Изчисляване на топлообменника: примера. Изчисление на площта, мощността на топлообменника

Изчисление на топлообменника сега отнема по-малко от пет минути. Всяка организация, която произвежда и продава такова оборудване обикновено дава всеки собствена програма набиране на персонал. Тя може да бъде изтеглен безплатно от интернет страницата на дружеството или им техник ще дойде във вашия офис и да го инсталирате безплатно. Въпреки това, в резултат на тези изчисления е правилно, можем да му се доверите и да не е умен, ако производителят, като се биете в търга с неговите конкуренти? Проверка на електронен калкулатор изисква познания или поне разбирането на съвременните методи на изчисление на топлообменници. Нека се опитаме да се оправи детайлите.

Какво е топлообменник

Преди извършване на изчислението на топлообменника, нека да си спомним, и какъв вид такова устройство? Teplomassoobmennyh апарат (известен още като топлообменник, известен също като топлообменен апарат или ПНВ) - устройство за пренос на топлина от един охладител на друг. В процеса се променя температурата на охлаждащата течност също променят тяхната плътност и съответно маса индекси вещества. Ето защо такива процеси са посочени като топлина и маса.

видове пренос на топлина

Сега нека да поговорим за видовете пренос на топлина - има само три. Радиационна - прехвърляне на топлина чрез излъчване. Като пример можем да си припомним за слънчеви бани на плажа в топъл летен ден. И дори тези топлообменници могат да бъдат намерени в пазара (тръба въздушни нагреватели) на. Въпреки това, най-често за домашно отопление, стаи в апартамента, които купуваме масло или електрическо отопление. Това е пример на друг вид пренос на топлина - конвекция. Конвекция е естествено, неволно (екстракт, и в полето трябва обменника) или с механично устройство (с вентилатор, например). Последният вид е много по-ефективна.

Въпреки това, най-ефективният метод за пренос на топлина - е термичната проводимост, или, както се нарича, проводимост (проводимост на английски -. "Проводимост"). Всеки инженер, който ще се съхраняват топлинната дизайн на топлообменника, на първо място мисля за това как да изберем ефективно оборудване в минимално пространство. И това успява да постигне това е чрез проводимост. Един пример за това е най-ефективен за дата TOA - плоча топлообменници. Plate TOA по дефиниция - топлообменник, които пренасят топлина от охладителя към друг през стената им разделяне. максималния възможен контактната зона между двете среди заедно с истински избрани материали, както и техните профилни плочи дебелина размери избрани за свеждане до минимум хардуер при запазване на първоначалните технически характеристики, изисквани в процеса.

видове топлообменници

Преди да извърши изчислението на топлообменника се определят от неговия вид. Всички ПНВ могат да бъдат разделени на две основни групи: рекуперативни и регенеративни топлообменници. Основната разлика между тях е както следва: в TOA рекуперативен обмена на топлина се осъществява през стената, разделяща среда два топлина, и влизат в контакт един с друг в два регенеративни медии, често изисква последващо смесване и разделяне в специални сепаратори. Регенеративните топлообменници са разделени на топлообменници и смесване с дюза (стационарна инцидент или междинно съединение). Грубо казано, кофа с топла вода, поставени в студа, или чаша горещ чай, сложи охлажда в хладилник (никога не правя!) - това е пример за такова смесване TOA. Леякова чай чиния и охлаждане на толкова получаваме пример на регенеративен топлообменник с дюзата (чиния, в този пример играе част на дюзата), което първо се поставя в контакт с атмосферния въздух и се температура, и след това избира част от топлината на излива в нея горещ чай търси както носители олово в режим на термично равновесие. Въпреки това, както вече бе открита по-ефективно използване на топлопроводимост за прехвърляне на топлина от една среда в друга, следователно, по-полезно от гледна точка на пренос на топлина (и широко използван) TOA днес - разбира се, рекуперативен.

