组件 25：空气预热器

本主题中

组件 25：空气预热器

规格

管道连接
1	主要进口（冷流，内部管道）
2	主要出口（冷流，内部管道）
3	次要进口（热流，外部管道）
4	次要出口（热流，外部管道）
5	KAN 的控制入口（H）

通用用户输入值用户输入值应用物理公式显示示例

通用

该组件主要帮助建立气体介质之间的热交换器模型。也可以用于液体（水、油）和固体（煤）。当该组件用于水时，必须注意没有考虑相变。

在这个组件，只考虑热交换，而不考虑材料交换。为了模拟空气预热器中的正常泄露，在空气预热器之前要集成一个质量流量分支，例如 5%。

辐射损失可以在参考损失系数的帮助下进行建模。

在设计情况中，可以指定上端或下端温度差（见换热器概述）。

为此，EBSILONProfessional 计算 k*A 的标称值 KAN。然而，这只能在对流运行中才能实现。在直流操作情况下，必须指定 KAN，并且该组件必须在非设计计算模式中使用。

用于控制组件属性的逻辑进口（连接点5）

（另见: 编辑组件 --> 端口）

为了使组件属性如效率或传热系数（变化量）能够从外部访问（用于控制或调节），可以将各自的数值作为一个标注测量值（规格值 FIND）放在辅助线上。
在组件中，同样的标注标号作为规格值 IPS 输入。

也可以把这个值放在直接连接到组件的逻辑线上（参见 FVALKA = 2, 变量： KAN, 规格：焓）。

这样做的好处是，配置在图形上是可见的，从而避免了错误（如复制时）。

模型：

关于适用于大多数常见热交换器的通用注意事项的更多信息（参见换热器概述）。

非设计计算的（k*A）值是由设计计算的（k*A）值乘以修正系数得出的，修正系数由一条或多条特征线决定。特征线的修正表明主要和次要质量流量的 k 值依赖性。这些特征线可以通过适配多项式或内核表达式进行修正或替换。控制是通过标志 FADAPT 来实现的。

停用热交换器而不把它从连接处移走的最简单方法是设置 FFU = 关闭。然而压力损失要计算在内。

如果指定了终端温差，重要的是，根据热值（M*cp），上端或下端温差会得到正确的结果。

当使用复杂循环布置换热器时，往往很难成功地跟踪所有终端温差的设置。由于不运行的热交换器会导致其它热交换器出现错误，经常会出现一系列的错误信息。为了避免这种情况的发生，可以输入（k*A）代替终端温差。这可以在设计模式下通过使用"局部非设计"模式来实现。（k*A）的输入总是会导致物理上可能的结果。

该组件有两种识别模式：T2 - 默认（FIDENT = 2）和 T4 - 默认（FIDENT = 4）。基于这个默认值，k*A 在所有的负荷情况下被计算。在设计情况下，不使用终端温度差，在非设计模式下，不使用 KAN 和特征线。

对于这种热交换器，可以从外部指定压力（P2，P4）。
也可以使用标志 FVOL 来决定非设计压降的计算是只考虑质量流（不可压缩流体的近似值）还是质量流和体积流。

热交换器夹点违规：（见"换热器概述"）

到版本10为止，非设计中的夹点违规只在后续才被检测到。根据特定的负荷情况，计算出 KA 和相应的传热量。之后，检查该热量是否能在正确的温度水平上转移。在蒸发或凝结的情况下，尽管有供热或排热，但温度保持不变，而且即使整体平衡是正确的，也可能发生热传递在物理上是不可能的情况。在这种情况下，Ebsilon 会生成一个错误信息。

现计算发生如下更新，传递的热量被减少到了在物理上可能的范围之内，为此最小的夹点可以被设定为一个规格值 PINPMIN。这就导致了相应地减少了 KA。
用户会收到一条警告信息（"降低 KA 以避免违反夹点"），然后可以调整 KA 的非设计特征线或非设计指数，直到使警告不再出现。然而这样做的好处是，在每一种情况下都能得到一个物理上可能的结果。

此外，在计算结束时要检查是否存在由于 Q（T）趋势的曲率而导致的夹点违规，这是由 cp 随温度的显著变化引起的。这可以通过将热交换器分割成不同的部分来再现。
例如，当热流进口处的比热 cp 比出口处的小得多时，这种情况就会发生（比如蒸汽在远离过热区处的 cp 约为2kJ/kgK，但在饱和线附近为 5）。这意味着这种蒸汽在较低的温度水平上比在较高的温度水平上可以提供更多的热量。在终端温差较小的情况下，这种效应可能会成为传热的一个限制。
QT 图表考虑了无相变区域的非线性（曲线的曲率）。

