Proračun izmjenjivača topline: na primjer. Proračun područja, moć izmjenjivača topline

Proračun izmjenjivača topline sada traje manje od pet minuta. Svaka organizacija koja proizvodi i prodaje takve opreme obično daje svoj program zapošljavanja svima. To se može besplatno skinuti sa sajta kompanije ili njihovi tehničar će doći u vaš ured i instalirati ga besplatno. Međutim, kao što je ispravan rezultat takvih proračuna, možemo mu vjerovati, a ne biti pametan ako proizvođač borbama u tender sa konkurentima? Provjera elektronski kalkulator potrebno znanje ili barem razumijevanje modernih metoda proračun izmjenjivača. Hajde da pokušamo da sredi detalje.

Ono što je izmjenjivač topline

Prije izvršavanja proračuna izmjenjivača topline, ne zaboravimo, i kakav takav uređaj? Teplomassoobmennyh aparati (aka izmjenjivača topline, također poznat i kao razmjena toplote aparat ili TOA) - uređaj za prijenos topline iz jednog sredstva za hlađenje u drugu. U procesu promjene temperature rashladnog sredstva i promijeniti svoje gustoće i, shodno tome, masa indeksi supstance. To je razlog zašto su takvi procesi nazivaju topline i mase.

vrste prijenos topline

Sada ćemo govoriti o vrstama prijenos topline - postoje samo tri. Zračenje - prijenos topline zračenjem. Kao primjer, možemo sjetiti sunčanje na plaži na toplom letnjem danu. Pa čak i ovi izmjenjivači topline se mogu naći na tržištu (cijev grijača zraka). Međutim, najčešće za kućnu grijanje, sobe u stanu kupujemo naftu ili električno grijanje. Ovo je primjer druge vrste prijenosa topline - konvekcija. Konvekcija je prirodno, nevoljne (ekstrakt, a u kutiji treba izmenjivač) ili sa mehaničkim pogonom (sa ventilatorom, na primjer). Potonji tip je mnogo efikasniji.

Međutim, najefikasniji način za prijenos topline - je toplotne provodljivosti, odnosno, kako se zove, (kondukcija engleskog -. "Provodljivost"). Bilo koji inženjer koji će se održati u termalni dizajn izmjenjivača topline, prije svega razmišljati o tome kako odabrati efikasnu opremu u najmanje prostora. I uspe da se to postigne je za provođenje. Primjer za to je najefikasniji do sada TOA - izmjenjivači toplote. Ploča TOA po definiciji - jedan izmjenjivač topline koji prenosi toplinu iz rashladnog sredstva u drugu kroz zid ih razdvaja. Maksimalnu moguću kontaktna površina između dva medija zajedno sa istinskom odabranih materijala, a njihov profil ploča debljine dimenzije izabrane kako bi se smanjila hardver uz očuvanje originalnih tehničkih karakteristika potrebnih u tom procesu.

vrste izmjenjivača topline

Prije nego što izvrši obračun izmjenjivača topline određuju njegov tip. Svi TOA mogu se podijeliti u dvije velike grupe: regenerativnim i regenerativne izmjenjivači topline. Glavna razlika therebetween je kako slijedi: u TOA regenerativnim razmjena topline odvija kroz zid koji razdvaja dva topline mediju, i dolaze u kontakt jedni s drugima u dva regenerativnim medijima, često zahtijevaju naknadna miješanje i odvajanje u posebnim separatora. Regenerativni izmjenjivači topline su podijeljeni u izmjenjivači topline i miješanje sa mlaznicom (stacionarne incident ili srednji). Grubo rečeno, kantu tople vode, stavi se u hladnu, ili čašu tople čaja, put hladi u frižideru (nikad ne radim!) - ovo je primjer takvog miješanja TOA. A sipanje čaj tanjur i hlađenje, tako da možemo dobiti primjer regenerativni izmjenjivač topline sa mlaznicom (tanjir, u ovom primjeru igra ulogu mlaznice), koji je prvo kontaktirao sa okolnog vazduha i uzima svoj temperaturu, a zatim bira dio toplote sipa u nju vrućeg čaja traže i mediji dovode do režim termalne ravnoteže. Međutim, kao što smo već pronašli efikasnije korištenje toplinske provodljivosti za prijenos topline iz jednog medija u drugi, dakle, više koristan u smislu prijenosa topline (i naširoko koristi) TOA danas - naravno, oporavlja.