Термични и структурни изчисление

Всяко изчисляване на регенеративен топлообменник може да се направи въз основа на резултатите от топлинни, хидравлични и якост изчисленията. Те са от основно значение, необходима за проектиране на ново оборудване и технологии са в основата за изчисляване на следващите модели на един и същ тип устройства линия. Основната задача на изчисляване на топлинната TOA е да се определи необходимата топлообменна повърхност за стабилна работа на топлообменника и поддържане на необходимите параметри на изхода на носителя. Много често в тези изчисления инженери са дадени произволни стойности на тегло и размер характеристики на бъдещата оборудване (материал, диаметър тръби, плочи, размери, геометрия лъч, тип и материал премахване на перките и др.), Но след топлинна обикновено се провежда конструктивен изчисление топлообменник. В крайна сметка, ако първият етап инженер счита за необходима площ за дадена тръба с диаметър, например 60 mm, а дължината на топлообменника по този начин беше около шейсетm, логично е да се предположи, преход многостепенен топлообменник или вида на тръбен сноп, или за увеличаване на диаметъра на тръбите.

хидравлично изчисление

Хидравлични или хидро-механични и аеродинамични изчисления проведени да се идентифицират и да се оптимизира хидравлични (аеродинамичен) загуба на налягане в топлообменника, и за изчисляване на потреблението на енергия, за да ги преодолее. Изчисляване на всеки път, канал или тръба за преминаване на отоплителната среда изправя човешки основна задача - да засили процеса на топлообмен на мястото. Това означава, че една среда трябва да преминат, а другият е да се получи най-много топлина при минимален интервал от своя курс. Това често се прилага допълнителна топлообменна повърхност под формата на перка повърхности разработени (за отделяне на граничната ламинарен подслой и подобряване на турбулентност на потока). връзка оптимален баланс на хидравличните загуби, областта на обмен повърхността на топлина, характеристиките на тегло и размери, и източената изхода топлина е резултат на термични, хидравлични и конструктивен изчисляването на общата TOA.

изчисляване на проверка

Проверка на топлообменника се извършва в случаите, когато е необходимо да се положи резервна мощност на всяка повърхност топлообмен. Повърхността на резерва по различни причини и в различни ситуации, ако това се изисква от техническото задание, ако производителят решава да направи допълнителен марж да е сигурен, че тази топлина ще бъде пусната на режима, и да сведе до минимум грешките в изчисленията. В някои случаи са необходими за резервации закръгляване структурни размери резултати в други (изпарители, економайзери) в изчисляването на капацитета на топлообменника е специално въведен граница повърхност на замърсяване на компресора масло присъства в хладилната верига. Да, и лошото качество на водата трябва да бъде взето под внимание. След известно време на нормалното функциониране на топлообменници, особено при високи температури, ръждата се утаява върху повърхността на устройството за топлообмен, намаляване коефициента на топлина, и неизбежно води до намаляване на паразитни топлина излитане. Затова компетентен инженер, изчисление на топлообменник "вода-вода", обръща специално внимание на допълнителния резерв на топлообмен повърхност. Проверка на изчисление и да прекара, за да видим как избраната оборудването ще работи върху други, вторични режими. Например, в централни климатици въздушните (инсталации за подаване на въздух) нагреватели за първата и втората нагряваща използва в студения сезон, и често включват лятото за охлаждане хранене въздух студена вода в топлообменник тръба въздух топлина. Как те ще функционират и това, което ще даде на параметрите за оценка на изчислението на педя.

прогнози за научни изследвания

изчисления изследвания TOA провеждат въз основа на резултатите от термичния изчисляването и проверката. Те са необходими, като правило, да се направи най-новите изменения в структурата на проектирано устройство. Те също така извършва, за да се коригират уравнения са изложени в изчислителния модел реализира TOA получен емпирично (за експериментални данни). Извършване на изследвания включва изчисляване на десетки, а понякога и стотици изчисления по специален план, разработена и внедрена в производството в съответствие с математическата теория на проектиране на експерименти. Според резултатите разкрие влиянието на различни условия и физически количества на показатели за изпълнение TOA.

други изчисления

Изчисляването на зоната на топлообменник, не забравяйте за устойчивостта на материала. Сила изчисления TOA включва проверка на прогнозираните единици за напрежение, усукване закрепване на максималното допустимо работно моменти към детайла и възлите на бъдещето на топлообменника. С минимални размери на продукта, трябва да са силни, стабилни и осигуряват безопасна експлоатация в различни, дори и най-упоритите условия.

