Izračun toplotnega izmenjevalnika: primer. Izračun območja, moč toplotnega izmenjevalnika

Izračun toplotnega izmenjevalnika zdaj traja manj kot pet minut. Vsaka organizacija, ki proizvaja in prodaja takšne opreme običajno daje vsakomur svoj lasten program zaposlovanja. To je mogoče brezplačno prenesti s spletne strani družbe, ali njihov tehnik bo prišel v tvojo pisarno in ga namestite brezplačno. Vendar pa, kot je rezultat teh izračunov pravilen, lahko mu zaupaš in da ni pametno, če proizvajalec z bojem v ponudbi s svojimi konkurenti? Preverjanje elektronskega kalkulatorja zahteva znanje ali vsaj razumevanje sodobnih metod izračuna toplotnih izmenjevalcev. Poskusimo rešiti podrobnosti.

Kaj je toplotni izmenjevalec

Pred izvedbo izračun toplotnega izmenjevalnika, spomnimo, in kakšno takšno napravo? Teplomassoobmennyh Naprava (alias toplotni izmenjevalnik, znan tudi kot izmenjavo toplote naprave ali TOA) - naprave za prenos toplote iz enega hladilnega sredstva na drugega. V procesu se temperatura hladilne tekočine spremembe spreminjajo tudi njihove gostote in s tem masa indeksi snovi. To je razlog, zakaj so takšni postopki besedilu prenosa toplote in snovi.

Vrste prenosa toplote

Zdaj govoriti o vrstah prenosa toplote - obstajajo samo trije. Sevanje - prenos toplote s sevanjem. Kot primer lahko odpokliče sončenju na plaži na topel poletni dan. In tudi ti izmenjevalniki toplote je mogoče najti na trgu (grelniki zraka) na. Vendar pa je najbolj pogosto za ogrevanje doma, sobe v stanovanju smo kupili nafto ali električno ogrevanje. To je primer druge vrste prenosa toplote - konvekcijo. Konvekcija je naravno, neprostovoljno (ekstrakt in polje treba izmenjevalnik) ali z mehanskim pogonom (z ventilatorjem, na primer). Slednja je veliko bolj učinkovito.

Vendar pa je najbolj učinkovit način prenosa toplote - je toplotna prevodnost, ali, kot se imenuje, prevodnost (prevodnost angleščini -. "" Prek). Vsak inženir, ki se dogaja, da imajo toplotno oblikovanje toplotnega izmenjevalnika, najprej razmišljati o tem, kako izbrati učinkovite opreme v najmanj prostora. In to uspelo doseči to je s prevodom. Primer za to je najbolj učinkovito, da datum TOA - plošča izmenjevalniki toplote. Plošča TOA po definiciji - toplotni izmenjevalnik, ki prenaša toploto iz hladilnega sredstva na drugo skozi steno jih ločuje. Največji možni kontaktna površina med dvema medijih skupaj z dejanskim izbranih materialov in njihovih profilov plošč debeline dimenzij, izbranimi zmanjšati strojne ob ohranjanju izvirne tehnične lastnosti, potrebnih v postopku.

Vrste toplotnih izmenjevalcev

Preden se opravi izračun toplotnega izmenjevalnika se določijo po vrsti. Vse TOA lahko razdelimo v dve veliki skupini: rekuparacijskimi in regenerativnih toplote. Glavna razlika med njima je, kot sledi: pri strel TOA Oporavljati izmenjava toplote poteka skozi steno, ki ločuje dve toplotni medij in v stiku drug z drugim v dveh regenerativnih medijih, pogosto zahtevajo naknadno mešanje in ločitev v posebnih separatorji. Obnovitvena toplotne izmenjevalnike delimo na toplotne izmenjevalnike in mešanjem s šobo (stacionarna vpadnega ali vmesni). Grobo rečeno, vedro vroče vode, pripravljeni v mrazu, ali kozarec vročega čaja, put ohladimo v hladilniku (nikoli ne naredi!) - to je primer takšnega mešanja TOA. Izlivnim čaj krožnik in ohlajanje ga tako dobimo primer regenerativnem prenosniku toplote s šobo (krožnik, v tem primeru predstavlja del šobe), ki je najprej kontaktiramo z okoliškim zrakom, in ima temperaturo, in nato izbere del toplote zlijemo v njem vročega čaja išče tako medijsko vodijo v načinu toplotne ravnovesja. Vendar pa, kot smo že našli bolj učinkovito uporabo toplotne prevodnosti za prenos toplote iz enega medija v drugega, zato je bolj koristno v smislu prenosa toplote (in se pogosto uporablja) TOA danes - seveda, sposobnost obnavljanja.