Termo i strukturne proračun

Bilo koji proračun regenerativnog izmjenjivača topline može se izvršiti na osnovu rezultata termalne, hidrauličnih i snagu proračuna. Oni su osnovni, neophodni za izradu nove opreme i tehnike su osnova za izračunavanje naknadne modele istog tipa uređaja linije. Glavni zadatak obračun termo TOA je da se odredi potrebna razmjena površine topline za stabilan rad izmjenjivača topline i održavanje potrebne parametre medija. Vrlo često u takvim proračunima inženjeri su dati proizvoljne vrijednosti karakteristika težine i veličine budućih opreme (materijal, cijevi promjera, ploče, dimenzije, geometrija zraka, vrsta i materijala peraja i dr.), Međutim nakon termičke se obično vodi konstruktivnu izmjenjivača proračuna. Uostalom, ako je prvi korak inženjer smatra potrebnim površine za cijevi promjera dati, na primjer, 60 mm, a dužina izmjenjivača topline čime se okrenuo oko šezdeset metara, logično je pretpostaviti tranziciji višestepene topline ili na cijev tipa snop, ili da se poveća promjer cijevi.

hidraulički proračun

Hidraulični ili hidro-mehaničke i aerodinamičke proračune vrši identifikaciju i optimizirati hidraulični (aerodinamičke) gubitak pritiska u izmjenjivaču topline, kao i za izračunavanje potrošnje energije za njihovo prevazilaženje. Proračun bilo koji put, kanal ili cijev za grijanje srednji prolaz suočava ljudski primarni zadatak - da se intenzivira postupka izmjene topline na toj lokaciji. To je jedan medij mora proći, a drugi je da se što više topline u minimalni interval njenog toka. Ovo često primjenjuju dodatni izmjenjivača toplote u obliku peraja površine razvijene (za razdvajanje granice laminarnih podsloj i poboljšati protok turbulencije). Optimalnu ravnotežu odnosa u hidraulički gubici, na području razmjene površine topline, karakteristike težinu i veličinu, a povučene izlaz topline je rezultat ukupnog termo, hidrauličnih i konstruktivan proračun TOA.

provjera proračuna

Verifikacija izmjenjivača topline vrši se u slučaju kada je potrebno postaviti rezervu snage od bilo koje površine razmene toplote. Površine rezerve iz različitih razloga iu različitim situacijama, ako je to u skladu sa odredbama reference, ako proizvođač odluči napraviti dodatni marže biti potpuno sigurni da će ova vrućina biti pušten na režim, i kako bi se smanjila greške u proračunima. U nekim slučajevima, Rezervacije su potrebne za zaokruživanje strukturne dimenzije rezultate u drugim (isparivača, ekonomajzeri) u proračun kapaciteta izmjenjivača topline je posebno uvedena površine marža na kontaminaciju ulja kompresora prisutan u hlađenju na. Da, i loš kvalitet vode moraju se uzeti u obzir. Nakon nekog vremena, nesmetan rad izmjenjivača topline, posebno na visokim temperaturama, šljam slegne na površini razmenu toplote aparata, smanjenje koeficijenta prijenosa topline, i neminovno dovodi do smanjenja parazitska topline poletanje. Stoga nadležni inženjer, izračun izmjenjivač topline "voda-voda", posebnu pažnju posvećuje dodatne rezerve izmjene topline površine. Provjera proračuna i provesti kako bi se vidjeti kako je oprema odabrana će raditi na drugim, sekundarnim režima. Na primjer, u centralnom klima uređaja (instalacije klima napajanje) grijači za prvu i drugu grijanje koriste u hladne sezone, a često uključuju ljeto za hlađenje hranjenje dovod zraka hladne vode u izmjenjivaču creva za vazduh toplote. Kako će oni funkcionirati i kako će dati parametre za procjenu proračuna raspona.

istraživanja procjene

proračuni istraživanje TOA vrši na osnovu rezultata toplotnog proračuna i verifikaciju. Oni su neophodni, po pravilu, da bi posljednje izmjene i dopune strukture dizajnirana uređaja. Oni također obavljaju u cilju rješavanja svih jednadžbe su postavljeni u modelu obračuna implementiran TOA dobiti empirijski (za eksperimentalnih podataka). Izvođenje istraživanja uključuje izračunavanje desetine, a ponekad i stotine proračuna po posebnom planu, razvijen i implementiran u proizvodnji prema matematičku teoriju dizajna eksperimenata. Prema rezultatima otkrivaju utjecaj različitih uvjeta i fizičkih veličina o pokazateljima poslovanja TOA.

druge kalkulacije

Obračun izmjenjivača područja toplote, ne zaboravite o otpornosti materijala. Proračuni TOA uključuju provjeru projektovane jedinica za napon, torzijska vezanost za maksimalno dozvoljenu radi trenutke detaljima i čvorova budućnosti izmjenjivača topline. Sa minimalnim dimenzijama proizvoda treba da bude jaka, stabilna i osigurati siguran rad u različitim, čak i naporan uvjetima.