Динамично изчисление се извършва за да се определи различните характеристики на топлообменника на променливи режими на работа.

Видове топлообменник дизайн

Рекуперативен TOA в дизайн може да бъде разделен на достатъчно голям брой групи. Най-известни и широко използвани - топлообменник, въздух (тръба перки), черупки и тръба топлообменници "тръба в тръба", черупки-и-плоча, и др. Има по-високо специализирани и екзотични видове, например, спирала (кохлеята-обменни) или скрепера, които работят с вискозни или не-нютонови течности, както и много други видове.

Топлообменник "тръба в тръба"

Помислете за най-простият изчисляването на топлообменника "тръба в тръба" на топлина. В структурно отношение, този тип TOA е максимално опростена. По време на стартиране на устройството за вътрешна тръба, обикновено горещ топлопреносната течност сведат до минимум загубите, и в корпуса или на външната тръба, охладителя охлаждане план. Инженер Задача в този случай намалява до определянето на дължината на топлообменника на основата на обмен повърхност изчислява топлина и предварително определени диаметри.

Струва си да се добави, че в термодинамиката въвежда концепцията за идеална топлообменник, който е от безкрайна единица дължина, където охладители работят в брояч, както и между напълно задействана температурната разлика. дизайн "тръба в тръба" Най-близкото отговаря на тези изисквания. И ако работи с обратен пренос на топлина течности, той ще бъде така наречената "контра-реален" (за разлика от кръстосано като в чинията TOA). Температура налягане най-ефективно задейства, когато една организация на движението. Въпреки това, извършване на "тръба в тръба" изчисление на топлообменника трябва да бъдем реалисти и да не забравяме и за логистиката компонент, както и лекотата на монтажа. дължина evrofury - 13,5 м, а не всички технически съоръжения, приспособени към буксуване и монтаж на оборудване, като дължина.

Shell и тръбни топлообменници

Поради това е част от изчисляването на такова устройство плавно преминава в изчисляването на кожухотръбен топлообменник. Този апарат, където тръбния сноп е в един случай (корпус), промива се с различни охлаждащи течности, в зависимост от оборудването дестинация. В кондензатори, например, тече в кожуха на хладилния агент и вода - в тръба. С този метод на трафика среди по-лесно и по-ефективно да контролира работата на уреда. В изпарителите, обратно, на хладилния агент кипи в тръбите и се промива с охладен течен (вода, солни разтвори, гликоли, и т.н.). Ето защо, топлообменник за изчисление тръба е намалена да сведе до минимум размера на оборудване. Игра с диаметъра на корпуса, диаметъра и броя и дължината на вътрешната тръби апарат инженер влиза изчислената стойност на площ топлообмен.

въздух топлообменници

Един от най-често далеч топлообменници - на перки тръба топлообменници. Те са наречени бобини. Когато те не само се регулира в границите от конвектори (от английски език. Вентилатор + намотка, т.е. "фен" + "сонда") във вътрешните блокове разделят системи на гигантски рекуператор димен газ (избор на топлина от горещите димни газове и прехвърлянето то за отопление) в котли на когенерацията. Ето защо изчисляването на топлообменника намотка зависи от приложението, където топлината отива в експлоатация. Индустриални въздушни охладители (VOPy), монтирани в камери шок замразено месо, във фризер при ниски температури и други обекти на хладилния храна, изискват определени структурни характеристики в техния дизайн. Разстояние между ламела (перка), следва да бъде максимално да се увеличи по време на непрекъсната работа между размразяване цикли. Изпарители за РК (център за данни), а напротив, дава възможност за по-компактен затягане mezhlamelnye разстояние до минимум. Такива топлообменници работят в "чиста зона", заобиколен от фин филтър (до НЕРА клас), обаче, това изчисление се извършва на тръбния топлообменник с акцент върху минимизиране на габаритните размери.