Toplotna in strukturne izračun

Vsak izračun regenerativnega toplotnega izmenjevalnika se lahko izvede na podlagi rezultatov iz termičnih, hidravličnih in trdnosti izračunov. So temeljnega pomena, nujno potrebni za oblikovanje nove opreme in tehnike so osnova za izračun nadaljnjih modelov iste vrste naprav linije. Glavna naloga izračuna toplotno TOA je določiti potrebno toplotno izmenjavo površino za stabilno delovanje toplotnega izmenjevalnika in vzdrževanje potrebne parametre medija. Pogosto v takih izračunov se inženirji dana poljubnih vrednosti karakteristik teže in velikosti prihodnjega oprema (material, premer cevi, plošč, dimenzijami, geometrija pramen, vrsti in industrijska rezanja plavuti et al.), Vendar po toplotni običajno izvede konstruktivno izračuna izmenjevalnika. Konec koncev, če je prvi korak inženir potrebno površina za dani premer cevi, na primer, 60 mm in dolžino toplotnega izmenjevalnika torej izkazalo približno šestdeset metrov, je razumljivo, da prevzame prehoda večstopenjski toplotni izmenjevalnik ali tipa cevni snop, ali povečati premer cevi.

hidravlični izračun

Hidravlična ali hidro-mehanske in aerodinamični izračuni za identifikacijo in optimizacijo hidravlični (aerodinamično) padec tlaka v prenosniku toplote ter izračun porabe energije za njihovo premagovanje. Izračun koli poti, kanalu ali cevi za ogrevanje srednje prehodom sooča človeško primarno nalogo - da okrepi proces izmenjave toplote na mestu. To pomeni, da en medij mora opraviti, in druga je, da se toliko toplote pri minimalni časovni interval seveda. To se pogosto uporablja dodatno toplotno izmenjavo površino v obliki plavuti površin razvitih (za ločitev mejnega laminarnega podslojem in povečati turbulenco toka). Optimalno ravnotežje odnos v hidravličnih izgub, področja deviznega površine toplote, značilnosti teže in velikosti, in umaknjen toplote je rezultat skupnega toplotne, hidravlične in konstruktivno izračun TOA.

preverjanje izračun

Preverjanje toplotnega izmenjevalnika se izvede v primeru, ko je to potrebno postaviti rezervo moči koli izmenjavo toplote površine. Površina rezerve iz različnih razlogov in v različnih situacijah, če to zahteva mandatu, če se proizvajalec odloči, da bo dodatna marža, da je popolnoma prepričan, da bo ta toplota sprosti na režim, in da se zmanjšajo napake pri izračunih. V nekaterih primerih so potrebni pridržki za zaokrožitev strukturne dimenzije rezultate drugih (uparjalniki, ekonomizerjev) pri izračunu kapacitete toplotnega izmenjevalnika je posebej uvedena površino roba na kontaminacijo olja kompresorja prisotne v hladilnem krogotoku. Ja, in slaba kakovost vode je treba upoštevati. Čez nekaj časa, nemoteno delovanje toplotnih izmenjevalcev, zlasti pri visokih temperaturah, žlindre poravna na površini naprave za izmenjavo toplote, zmanjšanje koeficienta toplotne in neizogibno vodi do zmanjšanja parazitski toplote vzletu. Zato pristojni inženir, izračun toplotnega izmenjevalnika "vodo-voda", posebno pozornost namenja dodatno rezervo za izmenjavo toplote površine. Preverjanje izračun in preživeti, da bi videli, kako se bo oprema izbrala delo na druge, sekundarne načine. Na primer, v osrednjem klimatske naprave (naprav za oskrbo) grelniki v prvem in drugem ogrevanje, uporabljenega v hladnem obdobju, in pogosto vključujejo poleti za hlajenje hranjenja dovod zraka hladno vodo v zrak toploto izmenjujoče cevi. Kako bodo delovali in kaj bo parametrov za oceno izračun razpona.

ocene raziskovalnih

Raziskave TOA izračuni opravljeni na podlagi rezultatov toplotnega izračuna in preverjanja. So potrebni, kot pravilo, da zadnje spremembe v strukturi oblikovan naprave. Nastopali so tudi popravili morebitne enačbe so določene v modelu za izračun izvaja TOA pridobljene empirično (za eksperimentalnih podatkov). Performing raziskave vključuje izračun deset in včasih na stotine izračunov po posebnem načrtu, razvijati in izvajati v proizvodnji v skladu z matematično teorijo načrtovanja eksperimentov. Glede na rezultate kažejo vpliv različnih pogojev in fizikalnih veličin na kazalnike uspešnosti TOA.

drugi izračuni

Izračun izmenjevalca območja toplote, ne pozabite na odpornost materialov. Izračuni trdnosti TOA vključujejo preverjanje predvideno enoto za napetost, torzijsko navezanost na najvišjih dovoljenih delovnih trenutkov do detajlov in vozlišča prihodnosti toplote. Z morale minimalne dimenzije izdelka močna, stabilna in zagotovitev varnega delovanja v različnih, tudi najbolj naporna pogoje.

