Beräkning av värmeväxlaren: exemplet. Beräkning av området, kraften i värmeväxlaren

Beräkning av värmeväxlaren tar nu mindre än fem minuter. Varje organisation som producerar och säljer sådan utrustning vanligtvis ger alla sin egen rekryteringsprogram. Den kan laddas ner kostnadsfritt från företagets webbplats eller deras tekniker kommer till ditt kontor och installera det gratis. Men som ett resultat av sådana beräkningar är korrekta, kan vi lita på honom och inte vara smart om tillverkaren genom att slåss i anbudet med konkurrenterna? Kontroll elektroniska räknare kräver kunskap eller åtminstone förståelse av moderna metoder för beräkning av värmeväxlare. Låt oss försöka reda ut detaljerna.

Vad är en värmeväxlare

Innan beräkningen av värmeväxlaren, låt oss komma ihåg, och vilken typ av sådan anordning? Teplomassoobmennyh Apparat (aka värmeväxlare, även känd som värmeväxlarapparat eller TOA) - en anordning för överföring av värme från ett kylmedel till en annan. I processen kylvätska förändringar temperatur förändras även deras densitet och följaktligen index massa ämnen. Det är därför sådana processer kallas värme- och massöverföring.

typer av värmeöverföring

Nu ska vi prata om olika värmeöverförings - det finns bara tre. Strålning - överföring av värme genom strålning. Som ett exempel kan vi påminna om att sola på stranden på en varm sommardag. Och även dessa värmeväxlare kan hittas på marknaden (rör luftvärmare). Men oftast för uppvärmning av rummen i lägenheten vi köper olja eller elvärme. Detta är ett exempel på en annan typ av värmeöverförings - konvektion. Konvektion är naturligt, ofrivillig (extrakt, och i rutan bör värmeväxlaren) eller med mekanisk drivning (med en fläkt, till exempel). Den senare typen är mycket effektivare.

Emellertid, den mest effektiva metoden för värmeöverföring - är värmeledningsförmågan, eller, som det kallas, konduktion (ledning av engelska -. "Konduktivitet"). Varje ingenjör som kommer att hålla den termiska utformningen av värmeväxlaren, först och främst tänka på hur man väljer en effektiv utrustning i ett minimalt utrymme. Och det lyckas uppnå detta är genom ledning. Ett exempel på detta är den mest effektiva hittills TOA - plattvärmeväxlare. Plattan TOA per definition - en värmeväxlare som överför värme från kylmediet till en annan genom en vägg som separerar dem. Den maximalt möjliga kontaktyta mellan de två medier tillsammans med sanna utvalda material, och deras profilplattor tjockleksdimensioner valda för att minimera hårdvaru samtidigt bevara de ursprungliga tekniska egenskaper som krävs i processen.

typer av värmeväxlare

Innan du utför beräkningen av värmeväxlaren bestäms av dess typ. All TOA kan delas in i två huvudgrupper: rekuperativa och regenerativa värmeväxlare. Den största skillnaden mellan dessa är följande: i TOA rekuperativa värmeväxlingen äger rum genom väggen som skiljer de två värmemediet, och kommer i kontakt med varandra i två regenerativa medier, som ofta kräver efterföljande blandning och separation i speciella separatorer. Regenerativa värmeväxlare är uppdelade i värmeväxlare och blandning med ett munstycke (stationär incident eller mellanliggande). Grovt sett, sätta kyls i kylskåpet (aldrig inte gör!) En hink med varmt vatten, lägg upp i kylan, eller ett glas varmt te - detta är ett exempel på en sådan blandning TOA. En häll te tefat och kylning av det så vi får ett exempel på en regenerativ värmeväxlare med munstycket (fat, i detta exempel spelar munstycksdelen), som först bringas i kontakt med den omgivande luften och tar dess temperatur, och sedan väljer den del av värmen av hälles i det av varmt te i syfte att både medier leder till termisk jämvikt läge. Men som vi redan har hittat en mer effektiv användning av värmeledningsförmåga för att överföra värme från ett medium till ett annat, därför mer användbar när det gäller värmeöverföring (och används i stor utsträckning) TOA dag - naturligtvis rekuperativ.

