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

Proračun izmjenjivača topline sada traje manje od pet minuta. Svaka organizacija koja proizvodi i prodaje takvu opremu obično daje svatko svoj zapošljavanje program. To se može besplatno preuzeti s web stranice tvrtke ili njihov tehničar će doći u vaš ured i instalirati ga besplatno. Međutim, kao rezultat tih kalkulacija točna, možemo mu povjerenje, a ne biti pametan ako proizvođač boreći se u natječaju sa konkurentima? Provjera elektronički kalkulator zahtijeva znanje ili barem razumijevanje suvremenih metoda izračuna izmjenjivača topline. Idemo pokušati riješiti detalje.

Što je izmjenjivač topline

Prije izvođenja izračun izmjenjivača topline, prisjetimo se, i kakav takav uređaj? Teplomassoobmennyh Uređaj (aka izmjenjivač topline, također poznat i kao uređaj za izmjenu topline ili TOA) - uređaj za prijenos topline iz jednog u drugi rashladne tekućine. U procesu promjene temperature rashladne tekućine i promijeniti svoje gustoće i, sukladno tome, masa indeksi tvari. To je razlog zašto su takvi procesi se nazivaju prijenosa topline i mase.

vrste prijenosa topline

Sada ćemo govoriti o vrstama prijenos topline - postoje samo tri. Zračenje - prijenos topline zračenjem. Kao primjer, možemo prisjetiti sunčajući se na plaži na toplom ljetnom danu. Pa čak i ovi izmjenjivači topline mogu se naći u (grijača cijev zraka) na tržištu. Međutim, najčešće za dom grijanje, sobe u stanu kupujemo ulje ili električnog grijanja. Ovo je primjer druge vrste prijenosa topline - konvekcije. Konvekcijom je prirodna, prisilno (ekstrakt, a okvir treba izmjenjivač) ili s mehaničkim pogonom (s ventilatorom, na primjer). Potonji tip je mnogo učinkovitiji.

Međutim, najučinkovitija metoda prijenosa topline - je toplinska vodljivost, ili, kako ga nazivaju, vođenje (vođenje engleskog -. „Provodljivost”). Svi inženjeri koji će održati toplinske dizajn izmjenjivača topline, prije svega razmišljati o tome kako odabrati učinkovite opreme u minimalno prostora. I to uspije postići to je kondukcija. Primjer za to je najučinkovitiji datuma TOA - izmjenjivača topline. Ploča TOA po definiciji - izmjenjivač topline koji prenosi toplinu iz rashladnog sredstva u drugom kroz zid njihovo razdvajanje. 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 nego što provesti izračun izmjenjivača topline određuju po vrstama. 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 tražeći oba medija dovode do modu 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.

Toplinska i strukturna izračun

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. Izračun bilo puta, kanal ili cijevi za prolaz sredstva za grijanje suprotstavlja humani primarnu zadaću - pojačati proces razmjene topline na mjestu. To jest, jedan medij mora proći, a drugi je da se što više topline na minimum razmaku od svojih tečaja. Ovo često primjenjuju dodatne izmjene topline površine u formi površina razvijena rebara (za odvajanje graničnog sloja i poboljšanje laminarnog toka turbulencije). 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.

provjere izračuna

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 (isparivači, economiser) u izračun kapaciteta izmjenjivača topline je posebno uvedena površinu marže na onečišćenje kompresora ulje prisutno u rashladnom krugu. Da, i loša 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 što će dati parametre za procjenu izračun raspona.

procjene istraživanja

Istraživanje TOA proračuni provode se na temelju rezultata toplinske obračuna i verifikaciju. Oni su potrebni, u pravilu, da bi najnovije izmjene strukture dizajniran uređaj. 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. Prema rezultatima otkrivaju utjecaj različitih uvjeta i fizikalnih veličina na pokazateljima učinka TOA.

druge izračune

Izračun površine izmjenjivača topline, ne zaboravite o otpornosti materijala. proračuni čvrstoće TOA uključuju provjeru predvidive za napon, torzijske privrženost najvišim dopuštenim radnim trenutaka za detalje i čvorovima budućnosti izmjenjivača topline. Uz minimalne dimenzije proizvoda bi trebala biti jaka, stabilna i osigurati siguran rad u različitim, čak i najkrvavije uvjetima.

Dinamički izračun se obavlja kako bi se utvrdilo različite karakteristike izmjenjivača topline na promjenjive načina rada.