Dynamic obračun se vrši kako bi se utvrdilo različitih karakteristika izmjenjivača topline na varijablu načina rada.

Vrste izmjenjivača topline dizajna

Rekuperatorski TOA u dizajnu može se podijeliti na dovoljno veliki broj grupa. Najpoznatijih i naširoko koristi - tanjir izmjenjivač topline, klima (Finned cijev), dobošastim topline "cijev u cijevi", shell-a-ploča, i drugi. Postoji više visoko specijalizirane i egzotične vrste, npr spirala (pužnice-izmenjivač) ili strugač, koje rade sa viskoznim ili ne-njutnovske tečnosti, kao i mnoge druge vrste.

Izmjenjivač topline "cijev u cijevi"

Razmotrimo najjednostavniji obračun izmjenjivač topline "cijev u cijevi". Strukturalno, ovaj tip TOA je maksimalno pojednostavljena. Tokom pokretanja unutarnjoj cijevi aparata, obično vruće prijenos topline fluida se smanjili gubici, a u kućište ili u vanjskom cijevi, za hlađenje hlađenje staze. Inženjer zadatak u ovom slučaju svodi na određivanje dužine izmjenjivača topline na temelju razmjene površine izračunati topline i predodređen promjera.

Dodajmo da je u termodinamici uvodi pojam idealnog izmjenjivača topline, odnosno beskonačne dužine jedinice, gdje sredstava za hlađenje rade u kontra, kao i između potpuno aktivira temperaturne razlike. Dizajn "cijev u cijevi" najbliži ispunjava ove zahtjeve. A ako radi protustrujno prijenos topline fluida, to će biti tzv "kontra-real" (za razliku od unakrsnog kao ploča TOA). Tlak najefikasnije aktivira kada prometna organizacija. Međutim, izvođenje "cijev u cijevi" proračun izmjenjivača topline treba biti realan i da se ne zaboravi logistike komponentu, kao i jednostavnost instalacije. dužina evrofury - 13,5 m, a ne sve tehničke mogućnosti prilagoditi mini i ugradnju opreme kao što dužine.

Shell i cijevi izmjenjivači topline

Zbog toga je dio proračuna takvog uređaja glatko teče u obračun dobošastim izmjenjivač topline. Ovaj aparat, pri čemu je snop cijevi je u jednom slučaju (kućište), oprao različitim sredstvima za hlađenje, u zavisnosti od destinacije opreme. U kondenzatori, na primjer, pokrenuti u rashladnog jaknu, i vode - u cijevi. Ovom metodom saobraćaja okruženja lakše i efikasnije za kontrolu rada uređaja. U isparivača, obrnuto, rashladno proključa u cijevi i oni se pere sa hlađenjem tečnosti (voda, brines, glikoli, itd.) Dakle, proračun-cijev izmjenjivač topline se smanjuje kako bi se smanjila veličina opreme. Igranje s promjer kućišta, promjer i broj i dužina unutrašnje cijevi aparata inženjer ulazi u izračunatu vrijednost površine razmene toplote.

izmjenjivači toplote vazduha

Jedan od najčešćih daleko izmjenjivači topline - a rebraste izmjenjivači cijev topline. Nazivaju se namotaja. Gdje su ne samo prilagoditi u rasponu od fan koils (iz engleskog jezika. Fan + zavojnica, i.e., "fan" + "kalem") u internim blokova Split sistemi za giganta dimnih plinova rekuperatora (izbor toplote iz tople dimnih plinova i prijenos to za grijanje) u kotlovima na CHP. To je razlog zašto je proračun zavojnice izmjenjivača ovisi o primjeni, gdje toplota prelazi u rad. Industrijski klima hladnjaci (VOPy) instaliran u komorama šok-smrznutog mesa, u zamrzivačima na niskim temperaturama i drugim objektima rashladnih hrane, zahtijevaju određene strukturne karakteristike u njihov dizajn. Udaljenost između lamela (FIN) treba biti uvećan za povećanje vrijeme neprekidnog rada između ciklusa otapanja. Isparivači za DCS-a (podaci centar), naprotiv, omogućava kompaktniji stezanja mezhlamelnye udaljenosti na minimum. Takve izmjenjivači topline rade u "čisto zoni", okružen fini filter (do HEPA razreda), međutim, ovaj proračun se provodi od cjevaste izmjenjivač topline s naglaskom na smanjenje ukupne dimenzije.

