Eine allgemeine Berechnungsmethode für Wärmeübertragerschaltungen

Zusammenfassung

Es wird eine allgemeine Methode zur Berechnung beliebiger Wärmeübertragerschaltungen vorgestellt. Wärmeübertragerschaltungen sind gekoppelte Wärmeübertrager, welche von mehreren Prozeßströmen in bestimmten Reihenfolgen nacheinander durchflutet werden. Für die Berechnung ist es günstig, auch einzelne Wärmeübertrager mit kompliziertem Strömungsbild als Schaltung mehrerer, ideal durchströmter Apparate aufzufassen. Die Vorteile dieser Dekomposition bestehen in der höheren Genauigkeit und im geringeren Rechenaufwand für Modelle idealer Apparate. Diesen Vorteilen steht meist der gravierende Nachteil einer iterativen Berechnung der Temperaturen zwischen den idealen Apparaten gegenüber.

Die vorgestellte Methode gestattet erstmals eine iterationslose Berechnung von Wärmeübertragerschaltungen. Das Prinzip dieser Methode basiert auf gekoppelten Matrizengleichungen. Die Modelle sind für beliebige Aufgabenstellungen einfach parametrierbar. Damit ist diese Methode besonders für Variantenrechnungen geeignet.

Die Anwendung dieser Methode erfordert keine spezielle Software. Die Lösung der Modellgleichungen wird mit mathematischer Standardsoftware, wie Mathcad oder Maple, sehr einfach und übersichtlich erhalten.

Abstract

A general method for calculating any heat exchanger network is presented. As heat exchanger networks can be considered as coupled heat exchangers, that are supplied in a predetermined order, it is convenient to consider even a single heat exchanger with complicated flow patterns as a network composed of several ideally-supplied, coupled devices. The advantage of this method lies in its higher accuracy and the use of a simpler calculation formula for an ideal device model. These advantages far outweigh the disadvantages of the arduous iterative type of calculation used to establish the temperature between ideal devices. The presented method allows, for the first time, without using the iterative method, a calculation of heat exchanger networks based upon the principle of coupled matrix equations. These equations are for any given heat exchanger network simply allocated parameters, and therefore this method is especially suited for the calculation of any network modification.

For the application of this method is no special software necessary. The solution of the model equations is obtained very easy and clear with mathematical standard software, e.g. Mathcad or Maple.