标志 FSPEC （已弃用）已被分为两个标志：

FSPECD 表示以何种方式设计组件
FIDENT 用于激活组件识别模式，即根据温度规格来确定各自的组件条件。

注意：

当加载一个用第 11 版（或更早）创建的模型时，FSPECD 和 FIDENT 的相应值是由标志 FSPEC 的值决定的，并且 FSPEC 被设置为"无效"（-999）。然后模型会计算出相同的结果值。然而，如果需要，标志 FSPEC 也仍然可以被使用。在已有的 EbsScripts 中将 FSPEC 切换到识别模式，EbsScripts 将继续工作。如果 FSPEC 不是为"无效"（-999），而是数值为 -4 或 -5 （识别模式的旧值），那么新的标志 FIDENT 将被忽略，并且组件将根据 FSPEC 的设置进行操作（这将在注释中指出）。

为了消除歧义，在输入屏幕中，"主要侧"和"次要侧"分别被"冷侧"和"热侧"所取代。冷侧（以前的"主要侧"）是指从引脚 1 到引脚 2 被加热的流量。热侧（以前的"次要侧"）是指从引脚 3 到引脚 4 发出热量的流量。

并流情况下的设计：（见"换热器概述"）

在换热器（组件 25）中，在同时流动（FFLOW = 1）的情况下，也可以通过上、下端温度差来进行设计。
如果两个进口温度都被指定，那么上端温度差只能通过迭代来确定。通常情况下这没有问题。如果在更复杂的模型中出现收敛问题，就必须使用另一种设计模式。

实效方式

空气预热器（组件 25）可以采用设计的实效方法。与其它热交换器类似，该选项通过标志 FSPECD = 0 来选择。对于组件 25而言，实效计算在换热器计算的背景下，对其他设计方式的也是有效的（然而，在识别模式下不行）。

在此应用结果值 REFF。REFF 是在换热器表面无限大的情况下，实际传输的热量与理论最大值的比率。

在设计工况中，当参考值被接管时，计算的实效也被存储在规格值 EFF 中。

标志 FDQLR

版本13中可以使用 FDQLR 标志来定义如何解释 DQLR （用于模拟热损失的系数）。

关于结果值的说明：

比热容：CP12 / CP34

平均比热容显示为冷侧（CP12）和热侧（CP34）的结果值。

平均比热容来自焓差和温差的商。

然而，如果没有温差（例如在两相范围内或当热交换器关闭时），就不可能计算出这个商数。在这种情况下，只要定义了相应温度下的比热容，就会使用它。否则，结果值为空。

性能系数 RPFHX

从 k*A 的当前值（结果值 KA）和基于组件物理学和特征线得出的相应负荷点的预期值 k*A （结果值 KACL）的商，用于评估热交换器的状况。

KA / KACL 的商被显示为结果值 RPFHX。

类似组件:

更多关于该换热器与其它换热器的比较信息，请参见换热器通用组件。

用户输入值

FSPECD	设计规格方式如父工况（子工况为可选项）表达式 = 0: 实效以 EFF 形式给定 = 1: 下端温度差以 DTN 形式给定 = 2: 上端温度差以 DTN 形式给定 = 4: 给定两个热流温度和一个冷流温度 = 5: 给定两个冷流温度和一个热流温度
FIDENT	组件识别（仅在非设计中）如父工况（子工况为可选项）表达式 = 0: 无识别 = 2: 冷流（T2）的出口温度在非设计中从外部给定，计算 KA = 4: 冷流（T4）的出口温度在非设计中从外部给定，计算 KA 在设计情况下，变量 FIDENT = 2 与 FSPECD = 5 相同，FIDENT = 4 与 FSPECD = 4 相同。为了防止相互矛盾的规格，标志 FIDENT 只在非设计中用于这些组件。请注意：这些组件的特殊性在于，在设计情况下的识别（即从温度规格计算 KAN）是默认的。而其它组件则不然。
DTN	终端温差（标称，见 FSPECD）根据 FSPEC 的值，要输入上端温差（= T3 - T2）或下端温差（= T4 - T1）。并行流量中的 DTN（FLOW）见"通用"
EFF	实效（有效性）
FDP12N	流 12 的压降处理如父工况（子工况为可选项）表达式 = 1: 由 DP12N 计算 = -1: P2 从外部给定
DP12N	冷侧压降（标称）
FDP34N	流 34 的压降处理如父工况（子工况为可选项）表达式 = 1: 由 DP34N 计算 = -1: P4 从外部给定
DP34N	热侧压降（标称）
FVOL	部分负荷压降的标志如父工况（子工况为可选项）表达式 =0: 仅取决于质量流量 =1: 取决于质量和体积流量
FDQLR	热损失处理如父工况（子工况为可选项）表达式 =0: 常数（DQLR * QN 对所有负荷情况） DQLR 对应所有负荷情况下的设计值 QN（等于设计情况下热流放热量），即在所有负荷情况下都是一个恒定的值。但是，如果这个值超过了热流放热量的10%，热损失将被限制在这个值内，并且会有一个警告输出。 =1: 对应实际输入的热量（DQLR * Q354） DQLR 对应热流放热量。如果相应的警告被忽略，超过10%的损失也可以在这里建模。
DQLR	相对辐射热损失（对应 QN）
TOL	内部迭代中能量平衡的最大允许误差
FMODE	计算模式"设计"/"非设计"的标志如父工况（子工况为可选项）表达式 =0: 全局 =1: 局部非设计（即总是非设计模式，即使选择了全局设计模式） =2: 特殊的局部非设计（与早期 Ebsilon 版本兼容的特殊情况，不应在较新的模型中使用，因为实际非设计计算的结果不一致） =-1: 局部设计
FFLOW	流动方向（见"热交换器概述" ）如父工况（子工况为可选项）表达式 =0: 对流 =1: 并流
FADAPT	适配多项式 ADAPT / 适配函数 EADAPT 如父工况（子工况为可选项）表达式 = 0: 关 = 1: kA 的修正系数 [KA = KAN 特征线 * 多项式] = 2: 计算 kA [KA = KAN 多项式] = 1000: 不使用，但 ADAPT 被评估为 RADAPT（减少计算时间） = -1: kA 的修正系数[KA = KAN 特征线 * 函数] = -2: 计算 kA [KA = KAN 函数] = -1000: 不使用，但 EADAPT 被评估为 RADAPT（减少计算时间）
EADAPT	KA 的适配函数
FFU	激活组件的标志如父工况（子工况为可选项）表达式 =0: 换热器停用 =1: 换热器激活
FVALKA	k*A 的校核（仅在非设计中）如父工况（子工况为可选项）表达式 =0: 使用 KAN 而不进行校核 =1: 使用 IPS 给出的伪测量点的 KAN（可校核） =2: KAN 由控制进口5处的焓值给定
IPS	伪测量点的指数
PINPMIN	夹点的最小值（如果夹点会降到低于这个值，KA 会自动减少）
FSPEC （已弃用）	弃用的规格组合开关如父工况（子工况为可选项）表达式 =-999: 未使用（使用 FSPECD 和 FIDENT 来代替它）旧值： =1: 在设计情况下，DTN 被解释为下端温度差（DT41N），在非设计模式下，用特征线进行计算 =2: 在设计情况下，DTN 被解释为上端温度差（DT32N），在非设计模式下，用特征线进行计算 =4: 在设计情况下，T3 和 T4 以及两个温度 T1 或 T2 之一从外部指定，在非设计模式下，用特征线进行计算 =5: 在设计情况下，T1 和 T2 以及两个温度 T3 或 T4 之一从外部指定，在非设计模式下，用特征线进行计算 =-5: 从外部指定 T2（在所有负荷情况下），不使用 DTN 或特征线 =-4: 从外部指定 T4（在所有负荷情况下），不使用 DTN 或特征线
KAN	传热系数 * 面积（标称）
M1N	冷侧质量流量（标称）
M3N	热侧质量流量（标称）
QN	热交换器容量（标称）（Q34N）
V1N	冷侧进口处的比容（标称）
V3N	热侧进口处的比容（标称）

标记为蓝色的数值是非设计计算参考量。在所使用的公式中，实际的非设计值参考这些量。

一般来说，所有的输入需要可见。通常会提供默认值。

更多关于输入域的颜色和描述的信息，请参见编辑组件\规格值。

关于设计值与非设计值以及标称值的更多信息，请参见通用\接受标称值。

特性线

第一特征线 FK1 = f (M1/M1N)

第二特征线 FK2 = f (M3/M3N)

(k*A) / (k*A)N = FK1 * FK2

特征线 1: (k*A)-特征线: (k*A)1/(k*A)N = f (M1/M1N)

     X-轴          1          M1/M1N                     第一点
                        2          M1/M1N                     第二点
                        .
                      N         M1/M1N                     最后一点

     Y-轴           1          (k*A)1/(k*A)N             第一点
                        2          (k*A)1/(k*A)N             第二点
                        .
                        N         (k*A)1/(k*A)N             最后一点

特征线 2: (k*A)-特征线: (k*A)2/(k*A)N = f (M3/M3N)

     X-轴            1          M3/M3N                    第一点
                        2          M3/M3N                    第二点
                        .
                        N         M3/M3N                    最后一点

     Y-轴            1          (k*A)2/(k*A)N             第一点
                        2          (k*A)2/(k*A)N             第二点
                        .
                        N         (k*A)2/(k*A)N             最后一点