Dynamic izračun se opravi za določanje različnih lastnosti toplotnega izmenjevalnika na spremenljivih načinih delovanja.

Vrste oblikovanja toplotni izmenjevalec

Rekuperativnih TOA v oblikovanju lahko razdelimo v dovolj velikem številu skupin. Najbolj poznan in razširjen - ploščni toplotni izmenjevalnik, zrak (lamelni cev), z ohišjem in cevjo toplotni izmenjalniki "cev v cevi", školjke in ploščo, in drugi. Obstaja več visoko specializirane in eksotičnih vrst, npr spiralo (cochlea izmenjevalnikov) ali strgalo, ki delajo z viskoznimi ali ne-newtonskih tekočin, in mnogih drugih vrst.

Toplotni izmenjevalnik "cev v cevi"

Razmislite najenostavnejši izračun toplotnega izmenjevalnika »cev v cevi«. Strukturno je ta vrsta TOA maksimalno poenostavljeno. Pri zagonu aparata zračnico, običajno vroč fluid za prenos toplote za zmanjšanje izgub in v ohišje ali v zunanje cevi, se hladilno sredstvo hladilne steze. Inženir Naloga v tem primeru zmanjša za določanje dolžine izmenjevalnika toplote na osnovi izračuna toplotne območju izmenjava površine in vnaprej določenimi premeri.

Vredno je dodal, da v termodinamike uvaja koncept idealnega toplotnega izmenjevalnika, da je neskončno enoto dolžine, kjer sredstva za hlajenje deluje na števec, in med popolnoma sprožil temperaturne razlike. "Cev v cevi" Projektiranje najbližje izpolnjuje te zahteve. In če teče protitočne tekočine za prenos toplote, bo tako imenovani "boj proti pravi" (v nasprotju z navzkrižno kot v ploščo TOA). Temperatura tlak najučinkoviteje sproži, ko je organizacijo prometa. Vendar pa je treba opravljanje "cev v cevi" izračun toplotnega izmenjevalnika biti realni in ne pozabite na komponento logistike, kot tudi enostavno namestitev. Dolžina evrofury - 13,5 m, in ne vseh tehnične naprave, prirejene za kompaktni in namestitev opreme take dolžine.

Shell in cevni toplotni izmenjalniki

Zato je del izračuna tovrstne naprave gladko teče v izračunu ohišjem in cevjo toplotnega izmenjevalnika. Ta naprava, pri čemer je snop cevi v enem primeru (ohišja), izperemo z različnimi hladilna sredstva glede na ciljni opremo. V kondenzatorji, na primer, teče v hladilnem plašču in vodo - v cevi. S to metodo prometa okoljih lažje in bolj učinkovito nadzirati delovanje enote. V uparjalnikov, nasprotno, hladilno vre v epruvetah in jih izperemo z ohlajeno tekočino (voda, slanice, glikolov, itd). Zato je toplotni izmenjevalnik Izračun cevi zmanjša, da se zmanjša velikost opreme. Igranje s premerom okrova, premera in števila in dolžine notranje cevi aparata inženir vnese izračunana vrednost toplotnega izmenjevalnika površine.

zrak toplotne izmenjevalnike

Eden od najpogostejših daleč toplotnih izmenjevalcev - lamelni cevni prenosniki toplote. So imenovani tuljave. Kadar niso le prilagodi v razponu od fancoils (od angleške. Fan + tuljavo, to je, "fan" + "coil") v notranjih blokih split sistemi za velikanski dimnih plinov rekuperatorjem (izbor toplote iz vročih dimnih plinov in prenos je za ogrevanje) v kotlih na CHP. Zato je izračun izmenjevalnika je odvisna od uporabe, kjer se toplota gre v obratovanje. Industrijski zračni hladilniki (VOPy) nameščeni v zbornic šok zamrznjeno meso, v zamrzovalnikih pri nizkih temperaturah in drugih predmetov hlajenje hrane, zahtevajo nekatere strukturne značilnosti pri njihovem oblikovanju. Razdalja med lamele (FIN) mora biti čim večja, da poveča čas neprekinjenega delovanja med odmrzovanje ciklih. Uparjalniki za DCS (podatkovnega centra), nasprotno, naredi čim bolj kompaktno vpenjanje mezhlamelnye razdaljo na minimum. Takšni toplotni izmenjevalniki delujejo v "čisti območju", ki ga obdaja fini filter (do HEPA razreda), vendar se ta izračun izvede cevnega toplotnega izmenjevalca s poudarkom na zmanjšanju celotne dimenzije.

