"""
U9.3 V protiproudém deskovém výměníku tepla se horkými spalinami (hmotnostní tok 1,2 kg s−1) předehřívá vzduch pro
provozní sušárnu. Výměník se skládá z desek obdélníkového tvaru o rozměrech 740 × 320 mm2, vyrobenými z ocelového plechu
tloušťky 0,3 mm. Vzdálenost mezi deskami (tj. výška průtočného kanálu) je 4 mm. Jednotlivými kanály protéká střídavě
ohřívaný vzduch (každým lichým kanálem) a horké spaliny (každým sudým kanálem). Spaliny vstupují při teplotě 800 K
a vystupují s teplotou o 120 K nižší, ohřívaný vzduch vstupuje při teplotě 20 °C, požadovaná teplota na výstupu je
80 °C. Střední hodnoty měrných tepelných kapacit jsou pro spaliny 1040 J kg−1 K−1 a pro vzduch 1005 J kg−1 K−1.
Výrobce udává střední hodnotu součinitele prostupu deskou výměníku 38 W m−2 K−1. Vypočtěte: a) z kolika desek se skládá
teplosměnná plocha výměníku tepla, b) jaký bude hmotnostní tok ohřátého vzduchu, a c) o kolik % se sníží produkce
ohřátého vzduchu, usadí-li se na deskách nečistoty ze spalin vytvářející přídavný tepelný odpor
R = δ/λ = 8 · 10−4 m2 K W−1.
"""

from sympy import *
import math

# A = flue gas;  B = air
tAi, tAe = 800-273.15, 800-273.15-120  # / C
mA = 1.2                               # / kg/s
tBi, tBe = 20, 80                      # / C
a = 740e-3                             # / m
b = 320e-3                             # / m
deltaW = 0.3e-3                        # / m
cpA, cpB = 1040, 1005                  # / J/(kg K)
K = 38                                 # / W/(m2 K)

Q = mA * cpA * (tAi - tAe)    # / W
mB = Q / (cpB * (tBe - tBi))  # / kg/s
t1 = tAi - tBe                # / C
t2 = tAe - tBi                # / C
tls = (t1-t2)/log(t1/t2)      # / C - log mean temperature difference
A1 = a*b                      # / m2
A = Q / (K * tls)             # / m2
N = math.ceil(A/A1)           # / 1
print("a)", N, "plates will be needed.")
print("b) The heat exchanger will produce", mB, "kg/s of hot air.")

R = 8e-4                        # / (m2 K)/W
z = 1/K + R                     # / (m2 K)/W
K2 = 1/z                        # / W/(m2 K) - overall heat transfer coefficient including impurities
Q2 = A1*N*K2*tls                # / W
mB2 = Q2 / (cpB * (tBe - tBi))  # / kg/s
print("c) Production will decrease by", (mB-mB2)/mB*100, "%.")  # different result