Termisk och strukturell beräkning

Någon beräkning av den regenerativa värmeväxlaren kan göras baserat på resultaten av de termiska, hydrauliska och hållfasthetsberäkningar. De är grundläggande, oumbärlig för utformningen av ny utrustning och teknik är grunden för att beräkna de efterföljande modeller av samma typ av enheter linje. Den viktigaste uppgiften för TOA beräkningen termiska är att bestämma den erforderliga värmeväxlingsytans area för stabil drift av värmeväxlaren och upprätthålla de erforderliga parametrarna för utloppet media. Ganska ofta i sådana beräkningar ingenjörer ges godtyckliga värden av vikt- och storleksegenskaper för framtida utrustning (material, rör diameter, plattor, dimensioner, balk geometri, typ och material finning et al.), Dock efter värme utförs typiskt konstruktiv beräkning växlare. Trots allt, om det första steget ingenjör anses nödvändiga ytarean för ett rör given diameter, exempelvis 60 mm, och längden av värmeväxlaren således vänt ungefär sextio meter, är det logiskt att anta övergången flerstegsvärmeväxlare eller till rörknippet typ, eller för att öka diametern av rören.

hydraulisk beräkning

Hydrauliska eller hydromekaniska och aerodynamiska beräkningar utförs för att identifiera och optimera hydraulisk (aerodynamisk) tryckförlust i värmeväxlaren, och för att beräkna energiförbrukningen för att övervinna dem. Beräkning av någon väg, kanal eller ett rör för värmemediumpassagen konfronterar humant primära uppgift - att intensifiera värmeväxlingsprocessen på platsen. Det vill säga, ett medium måste passera, och den andra är att få så mycket värme minst intervall av sitt lopp. Detta gälla ofta ytterligare värmeväxlingsytan i form av fenytor utvecklade (för separation av gräns laminära underskiktet och förbättra flödesturbulens). Optimal balans förhållande i hydrauliska förluster, de områden av värmeväxlingsytan, vikt- och storlekskarakteristika, och den tillbakadragna värmeeffekt är resultatet av den sammanlagda termiska, hydrauliska och konstruktiv TOA beräkning.

kontrollera beräkningen

Kontroll av värmeväxlaren genomförs i de fall där det är nödvändigt att lägga en effektreserv på alla värmeväxlarytan. Ytan av reserven av olika anledningar och i olika situationer, om så krävs av förfrågningsunderlaget, om tillverkaren beslutar att ytterligare marginal för att vara riktigt säker att värme kommer att släppas på regimen och för att minimera fel i beräkningarna. I vissa fall är reservationer krävs för avrundning strukturella dimensioner resulterar i andra (förångare, förvärmare) vid beräkning av kapaciteten hos värmeväxlaren är speciellt införs marginal yta på kompressoroljekontaminering är närvarande i kylkretsen. Ja, och dålig vattenkvalitet måste beaktas. Efter ett tag, ett väl fungerande värmeväxlare, speciellt vid höga temperaturer, sedimenterar avskum på ytan av värmeväxlarapparaten, vilket minskar värmeöverföringskoefficienten, och oundvikligen leder till en minskning av parasitvärme start. Därför kompetent ingenjör, en beräkning av värmeväxlaren "vatten vatten", ägnar särskild uppmärksamhet åt den ytterligare reserv av värmeväxlarytan. Kontroll beräkning och spendera för att se hur utrustningen valt att arbeta med andra, sekundära lägen. Till exempel, i de centrala luftkonditioneringsanläggningar (anläggningar lufttillförsel) värmare för första och andra upphettnings används under den kalla årstiden, och ofta involverar sommaren för kylning tilluften utfodring kallt vatten i luften värmeväxlarröret. Hur kommer de att fungera och vad som kommer att ge de parametrar för att utvärdera beräkningen span.

uppskattningar forsknings

Forskning TOA beräkningar utförs på basis av resultaten av den termiska beräkningar och verifiering. De är nödvändiga, som regel, att göra de senaste ändringarna till struktur utformad enhet. De utförs också för att korrigera eventuella ekvationer är lagda i beräkningsmodellen implementeras TOA erhållas empiriskt (för experimentella data). Utföra forskning innebär en beräkning av tiotals och ibland hundratals beräkningar av en särskild plan, utvecklas och genomföras i produktionen enligt den matematiska teorin för utformning av experiment. Enligt resultaten avslöjar inverkan av olika förhållanden och fysiska storheter på prestandaindikatorer TOA.

andra beräkningar

Beräkningen av värmeväxlarområdet, inte glömma motståndet av material. Hållfasthetsberäkningar TOA omfatta kontroll den projicerade enhet för spänning, vrid fastsättning de maximalt tillåtna arbetsmoment på detaljer och noderna i framtiden för värmeväxlaren. Med minimala mått av produkten bör vara stark, stabil och garantera en säker drift i olika, även de mest krävande förhållanden.

