На рис. 26 представлена общая блок-схема моделирования теплообменников. Зависимость свойств теплоносителей от температуры мы описали полиномами различных степеней по справочным данным [43,51,56,74,82] с помощью программы ''MathCAD''.
Зависимости вязкости и теплопроводности газовых смесей от температуры получены так же, как описано в алгоритме моделирования синтеза метанола (см. раздел 3.4.1). Для упрощения, в моделях теплообменников все свойства теплоносителей вычисляются при их средней рабочей температуре.
Неизвестный параметр е - это температура на выходе или расход одного из теплоносителей. Задав первое приближение для е, рассчитывали материальный баланс конденсации по алгоритмам, описанным ранее (см. рис. 23,24). Далее вычисляли приход и расход тепла и проверяли сходимость теплового баланса (f = 0). При выполнении условия определяли тепловую нагрузку и среднюю разность температур.
После этого из справочников и каталогов [37,54,78,84] выбирали стандартный теплообменник и проводили проверочный расчет на прочность по методике из [48]. Затем по описанным выше уравнениям (см. раздел 2.4.3) вычисляли коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, необходимую поверхность теплообмена и запас поверхности.
Рис. 26. Блок-схема моделирования теплообменника.
3.5. Общий алгоритм моделирования и его реализация
на ЭВМ.
При построении общего алгоритма моделирования важно правильно организовать передачу данных между отдельными расчетными блоками, т.к. выходные данные одних блоков являются входными для других. Порядок передачи основных данных (расходы, давления, температуры) показан стрелками на структурной схеме построения модели ХТЭС ''по горизонтали'' (см. рис. 10).
Исходные данные для модели совместного производства (регулируемые параметры модели) приняты согласно [1,13,18,81,82]. Список исходных данных с их конкретными значениями приведен в Приложении I.
Результатами моделирования является набор расчетных данных (контролируемые параметры модели), перечень которых без конкретных значений также приведен в Приложении I. Полученные численные значения и зависимости между ними обсуждаются в Главе 4.
Математическая модель совместного производства реализована на ЭВМ в программе ''Microsoft Excel'' в виде отдельной ''книги'' [79]. Каждый алгоритм выполнен на отдельном ''листе'' ''книги'', все ''листы'' взаимосвязаны между собой. Выделены ''листы'' исходных данных и результатов моделирования.
Итерационные вычисления организованы в надстройке ''Поиск решения'', где поиск нужных значений переменных осуществляется методом Ньютона [79]. Относительная погрешность вычислений задается и определена нами величиной 0,001 %.
Отметим, что в контуре синтеза метанола (см. рис. 25) итеративный расчет проводится по 8 параметрам. На каждом шаге итерации выполняется довольно объемный расчет синтеза метанола по слою и расчет конденсации (в свою очередь тоже итеративный). Тем не менее, благодаря четко составленному алгоритму, надстройка ''Поиск решения'' справляется с поставленной задачей.
Выбор табличного процессора ''Microsoft Excel'' обусловлен следующим. ''Excel'' обладает мощным набором математических функций и готовых блоков для решения задач, требующих итеративных вычислений. Все это открывает широкий простор для моделирования сложных технологических процессов силами инженерного персонала, не владеющего методами стандартного программирования.
Дело в том, что многие пользователи, в том числе и автор диссертации, искренне желая применить компьютерное моделирование в своей практической деятельности, сталкиваются с серьезными трудностями при освоении и использовании современных программных средств [39]. Для работы с ними все еще требуются знания, не относящиеся непосредственно к моделированию, а проведение вычислительного эксперимента остается кропотливой и многотрудной работой. Опыт нашей работы показал, что намного проще и быстрее реализовать разработанные алгоритмы с помощью стандартных, совместимых систем типа ''Microsoft Excel'' и ''MathCAD'' , и на их основе создавать уникальные системы расчета и оптимизации ХТЭС.
Мы полагаем, что в результате нашей работы создан прототип универсального пакета из стандартных модулей, ориентированный на пользователя, не являющегося специалистом в области программирования и численного моделирования. Мы считаем, что наш продукт – компьютерная модель - действительно является простым и удобным инструментом для инженера и научного работника.
Выводы по главе:
1. В главе 3 описаны алгоритмы, которые применены при моделировании совместного производства аммиака и метанола, но которые, по нашему мнению, могут быть использованы при математическом моделировании во многих комплексных ХТЭС. Общий алгоритм складывается из алгоритмов более низкого уровня, описывающих отдельную стадию производства или отдельный аппарат. Предложенные алгоритмы моделирования позволяют достаточно просто реализовать сложные математические модели на ЭВМ.
2. Показано, что модель достаточно просто реализуется в ''Microsoft Excel'' без необходимости разработки специальных программ. Особое внимание уделено организации итерационных вычислений, что позволяет рассчитывать материальные и тепловые балансы в достаточно сложных технологических системах с многочисленными рециклами.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.