пластинчати топлообменници

Понастоящем стабилно търсене за плоча топлообменници. Според конструктивното оформление, те са напълно уплътняваното и полу-заварени, и mednopayanymi nikelpayanymi, заварени и запоени метод дифузия (без спойка). Термично дизайн на топлообменника е достатъчно гъвкава и не е особено трудно да инженер. Процесът на подбор може да играе тип плочи, дълбоки канали, образуващи перки тип, дебелина на стомана, различни материали и най-важното - много стандартни размери модели на устройства с различни размери. Такива топлообменници са ниски и широки (за отопление пара вода) или високи и тесни (разделяне на топлообменниците за климатични системи). Те често се използват, и среда с фазов преход, т.е. като кондензатори, изпарители, парни охладители, predkondensatorov и така нататък. Г. Извършване на топлинна дизайн на топлообменник, работещ при двуфазен модел, малко по-трудно от топлообменника на "течност-течност", но за опитен инженер на този проблем може да се реши и да не е особено трудно. За да се улесни тези изчисления съвременни инженерни дизайнери използват компютърна база данни, където можете да намерите много необходима информация, включително и фазата на диаграмата на всеки хладилен агент във всеки режим жилка, например, една програма CoolPack.

Изчисляване Пример топлообменник

Основната цел на изчислението е необходимо изчисляване на площта на топлообмен. Heat (хладилна) мощност обикновено е посочено в техническото задание, но в нашия пример, ние ще се изчисли и нея, за, да речем, проверка на техническото задание. Понякога това се случва, че първоначалните данни могат да се приплъзват грешка. Една от задачите на компетентен инженер - тази грешка, за да откриете и отстраните. Като пример, изпълнява изчисление топлообменник на "течност - течност". Нека да сепаратор верига (прекъсвач налягане) в високото строителство. С цел да се облекчи натиска върху оборудването, строителството на небостъргачи много често се използва този подход. От едната страна на топлообменника има вода на входа Tvh1 = 14 ᵒS и изход Tvyh1 = 9 ᵒS и G1 скорост на потока = 14 500 кг / ч, а от друга - е вода, но тук със следните параметри: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 кг / час.

Необходимата мощност (Q0) изчисляване формула топлинен баланс (виж фигурата по-горе, с формула 7.1 ..), където Cp - специфичен топлинен капацитет (таблица стойност). За простота на изчисления Тези стойности вземат топлинен капацитет EOT = 4.187 [кДж / кг * ᵒS]. Ние считаме, че:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557.5 [кДж / Н] = W = 84.3 84321.53 кВт - върху първата страна и

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4,187 = 303557.5 [кДж / Н] = W = 84.3 84321.53 кВт - на втората страна.

Забележете, че в съответствие с формула (7.1), Q0 = Q1 = Q2, независимо от коя страна на изчислението, извършено.

Освен това, в основната топлопредаване уравнение (7.2), ние откриваме необходимата площ (7.2.1), където К - коефициент на пренос на топлина (приема равна на 6,350 [W / ^m2]), и ΔTsr.log. - средно-температурна разлика се изчислява по формула (7.3):

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

F е = 84321/6350 * 1,4428 = 9.2 m ^2.

В случай, че коефициентът на пренос на топлина е неизвестен, изчислението е малко по-сложно топлообменник. Формула (7.4) се считат за число на Рейнолдс където ρ - плътност [кг / ^м3] η - динамичен вискозитет, [N * S / m ^2], V - скорост на средата в тръбата [м / с], г см - омокрящ вътрешен диаметър [m].

От таблицата се стремим необходимата стойност Prandtl [Pr] и формула (7.5), ние получаваме броя Nusselt, където п = 0,4 - течни условия на нагряване и п = 0,3 - охлаждане в течни условия.

Освен това, с формула (7.6) се изчислява коефициента на топлопредаване от охладителя за всяка стена, и с формула (7.7) се приема коефициент за пренос на топлина, който е заместен по формула (7.2.1), за да се изчисли обмен повърхност на топлина.

В горните формули, λ - термичен коефициент проводимост, ϭ - дебелината на стената на канала, а1 и α2 на - пренос на топлина коефициентите на всяка стена за пренос на топлина.