Dynamisk beräkning utförs för att bestämma olika egenskaper hos värmeväxlaren på variabla driftslägen.

Olika typer av värmeväxlare utformning

Rekuperativ TOA i design kan delas upp i ett tillräckligt stort antal grupper. Den mest kända och mest använda - en plattvärmeväxlare, luft (Kamflänsrör), skal och rör värmeväxlare "rör i rör", hölje-och-platta, och andra. Det finns mer högspecialiserade och exotiska typer, t ex spiral (cochlea-växlar) eller skrapan, som arbetar med viskösa eller icke-newtonska vätskor, och många andra typer.

Värmeväxlare "rör i rör"

Tänk på enklaste beräkningen av värmeväxlaren "rör i rör". Strukturellt är denna typ av TOA maximalt förenklas. Under uppstart det inre röret apparaten, vanligtvis heta värmeöverföringsvätskan att minimera förluster, och in i huset eller i det yttre röret, kylmediet kylning körningen. Ingenjör Uppgift i detta fall minskar till bestämningen av längden hos värmeväxlaren på basis av den beräknade värmeväxlings ytarea och förutbestämda diametrar.

Det är värt att tillägga att i termodynamik introducerar begreppet av en ideal värmeväxlare, som är av oändligt längdenhet, där kylmedel arbetar i räknaren, och mellan fullt utlöst temperaturskillnaden. Motivet "rör i rör" närmast uppfyller dessa krav. Och om den körs motströmsvärmeöverföringsvätskor, kommer det att vara den så kallade "counter-real" (i motsats till tvär som i plåt TOA). Temperatur tryck mest effektivt utlöses när en trafikorganisation. Dock bör utföra en "rör i rör" beräkning av värmeväxlaren vara realistiska och inte glömma logistik komponenten samt enkel installation. evrofury längd - 13,5 m, och inte alla tekniska hjälpmedel som är anpassade till sladda och installation av utrustning såsom längd.

Skal och rörvärmeväxlare

Därför är det en del av beräkningen av en sådan anordning flyter jämnt in i beräkningen av skalet och rörvärmeväxlare. Denna anordning, varvid rörknippet är i ett enda hölje (hölje), tvättades med olika kylmedel, beroende på destinationsenheten. I kondensatorer, till exempel, köras i köld jacka, och vatten - i ett rör. Med denna metod för trafik miljöer enklare och mer effektivt att styra enheten. I förångarna, omvänt, kokar köldmediet i rören och de tvättas med kyld vätska (vatten, saltlösningar, glykoler, etc). Därför är beräkningen rörsvärmeväxlare reduceras för att minimera utrustningens storlek. Leker med diametern för höljet, diametern och antalet och längden hos den inre rör apparaten ingenjör inträder det beräknade värdet för värmeväxlingsytan.

luftvärmeväxlare

En av de vanligaste överlägset värmeväxlare - en flänsförsedd tubvärmeväxlare. De kallas spolar. Där de inte bara justeras i intervallet från fläktkonvektorer (från engelska. Fläkt + spole, dvs "fläkt" + "spole") i interna block split system till jätte rökgas rekuperator (urval av värme från den heta rökgasen och överföring det för uppvärmning) i pannor vid CHP. Därför är beräkningen av spolen växla beror på tillämpningen, där värmen tas i bruk. Industriella luftkylare (VOPy) installerade i kamrarna stöt fryst kött, i frysar vid låga temperaturer och andra ändamål med livsmedels kyl-, kräver vissa strukturella särdrag i sin design. Avståndet mellan lamell (fin) bör maximeras för att öka tiden för kontinuerlig drift mellan avfrostningscykler. Förångare för DC: er (datacenter), tvärtom, möjliggör en mer kompakt kläm mezhlamelnye avstånd till ett minimum. Sådana värmeväxlare är verksamma i den "rena zonen", omgiven av ett fint filter (upp till HEPA-kvalitet), emellertid, är denna beräkning utförs av den rörformiga värmeväxlare med en betoning på att minimera de totala dimensionerna.