Ploščni toplotni izmenjevalniki

Trenutno stabilno povpraševanje po plošča toplote. Po konstruktivno oblikovanje, so v celoti tesnili in delno varjene in mednopayanymi nikelpayanymi, varjene in spajkane metodo difuzije (brez spajke). Toplotna oblikovanje ploščnega izmenjevalnika toplote dovolj prožna in ni posebej težko inženir. Izbirni postopek se lahko igrajo tipa plošče, globoke kanale, ki tvorijo, tipa fin, debeline jekla, različnih materialov in, kar je najpomembnejše - veliko standardne modele velikost naprav različnih velikosti. Taki toplotnih izmenjevalnikov so nizka in široka (za parno ogrevanje vode) ali visokih in ozkih (toplotne izmenjevalnike separacijskih za klimatizacijo). Pogosto se uporabljajo, in medij s faznim prehodom, torej kot kondenzatorje, uparjalniki, parne hladilniki, predkondensatorov in tako naprej. D. Izvajanje toplotno oblikovanje toplotnega izmenjevalnika, ki deluje v dvofaznem vzorec, nekoliko trše od toplotnega izmenjevalnika z "tekočinsko-tekočinsko", toda za izkušen inženir ta problem je rešljiv in ni posebej težko. Za olajšanje te izračune sodobne inženirske oblikovalci uporabljajo računalniško bazo podatkov, kjer lahko najdete veliko potrebnih informacij, vključno s faznim diagramom koli hladilno sredstvo v vsakem načinu streak, na primer, program CoolPack.

Izračun Primer izmenjevalnik

Glavni namen izračuna je izračun potrebne za izmenjavo toplote površine. Toplota (hlajenje) moč je običajno določeno v mandatu, ampak v našem primeru bomo izračunali in jo, za, recimo, preverjanje specifikacije zahtev. Včasih se tudi zgodi, da je prvotne podatke prikradejo napake. Ena od nalog pristojnega inženir - to napako najti in popraviti. Kot primer, opravljajo izračun ploščnega prenosnika za "tekoče - tekočine". Naj bo ločilo vezje (tlak odklopnik) v Stolpnica. Da bi razbremenili pritisk na opremo, gradnjo nebotičnikov zelo pogosto uporabljajo ta pristop. Na eni strani toplotnega izmenjevalnika imajo vode pri dotoku Tvh1 = 14 ᵒS in izstop Tvyh1 = 9 ᵒS, in pretočna hitrost G1 = 14 500 kg / h, in na drugi strani - je tudi voda, ki pa tukaj z naslednjimi parametri: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

Potrebno moč (Q0) izračunamo po formuli toplotno bilanco (glej sliko zgoraj, formulo 7.1 ..), kjer Cp - specifična toplotna kapaciteta (tabela vrednosti). Zaradi poenostavitve izračunov Te vrednosti prevzame toplotna kapaciteta EOT = 4.187 [kJ / kg * ᵒS]. Menimo, da:

Q1 = 14 500 * (14-9) * 4,187 = 303.557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - na prvi strani in

Q2 = 18 125 * (12-8) * 4,187 = 303.557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - na drugi strani.

Upoštevajte, da se v skladu s formulo (7.1), q0 = Q1 = Q2, ne glede na to, katera stran izračun izvede.

Nadalje, v glavnem za prenos toplote enačbi (7.2), smo ugotovili, potrebno površino (7.2.1), kjer je k - koeficient toplotne prehodnosti (domnevno enaka 6350 [W / ^m2]), in ΔTsr.log. - povprečna-temperaturna razlika, ki se izračuna po formuli (7.3):

? T sr.log. = (2-1) / ln (2/1) = 1 / ln2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F = 84321/6350 * 1,4428 = 9,2 ^m2.

V primeru, da je koeficient prenosa toplote neznano, izračun je nekoliko bolj zapletena, toplotni izmenjevalnik. Formula (7.4) se štejejo Reynoldsovo število kjer ρ - gostota [kg / ^m3], η - dinamična viskoznost, [n * s / m ^2], proti - hitrost medija v kanalu [m / s], d cm - omočljivo premer izvrtine [m].

Iz tabele želimo zahtevano vrednost Prandtlove [Pr], in s formulo (7.5), dobimo Nusseltovo število, kjer je n = 0,4 - če tekoča pogojih segrevanja, in n = 0,3 - hlajenje v tekočih razmerah.

Nadalje je formula (7.6), izračunan koeficient toplotne prehodnosti od hladilne tekočine za vsako steno, in formula (7.7) Predpostavlja koeficient toplotne prehodnosti, ki je substituirana v formuli (7.2.1) za izračun menjalnega površino toplote.

V zgornjih formulah λ - toplotna prevodnost koeficient, ϭ - debelina kanala stene, a1 in α2 - koeficienta toplotne vsake stene za prenos toplote.