Izračun izmjenjivača topline: primjer. Izračunavanje površine, snaga izmjenjivača topline

Izračun izmjenjivača topline trenutno ne traje duže od pet minuta. Svaka organizacija koja proizvodi i prodaje takvu opremu, u pravilu, pruža svima s vlastitim programom odabira. Može se preuzeti besplatno s web stranice tvrtke, ili će ih vaš stručni tehničar doći u vaš ured i instalirati ga besplatno. Međutim, koliko je dobro takvih kalkulacija, može li se to pouzdati i ne smetati proizvođaču, boreći se s natječajem sa svojim konkurentima? Provjera elektronskog kalkulatora zahtijeva znanje ili barem razumijevanje metodologije izračuna suvremenih izmjenjivača topline. Pokušajmo razumjeti pojedinosti.

Što je to izmjenjivač topline

Prije izračuna izmjenjivača topline, zapamtite, ali kakav je to uređaj? Aparat za prijenos topline i topline (to je također izmjenjivač topline, također je izmjenjivač topline, ili TOA) je uređaj za prijenos topline iz jednog rashladnog sredstva u drugi. U procesu promjene temperature nositelja topline mijenjaju se njihove gustoće i, prema tome, masovni indeksi tvari. Zato se takvi procesi nazivaju izmjenom topline i mase.

Vrste prijenosa topline

Sad ćemo pričati vrste prijenosa topline - samo ih ima tri. Zračenje - prijenos topline zbog zračenja. Kao primjer, možete se sjetiti kupanja sunčanja na plaži na toplom ljetnom danu. I takvi se izmjenjivači topline mogu naći čak i na tržištu (grijači zraka za svjetiljke). Međutim, najčešće za grijanje stambenih prostora, soba u stanu, kupujemo ulje ili električni radijatori. Ovo je primjer druge vrste izmjene topline - konvekcija. konvekcija to je prirodno, prisilno (iscrpljivanje, au kutiji je rekuperator) ili mehaničkim impulsom (s ventilatorom, na primjer). Potonji tip je mnogo učinkovitiji.

Međutim, najučinkovitiji način prijenosa toplinske energije je toplinska provodljivost, ili, kako se također naziva, provodljivost (od provođenja engleskog jezika - "vodljivost"). Svaki inženjer koji namjerava izvršiti proračun topline izmjenjivača topline prije svega misli na odabir učinkovite opreme u minimalnim dimenzijama. A to se može postići upravo zbog toplinske provodljivosti. Primjer toga je najučinkovitiji do danas TOA pločasti izmjenjivači topline. Ploča TOA, prema definiciji, je izmjenjivač topline koji prenosi toplinu iz jednog rashladnog sredstva u drugi kroz zid koji ih razdvaja. Maksimalna moguća površina kontakta između dva medija, zajedno s pravim odabranih materijala, te njihovih profila ploče debljine odabranih dimenzija kako bi se smanjili hardver uz očuvanje izvorne tehničke karakteristike potrebne u tom procesu.

Vrste izmjenjivača topline

Prije izračuna izmjenjivača topline, određuje se njegovom vrstom. Sve TOA mogu se podijeliti u dvije glavne skupine: oporavlja i regenerativnih izmjenjivača topline. Glavna razlika između njih je slijedeći: u TOA oporavlja razmjena topline odvija kroz zid koji dijeli medij dvije topline, i dolaze u kontakt jedno s drugim u dva regenerativne medijima, često zahtijevaju naknadno miješanje i razdvajanje u posebne separatora. Regenerativni izmjenjivači topline su podijeljeni u izmjenjivačima topline i miješanje s mlaznicom (stacionarna upadne ili intermedijera). Grubo govoreći, kanta tople vode, staviti na hladnoći, ili čašu toplog čaja, stavite hladiti u hladnjaku (nikad ne radim!) - to je primjer takvog miješanja TOA. Ulijevanje čaj tanjur i hlađenje to tako da smo dobili primjer regenerativni izmjenjivač topline sa mlaznicom (tanjur, u ovom primjeru, ima dio sapnice), koji je u prvom kontaktu sa zrakom iz okoline i uzima temperaturu, a zatim odabire dio topline izlije u nju vrućeg čaja , nastojeći dovesti oba okoliša u način toplinske ravnoteže. Međutim, kao što smo već otkrili učinkovitije korištenje toplinske vodljivosti za prijenos topline iz jednog medija u drugi, dakle, više koristan u smislu prijenosa topline (i naširoko koristi) toa danas - naravno, oporavlja.