plattvärmeväxlare

För närvarande stabil efterfrågan på plattvärmeväxlare. Enligt dess konstruktiva utformning, de är helt tätad och semi-svetsade, och mednopayanymi nikelpayanymi, svetsade och lödda diffusionsmetod (utan lod). Termisk utformning av plattvärmeväxlaren är tillräckligt flexibelt och inte särskilt svåra att ingenjör. Urvalsprocessen kan spela typ plattor, djupa kanaler som bildar, fena typ, stål tjocklek, olika material och, viktigast - många standardstorlek modeller av anordningar av olika storlekar. Sådana värmeväxlare är låga och breda (för ångan uppvärmning av vatten) eller höga och smala (separations värmeväxlare för luftkonditioneringssystem). De ofta används, och ett medium med en fasövergång, dvs som kondensorer, förångare, ånga kylare, predkondensatorov och så vidare. D. Utför termisk utformning av värmeväxlare som arbetar vid ett bifasiskt mönster, lite hårdare än värmeväxlaren av "vätske-vätske", men för erfaren ingenjör detta problem är lösbar och är inte särskilt svårt. För att underlätta dessa beräkningar moderna ingenjörs designers använder databas, där du kan hitta en hel del av nödvändig information, inklusive fasdiagram av en köld i någon strimma läge, till exempel, ett program CoolPack.

Beräkning Exempel växlar

Det huvudsakliga syftet med beräkningen är en beräkning av den nödvändiga värmeväxlingsytan. Värme (kylning) makt brukar anges i förfrågningsunderlaget, men i vårt exempel kommer vi att beräkna och henne, för, säg, en kontroll av kravspecifikation. Ibland händer det också att de ursprungliga uppgifterna kan krypa fel. En av uppgifterna för en kompetent ingenjör - det här felet för att hitta och åtgärda. Som ett exempel, utför beräkningsplattvärmeväxlare av den "vätske - vätska". Låt det vara en separeringskrets (tryckbrytare) i höghus. För att lätta på trycket på utrustningen, byggandet av skyskrapor som används mycket ofta detta synsätt. På en sida av värmeväxlaren har vatten vid ingången Tvh1 = 14 ᵒS och avfart Tvyh1 = 9 ᵒS, och en flödeshastighet G1 = 14 500 kg / h, och på den andra - är också vatten, men här med de följande parametrarna: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / timme.

Nödvändiga kraften (Q0) beräkna den termiska balansen formel (se figuren ovan, formeln 7,1 ..), där Cp - specifik termisk kapacitet (tabellvärde). För enkelhets skull av beräkningar Dessa värden tar värmekapaciteten EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Vi anser:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84321,53 kW - på den första sidan och

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84321,53 kW - på den andra sidan.

Notera att, i enlighet med formel (7,1), Q0 = Q1 = Q2, oavsett vilken sida av beräkningen utförs.

Vidare, i den huvudsakliga värmeöverföringsekvationen (7,2), finner vi det nödvändiga ytarean (7.2.1), där k - värmeöverföringskoefficient (antas vara lika med 6350 [W / ^m2]), och ΔTsr.log. - skillnad mean-temperatur, beräknas genom formeln (7,3):

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

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

I fallet där värmeöverföringskoefficienten är okänd, är beräkningen något mer komplicerad plattvärmeväxlare. Formeln (7,4) anses Reynolds tal där ρ - densitet [kg / ^m3], η - dynamisk viskositet, [N * s / m ^2], v - hastigheten hos mediet i kanalen [m / s], d cm - vätbart håldiameter [m].

Från tabellen söker vi det erforderliga värdet Prandtl [Pr], och formeln (7,5), erhåller vi det Nusselt tal, där n = 0,4 - ett vätskeförhållanden uppvärmning, och n = 0,3 - kylning i flytande tillstånd.

Vidare är formeln (7,6) beräknat värmeöverföringskoefficient från kylmediet till varje vägg, och formeln (7,7) antas värmeöverföringskoefficient, som är substituerad i formeln (7.2.1) för att beräkna värmeväxlingsytan.

I ovanstående formler, λ - termisk ledningskoefficient, ϭ - tjockleken på kanalvägg, a1 och α2 - värmeöverföringskoefficienterna för var och en av värmeöverföringsväggen.