izmjenjivači toplote

Trenutno stabilna potražnja za izmjenjivači toplote. U skladu sa svojim konstruktivnim dizajn, oni su u potpunosti zaptivne i polu-zavareni, i mednopayanymi nikelpayanymi, zavareno i lemljeni metoda difuzije (bez lem). Termalni dizajn ploćastom topline je dovoljno fleksibilan i nije posebno teško inženjer. Proces odabira može igrati tip ploče, duboko kanala formiranje, fin tip, debljina lima, različitih materijala i, što je najvažnije - mnogo standardne modele veličine uređaja različitih veličina. Takve izmjenjivači topline su niske i široke (za parno grijanje vode) ili visoke i uske (odvajanje izmjenjivači topline za klima-uređaja). Često se koriste i medij sa fazi tranzicije, odnosno kao kondenzatori, isparivači, parna hladnjaci, predkondensatorov i tako dalje. D. Obavite termalni dizajn izmjenjivača topline radi na dvofazni obrazac, malo teže nego što je izmjenjivač topline u "tečnost-tečnost", ali za iskusni inženjer ovaj problem je rješiv i nije posebno teško. Da bi se olakšalo ovih proračuna modernog inženjeringa dizajneri koriste kompjutersku bazu podataka, gdje možete pronaći mnogo potrebnih informacija, uključujući i dijagram faza bilo rashladnog u bilo kojem režimu crtu, na primjer, program CoolPack.

Proračun Primjer izmjenjivača

Glavna svrha proračuna je proračun potrebne površine za razmenu toplote. Heat (rashladnih) snaga je obično naveden u zadatku, ali u našem primjeru ćemo izračunati i nju, za, recimo, ček specifikacije zahtjeva. Ponekad se također događa da se originalni podaci mogu uvući greška. Jedan od zadataka nadležnog inženjera - ovu grešku pronaći i popraviti. Kao primjer, obavlja obračun ploča izmjenjivača topline od "tečnost - tečnost". Neka to bude separator kola (pritisak prekidača) u visokogradnje. Kako bi se smanjio pritisak na opremi, izgradnja nebodera vrlo često koriste ovaj pristup. Na jednoj strani izmjenjivača topline imaju vodu na ulazu Tvh1 = 14 ᵒS i izlaz Tvyh1 = 9 ᵒS, a protok G1 = 14 500 kg / h, a na drugoj - je voda, ali ovdje sa sljedećim parametrima: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

Potrebnu snagu (Q0) izračunati ravnotežu formulu termalni (vidi sliku gore, formula 7.1 ..), gdje je Cp - specifični toplotni kapacitet (tabela vrijednosti). Zbog jednostavnosti proračuna Ove vrijednosti uzeti toplotni kapacitet EOT = 4.187 [kJ / kg * ᵒS]. Mi smatramo:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4.187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - na prvu stranu i

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4.187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - na drugu stranu.

Imajte na umu da, prema formuli (7.1), Q0 = Q1 = Q2, bez obzira na to koja je strana proračuna izvršena.

Nadalje, u glavnom prijenos topline jednadžba (7.2), nalazimo površine potrebno (7.2.1), gdje je k - koeficijent prijenosa topline (pretpostavlja jednak 6350 [W / ^m2]), i ΔTsr.log. - srednja-temperaturne razlike, izračunava se formulom (7.3):

? T sr.log. = (1 - 2) / ln (2/1) = 1 / LN2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F = 84321/6350 * 1,4428 = 9,2 m ^2.

U slučaju kada je koeficijent prijenosa topline je nepoznat, računica je malo kompliciranije ploča izmjenjivača topline. Formula (7.4) se smatraju Reynolds broj gdje ρ - gustoća [kg / ^m3], η - dinamička viskoznost, [N * s / m ^2], v - brzina medija u kanalu [m / s], D, cm - močivo prečnik bušenja [m].

Iz tabele mi tražimo potrebne vrijednosti Prandtl [PR], i formula (7.5), dobijamo Nuselt broj, gdje je n = 0,4 - tečnog stanja grijanje, a n = 0,3 - za hlađenje u tečnom uvjetima.

Nadalje, formula (7.6) se izračunava koeficijent prijenosa topline iz rashladne tečnosti do svakog zida, a pretpostavlja se da formula (7.7) koeficijent prijenosa topline, koji je u igru ušao u formuli (7.2.1) za izračunavanje razmjenu površine topline.

U gornjem formule, λ - termička provodljivost koeficijent, ϭ - debljina kanala zida, α1 i α2 - prijenos topline koeficijenti svakog zida prijenos topline.