Termičko i konstruktivno izračunavanje

Bilo izračun regenerativnog izmjenjivača topline može se temeljiti na rezultatima termalne, hidraulične i čvrstoće izračuna. Oni su temeljni, neophodni za izradu nove opreme i tehnike su osnova za izračunavanje naknadne modele iste vrste uređaja liniju. Glavni zadatak obračuna toplinske TOA je odrediti potrebnu toplinsku razmjenu površinu za stabilan rad izmjenjivača topline i održavanje potrebne parametre medija. Vrlo često se u takvim izračunima inženjeri su dani proizvoljne vrijednosti težine i veličine karakteristike budućeg opreme (materijal, cijevi promjera, ploča, dimenzijama, geometrija snopa, vrsti i materijala finning et al.), Međutim, nakon toplinske tipično provodi konstruktivni izmjenjivača izračuna. Uostalom, ako je prvi korak stroja smatraju potrebnima površina za određeni promjer cijevi, na primjer, 60 mm i duljine izmjenjivača topline čime se okrene oko šezdeset metara, logično je pretpostaviti prijelaza višestupanjsku izmjenjivač topline ili na vrstu snopa cijevi ili da se poveća promjer cijevi.

Hidraulički proračun

Hidraulični ili hidro-mehaničke i aerodinamička izračunavanja provedene radi identifikacije i optimizirati hidraulični (aerodinamički) gubitak tlaka u izmjenjivaču topline, te se izračunava potrošnju energije ih prevladaju. Izračunavanje bilo kojeg trakta, kanala ili cijevi za prolazak rashladne tekućine postavlja primarni zadatak za osobu - intenziviranje procesa izmjene topline u ovom području. To jest, jedan medij mora prenositi, a drugi mora dobiti što je moguće više topline u najmanjoj mogućoj mjeri. Da bi se to učinilo, često se koristi dodatna površina za izmjenu topline, u obliku razvijene površinske finninga (za uklanjanje graničnog laminarnog podsloja i pojačavanje turbulencije protoka). Optimalna ravnoteža odnos u hidrauličkim gubicima, područja razmjene topline, težinu i veličinu osobine i povučenog topline je rezultat skupnog toplinske, hidraulične i konstruktivan izračun TOA.

Izračun potvrde

Provjera izmjenjivača topline vrši se u slučaju kada je potrebno da se stavi moć rezervu bilo površine za izmjenu topline. Površina rezervata različitih razloga iu različitim situacijama, ako to zahtijevaju zadatka, ako proizvođač odluči napraviti dodatni marža biti posve sigurni da je to toplina će biti pušten na režim, a kako bi se smanjili pogreške u izračunima. U nekim slučajevima, Rezervacije su potrebne za zaokruživanje strukturne dimenzije rezultate u drugim (isparivača, economiser) u izračun snage posebno uvodi u izmjenjivač topline margin površine kompresora onečišćenja ulja prisutne u rashladni krug. Da, i slaba kvaliteta vode mora se uzeti u obzir. Nakon nekog vremena, glatka rad izmjenjivača topline, osobito na visokim temperaturama, ološ Utvrđuje na površini uređaja za izmjenu topline, smanjuje koeficijent prijenosa topline, a neizbježno dovodi do smanjenja parazitske topline polijetanja. Stoga nadležni inženjer, izračun izmjenjivača topline „voda-voda”, posebnu pozornost na dodatne rezerve površine za izmjenu topline. Provjera obračun i provesti kako bi vidjeli kako je izabrao oprema će raditi i na drugim, sekundarnim načinima. Na primjer, u središnjem klima uređaja (postrojenja), zrak za opskrbu grijača za zagrijavanje prvog i drugog koji se koristi u hladnom dijelu, a često uključuju ljeto hlađenje hranjenja dovod zraka hladnu vodu u cijev izmjenjivača topline zrak. Kako će funkcionirati i koje će parametre proizvesti, omogućuje vam da ocijenite izračun potvrde.

Kalkulacije istraživanja

Kalkulacije TOA istraživanja temelje se na rezultatima toplinskih i verifikacijskih izračuna. Potrebno je, u pravilu, izvršiti najnovije korekcije za projektiranje projektiranog aparata. Oni također obavljaju ispraviti sve jednadžbe su položeni u obračunskom modelu provodi TOA dobivene empirijski (za eksperimentalnih podataka). Izvođenje istraživanja uključuje izračun desetaka, a ponekad i nekoliko stotina kalkulacija po posebnom planu, razvijen i proveden u proizvodnji prema matematičku teoriju dizajn eksperimenata. Na temelju rezultata, otkriva se učinak različitih uvjeta i fizičkih veličina na pokazatelje učinkovitosti TOA.

Ostali izračuni

Prilikom izračunavanja područja izmjenjivača topline ne zaboravite na otpornost materijala. proračuni čvrstoće TOA uključuju provjeru predvidive za napon, torzijske privrženost najvišim dopuštenim radnim trenutaka za detalje i čvorovima budućnosti izmjenjivača topline. S minimalnim dimenzijama, proizvod mora biti jak, stabilan i jamčiti sigurnu radnju u raznim, čak i najstresnijim radnim uvjetima.

