7,2x,f12.7,2x,f12.7,

2x,f12.7,2x,f12.7,2x,f12.7,2x,f12.7,2x,f14.9,2x,f12.7,2x,f12.7,

2x,f12.7)

print*,'p=',p

print*,'ts=',ts,'rog=',rog,'rol=',rol,'hg=',hg,'hl=',hl,'sg=',sg

print*,'sl=',sl,'flag=',flag,'flal=',flal,'fmug=',fmug

print*,'fmul=',fmul,'cpg=',cpg,'cpl=',cpl

end do

end 

Рис. 6.11. Блок-схема программы по расчетам параметров азота в двухфазной области

Рис. 6.12. График зависимости температуры кипения азота от давления насыщенных паров

Для  иллюстрации результатов расчетов на рис. 6.12 приведен график зависимости температуры кипения азота от давления насыщенных паров.

Аналогичным образом сформированы массивы энтальпий, вязкости, плотности, теплоемкости, тепловодности для насыщенной жидкости и пара.

Наряду с формированием электронной базы данных перевод сведений о теплофизических свойствах азота в формат Excel, позволил получить аппроксимирующие выражения для функций , ,  и т.д. выражения представляют собой полином четвертой степени:

, где z − приведенное давление ; A, B, C, D, Е − константы (см. табл. 6.1). Такое представление результата позволяет использовать их при построении математических моделей в редакторе Excel или других алгоритмических языках (Pascal и т. д.).

Таблица 6.1

Значения констант аппроксимирующей функции для расчета свойств азота на линии насыщения

Наряду с обычными характеристиками криопродуктов в табл. 6.1 приведены данные для расчета степени сухости двухфазного потока, полученного после дросселирования жидкости до атмосферного давления .

 Для расчета величины  использовался тепловой баланс дросселирования:

или

.

 Вычисление  величины степени сухости двухфазного потока имеет важное практическое значение, так как однозначно определяет потери криоагента от дросселирования во время слива криогенной емкости.

 Доля жидкости, потерянная при сливе, численно равна расчетной степени сухости потока после сброса давления:

.

Из табл. 6.2 и рис. 6.13  видно, что в пределах рабочего давления отечественного емкостного оборудования () потери от дросселирования могут превышать 7,5 %.

Таблица 6.2

При традиционной технологии слива избыточное давление в емкости составляет , соответственно .

Рис. 6.13.  Расчетные потери криоагента от дросселирования при сливе из криогенной емкости