Vrste dizajnu izmjenjivača topline

Oporavlja TOA u dizajnu se može podijeliti u dovoljno velikom broju grupa. 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. Postoji više visoko specijalizirane i egzotične vrste, na primjer, spiralni (pužnice-izmjenjivač) ili strugač, koji rade s viskoznim ili ne-newtonske tekućine, i mnoge druge vrste.

izmjenjivač topline „cijev u cijev”

Razmotrimo najjednostavniji izračun izmjenjivača „cijev u cijevi” topline. Strukturno, ova vrsta TOA maksimalno pojednostavljena. 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.

Dodajmo da je u termodinamici uvodi pojam idealnog izmjenjivača topline, odnosno beskrajnog jedinici duljine, gdje rashladne rade u pulta, a između potpuno pokreću temperaturne razlike. Dizajn „cijev u cijevi” najbliži zadovoljava ove uvjete. A ako se izvoditi, protustrujnim tekućine za prijenos topline, to će biti takozvani „kontra-real” (za razliku od unakrsno kao u tanjur TOA). Tlak temperatura najdjelotvornije pokreću kada organizaciju prometa. Međutim, izvodeći „cijev u cijevi” izračun izmjenjivača topline treba biti realan i ne zaboraviti logistike komponente, kao i jednostavnost instalacije. Duljina evrofury - 13,5 m, a nisu svi tehnički objekti prilagođeni skliznuti i montaža opreme, kao duljine.

Ljuska i cijevi izmjenjivača topline

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, izvoditi u rashladnog plašta i vodu - u cijevi. Uz ovu metodu prometa okruženjima lakše i učinkovitije kontrolirati rad 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. Igranje s promjerom kućišta, promjera i broj i dužina unutarnje cijevi naprave inženjera ulazi izračunatu vrijednost površine za izmjenu topline.

izmjenjivači topline zrak

Jedan od najčešćih koje daleko izmjenjivača topline - rebrastu izmjenjivači topline s cijevnim. Oni su pozvali 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 je za grijanje) u kotlovima na CHP. 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 lamele (lamela) treba biti maksimalno povećati vrijeme neprekidnog rada između odleđivanja ciklusa. 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.

izmjenjivača topline

Trenutno stabilna potražnja za izmjenjivača topline. Prema njegovom konstruktivnom dizajna, oni su potpuno zabrtvljeno i polu-zavarene i mednopayanymi nikelpayanymi, zavareni i lemi metodom difuzije (bez lema). Toplinsko oblikovanje izmjenjivača topline je dovoljno fleksibilan i nije osobito teško inženjera. 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 ovaj problem je rješiv i nije osobito teško. 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.

Izračun Primjer izmjenjivač

Glavna svrha izračun je izračun potrebne površine za izmjenu topline. Topline (rashladna) snaga je obično navedeno u zadatku, ali u našem primjeru ćemo izračunati i nju, za, recimo, ček specifikacije zahtjeva. Ponekad se događa da su izvorni podaci mogu puzanje pogreške. Jedan od zadataka nadležnog inženjera - ova greška pronaći i popraviti. Kao primjer, izvesti izračun pločastog izmjenjivača topline u „tekuće - tekućine”. Neka to bude separator (pritisak prekidača) u nebodera. Kako bi se osloboditi pritisak na opremi, izgradnja nebodera vrlo često koristi ovaj pristup. 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, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

Potrebno napajanje (Q0) izračunati formulu toplinske ravnoteže (vidi sliku gore, formula 7.1 ..), gdje Cp - specifični toplinski kapacitet (tablica vrijednost). Radi jednostavnosti izračuna Te vrijednosti uzeti kapacitet toplinske EOT = 4.187 [kJ / kg * ᵒS]. Smatramo:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84.3 84321,53 kW - na prvoj strani i

Q2 = 18 * 125 (12 - 8) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84.3 84321,53 kW - na drugoj strani.

Imajte na umu da se, u skladu sa formulom (7.1), Q0 = Q1 = Q2, neovisno o strani izračuna provodi.

Nadalje, u glavnom jednadžbe prijenosa topline (7.2), nalazimo potrebnu površinu (7.2.1) gdje je k - koeficijent prijelaza topline (pretpostavlja jednaka 6350 [W / ^m2]), i ΔTsr.log. - razlika srednje temperature, izračunava se formulom (7.3):

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

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

U slučaju kada je koeficijent prijelaza topline je nepoznat, izračun je malo složeniji Pločasti izmjenjivač topline. Formula (7.4), smatraju se Reynoldsov broj gdje ρ - gustoća [kg / ^m3] η - dinamički viskozitet, [N * s / ^m2], v - brzina medija u kanalu [m / s], d cm - kvašenje promjer provrta [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 gornjim formulama, λ - koeficijent toplinske vodljivosti, ϭ - debljina stijenke kanala, α1 i α2 - koeficijenata prijenosa topline svake od zida za prijenos topline.