Dinamički proračun se provodi s ciljem definiranja različitih svojstava izmjenjivača topline u promjenjivim načinima rada.

Vrste gradnje izmjenjivača topline

Rekuperativni TOA za gradnju može se podijeliti na dovoljno velik broj skupina. Najviše poznati i široko rasprostranjeni - od pločastog izmjenjivača topline, zrak (Rebrasta cijev), ljuske i cijevi izmjenjivača topline „cijev u vodu”, ljuske-i-ploču, i drugi. Postoje i više egzotičnih i usko specijaliziranih tipova, na primjer, spirala (izmjenjivač topline-puž) ili strugala, koji rade s viskoznim ili ne-newtonske tekućine, kao i mnoge druge vrste.

Izmjenjivači topline cijevi do cijevi

Razmotrimo najjednostavniji proračun "cijev-u-cijev" izmjenjivaču topline. Strukturno, ovaj tip TOA je što je više moguće pojednostavljen. Vrijeme pokretanja aparata unutarnju cijev, obično vruće tekućine za prijenos topline se smanjiti gubitke, a u kućište ili u vanjsku cijev, rashladno sredstvo za hlađenje vožnji. Inženjer zadatak u ovom slučaju svodi na određivanje duljine izmjenjivača topline na temelju izračunate topline razmjena površine i unaprijed određenim promjerom.

Ovdje je vrijedno dodati da se u termodinamici uvodi ideja idealnog izmjenjivača topline, tj. Aparata beskonačne duljine, gdje medij za prijenos topline radi u protustrujnom smjeru, a temperatura između njih je potpuno aktivirana. Dizajn cijevi u cijevi najbliži ovim zahtjevima. A ako pokrenete rashladnu tekućinu u protustruju, to će biti takozvani "pravi protustrujni" (i ne križati se, kao na ploči TOA). Temperaturna glava postiže maksimalnu učinkovitost s takvom prometnom organizacijom. Međutim, pri izvođenju proračuna "cijev-u-cijev" izmjenjivaču topline, treba biti realan i ne zaboraviti na logističku komponentu, kao i jednostavnost instalacije. Duljina evrofury - 13,5 m, a nisu svi tehnički objekti prilagođeni skliznuti i montaža opreme, kao duljine.

Izmjenjivači topline ljuske i cijevi

Stoga, to je dio izračuna takvog uređaja glatko teče u izračun obloge i cijevi izmjenjivača topline. Ovaj uređaj, naznačen time što je snop je u jednom slučaju (kućišta), isprana različitim rashladnih, ovisno o odredišnim opreme. U kondenzatorima, na primjer, rashladna tekućina se lansirala u kućište i vodu u cijevi. Ovom metodom gibanja medij je prikladniji i učinkovitiji za upravljanje radom uređaja. U isparivače obrnuto, rashladno čireva na cijevi i isperu s hladnom tekućinom (vodom, rasolom, glikoli, itd.) Stoga, izmjenjivač topline izračun cijevi se smanjuje kako bi se smanjila veličina opreme. Igrajući se s promjerom kućišta, promjerom i brojem unutarnjih cijevi i duljinom uređaja, inženjer odlazi na izračunatu vrijednost područja površine izmjenjivača topline.

Izmjenjivači topline zraka

Jedan od najčešćih izmjenjivača topline za danas je cijevni rebrasti izmjenjivač topline. Također se nazivaju zavojnice. Gdje oni ne samo da su podešeni u rasponu od fancoils (od engleskog. Fan + zavojnice, tj, „ventilator” + „svitak”) u unutarnjim blokovima split sustavi za div rekuperatora dimnih plinova (izbor topline iz vruće dimnih plinova i prijenos za potrebe grijanja) u kotlovnicama na CHPP-u. Zato je proračun izmjenjivača zavojnice ovisi o primjeni, gdje se toplina ide u pogon. Industrijski zrak hladnjaka (VOPy) instaliran u komorama šok-smrznuto meso, u zamrzivačima pri niskim temperaturama i drugih objekata hlađenje hrane, zahtijevaju određene strukturne značajke u njihov dizajn. Udaljenost između peraja (peraja) treba povećati, kako bi se povećalo vrijeme neprekinutog rada između ciklusa odleđivanja. Isparivači za DCS (podatkovnom centru), naprotiv, čini moguće kompaktniji stezanje mezhlamelnye udaljenost na minimum. Takve izmjenjivači topline djeluju u „čistoj zoni”, okružena finim filter (do HEPA razreda), međutim, taj izračun se vrši cijevnog izmjenjivača topline s naglaskom na smanjenju ukupne dimenzije.