物理应用

方程式

设计工况

（模拟标志：

GLOBAL= 设计工况

和

FMODE = GLOBAL）

如果用 FSPEC 给定下端温度差，那么 {

P4 = P3 - DP34N

T4 = T1 + DTN

H4 = f(P4,T4)

M4 = M3

Q4 = M4 * H4

DQ = (Q3 - Q4)*(1-DQLR)

P2 = P1 - DP12N

Q2 = Q1 + DQ

M2 = M1

H2 = Q2/M2

T2 = f(P2,H2)

DTLO = T4 - T1 (对 FFLOW = 对流)

DTUP = T3 - T2 (对 FFLOW = 对流)

LMTD = (DTUP - DTLO)/(ln(DTUP) - ln(DTLO))

KAN = DQ/LMTD

KAN*LMTD = M2*H2 - M1*H1

KAN*LMTD = (M3*H3 - M4*H4)*(1 - DQLR)

}

如果用 FSPEC 给定上端温度差；那么 {

P2 = P1 - DP12N

T2 = T3 - DTN

M2 = M1

H2 = f(P2,T2)

Q2 = M2 * H2

DQ = Q2 - Q1

P4 = P3 - DP34N

Q4 = Q3 - DQ/(1 - DQLR)

M4 = M3

H4 = Q4/M4

T4 = f(H4,P4)

DTLO = T4 - T1 (对 FFLOW = 对流)

DTUP = T3 - T2 (对 FFLOW = 对流)

LMTD = (DTUP - DTLO)/(ln(DTUP) - ln(DTLO))

KAN = DQ/LMTD

KAN*LMTD = M2*H2 - M1*H1

KAN*LMTD = (M3*H3 - M4*H4)*(1 - DQLR)

}

非设计工况

（模拟标志：

GLOBAL = 非设计

或

FMODE = 局部非设计）

F1 = (M1/M1N) ** 2

如果 GLOBAL = 设计, 则 F1=1.0

F3 = (M3/M3N) ** 2

如果 GLOBAL = 设计, 则 F3=1.0

P2 = P1 - DP12N * F1

M2 = M1

FK1 = f(M1/M1N) 来自特征线 1

如果 GLOBAL = 设计, 则 FK1=1.0

FK2 = f(M3/M3N) 来自特征线 2

如果 GLOBAL = 设计, 则 FK2=1.0

KA = KAN * FK1 * FK2

P4 = P3 - DP34N * F3

M4 = M3 + M5

迭代的最大值/最小值 {

H2max = f(P2,T3)

Q12max = M1 * (H2max - H1)

H4min = f(P4,T1)

Q34max = Q3 - M4 * H4min

}

对 FFLOW = 对流 {

Qmax = min(Q12max,Q34max)

}

对 FFLOW = 并流 {

迭代 1 之前评估

QA = min(Q12max,Q34max)

QM = QA*QA/(Q12max+Q34max)

迭代 1 {

H2 = H1 + QM*(1-DQLR)/ M2

T2 = f(P2,H2)

T4 = T2

H4 = f(P4,T4)

QN = Q3 -M4 * H4

DQQ_1 = DQQ

DQQ = QM - QN

regula - falsi 方法 {

Gradient = (QM - QM_1)/(DQQ - DQQ_1)

迭代步骤 1: 上一个全局步骤的梯度

QMN = QM - DQQ * Gradient

QM_1 = QM

QM = QMN

}

DQ = | DQQ/((QM+QN)*.5) |

如果 DQ < TOL, 则结束迭代 1

否则继续迭代

}

Qmax = QM

}

Q12 = 0.5*Qmax

迭代 2{

H4 = (Q3 - Q12/(1-DQLR) )/M4

T4 = f(P4,H4)

H2 = H1 + Q12/M2

T2 = f(P2,H2)

DTLO = T4 - T1 (对 FFLOW = 对流)

DTUP = T3 - T2 (对 FFLOW = 对流)

DTLO = T4 ; T2 (对 FFLOW = 并流)

DTUP = T3 ; T1 (对 FFLOW = 并流)

LMTD = (DTUP - DTLO)/(ln(DTUP) - ln(DTLO))

QQ = KA * LMTD

DQQ_1 = DQQ

DQQ = Q12 - QQ

regula - falsi 方法 {

gradient = (Q12 - Q12_1)/(DQQ - DQQ_1)

迭代步骤 1: 上一个全局步骤的梯度

Q12X = Q12 - DQQ * Gradient

Q12_1 = Q12

Q12 = Q12X

}

DQ = |DQQ /((Q12+QQ)*.5)|

如果 DQ < TOL 则结束迭代 2

否则继续迭代

}

QN = Q3 -M4 * H4

KA*LMTD = M2*H2 - M1*H1

KA*LMTD = M3*H3 - M4*H4 - QN*DQLR

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示例

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