Izmjenjivači topline ploča

Trenutačno su pločasti izmjenjivači topline u stabilnoj potražnji. Prema njegovom konstruktivnom dizajna, oni su potpuno zabrtvljeno i polu-zavarene i mednopayanymi nikelpayanymi, zavareni i lemi metodom difuzije (bez lema). Toplinski proračun pločastog izmjenjivača topline je dovoljno fleksibilan i ne predstavlja osobitu poteškoću za inženjer. Proces odabira može igrati tipa ploče, duboke kanale oblikovanje, fin tip, debljina čelika, različitih materijala i, što je najvažnije - mnogo standardnih modela veličini uređaja različitih veličina. Takvi su izmjenjivači topline i niskog širok (za zagrijavanje parom vode) ili visoke i uske (separacije izmjenjivača topline za kondicioniranje zraka). Oni se često koriste i medij s prijelaza, odnosno kao kondenzatori, isparivači, parne hladnjaka, predkondensatorov i tako dalje. D. Izvođenje toplinske dizajn izmjenjivača topline koji radi u dvofaznom uzorak, malo teže nego izmjenjivača topline na „tekuće-tekuće”, ali za iskusni inženjer, taj je problem riješen i ne predstavlja posebnu složenost. Da bi se olakšalo ove izračune moderne inženjering dizajneri koriste računalne baze podataka, gdje možete pronaći mnogo potrebnih informacija, uključujući faznom dijagramu bilo rashladnog u bilo kojem crtu načinu rada, na primjer, program CoolPack.

Primjer izračuna izmjenjivača topline

Glavna svrha proračuna je izračunavanje potrebnog područja površine izmjene topline. Topline (rashladna) snaga je obično navedeno u zadatku, ali u našem primjeru ćemo izračunati i nju, za, recimo, ček specifikacije zahtjeva. Ponekad se to događa i tako da izvorni podaci mogu ušuljati pogrešku. Jedna od zadataka ovlaštenog inženjera je pronaći i ispraviti tu grešku. Kao primjer, izračunavamo izmjenjivač topline tipa ploče tipa "tekućina-tekućina". Neka bude pritisni prekidač u visokoj zgradi. Kako bi se oslobodila tlačna oprema, ovaj pristup se često koristi u izgradnji nebodera. Na jednoj strani izmjenjivača topline imati vode na ulazu Tvh1 = 14 ᵒS i izlaz Tvyh1 = 9 ᵒS, a brzina protoka G1 = 14 500 kg / h, a s druge strane - je u vodi, a ovdje je uz sljedeće parametre: Tvh2 = 8 ᵒS, T2 = 12 g, G2 = 18,125 kg / h.

Potrebna energija (Q0) izračunava se iz forme topline (vidi gornju sliku, formula 7.1), gdje je Cp specifična toplina (tablična vrijednost). Zbog jednostavnosti izračuna, uzmimo smanjenu toplinsku snagu Cpv = 4.187 [kJ / kg * ᵒC]. Smatramo:

Q1 = 14,500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = 84321,53 W = 84,3 kW - na prvoj strani i

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = 84321,53 W = 84,3 kW - na drugoj strani.

Imajte na umu da, prema formuli (7.1), Q0 = Q1 = Q2, neovisno o kojoj strani izračuna.

Nadalje, prema osnovnoj jednadžbi prijenosa topline (7.2.) Nalazimo traženu površinu (7.2.1) gdje je k koeficijent prijenosa topline (pretpostavljamo 6350 [W / m²], i Delta-Tsr.log. - prosječna glava logaritamske temperature, čitana formulom (7.3):

Delta-T sr.log. = (2-1) / ln (2/1) = 1 / ln2 = 1 / 0.69131 = 1.4428;

F = 84321/6350 * 1,4428 = 9,2 m².

U slučaju da koeficijent prijenosa topline nije poznat, proračun izmjenjivača topline ploče je nešto složeniji. Prema formuli (7.4), pretpostavljamo kriterij Reynolds, gdje rho- je gustoća, [kg / m³] eta- je dinamička viskoznost, [H * s / m²v, brzina medija u kanalu, [m / s], d cm promjer promjera kanala [m].

Iz tablice tražimo traženu vrijednost Prandtl [Pr] i formulu (7.5), dobivamo Nusseltov broj, gdje je n = 0,4 - tekućem uvjetima grijanja, a n = 0,3 - hlađenje u uvjetima tekuće.

Nadalje, spoj formule (7.6) se izračunava koeficijent prijenosa topline između rashladnog medija na svakoj stijenci, i formula (7.7), pretpostavlja se koeficijent prijenosa topline, koji je supstituiran u formuli (7.2.1), kako bi se izračunao razmjene topline površine.

U ovim formulama lambda- je koeficijent toplinske vodljivosti, ϭ je debljina stijenke kanala, alfa-1 i alfa-2 - koeficijenti prijenosa topline od svakog od rashladnih sredstava do zida.