Beregning av varmeveksleren: eksempelet. Beregning av området, kraften av varmeveksleren

Beregning av varmeveksleren nå tar mindre enn fem minutter. Enhver organisasjon som produserer og selger slikt utstyr vanligvis gir alle sitt eget rekrutteringsprogram. Den kan lastes ned gratis fra selskapets nettside eller deres tekniker vil komme til kontoret og installere det gratis. Men som et resultat av slike beregninger er riktige, kan vi stole på ham og ikke være smart dersom produsenten ved å kjempe i anbudet med sine konkurrenter? Kontroll elektronisk kalkulator krever kunnskap eller minst forståelsen av moderne metoder for beregning av varmevekslere. La oss prøve å sortere ut detaljene.

Hva er en varmeveksler

Før du utfører beregningen av varmeveksleren, la oss huske, og hva slags slik enhet? Teplomassoobmennyh apparat (også kjent som varmeutveksler, også kjent som varmeutvekslingsapparat eller TOA) - en innretning for overføring av varme fra en kjølevæske til en annen. I prosessen kjølemiddelet temperaturendringene også endre deres tetthet og følgelig indekser masse stoffer. Det er derfor slike prosesser blir referert til som varme og massetransport.

typer varmeoverføring

Nå la oss snakke om varmeoverføringstyper - det er bare tre. Stråling - overføring av varme ved stråling. Som et eksempel kan vi husker soling på stranden på en varm sommerdag. Og selv disse varmevekslere kan finnes i markedet (tube luftvarmere). Men oftest for hjem oppvarming, rom i leiligheten vi kjøper olje eller elektrisk oppvarming. Dette er et eksempel på en annen type varmeoverføring - konveksjon. Konveksjon er naturlig, ufrivillig (ekstrakt, og i boksen skal i veksler) eller med mekanisk drift (med en vifte, for eksempel). Den sistnevnte type er mye mer effektiv.

Imidlertid er den mest effektive metoden for varmeoverføring - er den termiske ledningsevne, eller, som det kalles, gjennomføring (ledning av engelsk -. "Conductivity"). Enhver ingeniør som kommer til å holde termisk design av varmeveksleren, først og fremst tenke på hvordan du velger effektivt utstyr i minimalt med plass. Og det klarer å oppnå dette er ved ledning. Et eksempel på dette er den mest effektive for å date TOA - platevarmevekslere. Plate TOA ved definisjon - en varmeveksler som overfører varme fra kjølemiddelet til en annen gjennom en vegg som skiller dem. Den maksimalt mulige kontaktflate mellom de to medier sammen med de sanne utvalgte materialer, og deres profilplatene tykkelse dimensjoner er valgt for å minimalisere maskinvaren og samtidig bevare de opprinnelige tekniske egenskaper som kreves i prosessen.

typer varmevekslere

Før man utfører beregning av varmeveksleren blir bestemt av dets type. Alle TOA kan deles inn i to hovedgrupper: recuperative og regenerative varmevekslere. Den viktigste forskjellen mellom disse er som følger: i den TOA rekuperativ varmeveksling finner sted gjennom veggen som skiller de to varmemediet, og kommer i kontakt med hverandre i to regenerative medier, ofte krever etterfølgende blanding og separasjon i spesielle separatorer. Regenerative varmevekslere er delt inn i varmevekslere og blanding med en dyse (stasjonær innfallende eller mellomliggende). Grovt sett en bøtte med varmt vann, legg opp i kulden, eller et glass varm te, sette avkjølt i kjøleskapet (aldri ikke gjør!) - dette er et eksempel på en slik blanding TOA. En helle te skål og avkjøle det, slik at vi får et eksempel på en regenerativ varmeveksler med dysen (skål, i dette eksempel spiller dysedelen), som først bringes i kontakt med den omgivende luft og tar sin temperatur, og deretter velges den del av varmen fra strømmet inn i det av varm te søker begge medier som fører til termisk likevekt modus. Men, som vi allerede har funnet mer effektiv bruk av varmeledningsevne til å overføre varme fra ett medium til et annet, er derfor mer anvendelige når det gjelder varmeoverføring (og mye brukt) TOA i dag - selvfølgelig recuperative.

Termiske og strukturelle beregning

Enhver beregning av den regenerative varmeveksleren kan gjøres basert på resultatene av de termiske, hydrauliske og styrkeberegninger. De er grunnleggende, uunnværlig for utforming av nytt utstyr og teknikker er grunnlaget for beregning av de påfølgende modeller av samme type enheter linje. Hovedoppgaven for den termiske TOA beregningen er å bestemme den nødvendige varmevekslingsoverflateareal for stabil drift av varmeveksleren, og å opprettholde de nødvendige parametre for mediene utløp. Ganske ofte ved slike beregninger ingeniører er gitt vilkårlige verdier av vekt- og størrelseskarakteristika til fremtidig utstyr (materiale, diameter rør, plater, dimensjoner, bjelke geometri, typen og materialet finning et al.), Men etter varme utføres typisk konstruktiv beregning veksleren. Tross alt, hvis det første trinnet ingeniør anses nødvendig overflateareal for en gitt diameter rør, for eksempel 60 mm, og lengden av varmeveksleren og dermed slått omtrent seksti meter, er det logisk å anta overgang flertrinns varmeveksler eller til rørbunten typen, eller for å øke diameteren av rørene.

hydraulisk beregning

Hydrauliske eller hydromekaniske og aerodynamiske beregninger utført for å identifisere og optimalisere hydraulisk (luft) trykktapet i varmeveksleren, og for å beregne energiforbruket for å overvinne dem. Beregning av hvilken som helst bane, kanal eller rør for varmemediet passasje står overfor humane primære oppgave - å intensivere varmevekslingsprosess på stedet. Det vil si, en medium må passere, og den andre er å få så mye varme på et minimumsintervall på sin gang. Dette gjelder ofte ytterligere varmevekslingsoverflate i form av ribbeoverflatene utviklet (etter separasjon av grense laminære undersjikt og forbedre strømningen turbulens). Optimal balanse forhold i hydrauliske tap, områdene av varmevekslingsflaten, vekten og størrelsen egenskaper, og det tilbaketrukne varmeeffekten er et resultat av den samlede termiske, hydrauliske og konstruktiv TOA beregning.

sjekker beregning

Verifisering av varmeveksleren blir utført i det tilfellet hvor det er nødvendig å legge en kraftreserve i alle varmevekslingsoverflateareal. Overflaten av reservatet for ulike grunner og i ulike situasjoner, dersom dette kreves av mandatet, hvis produsenten bestemmer seg for å gjøre en ekstra margin for å være helt sikker på at denne varmen vil bli utgitt på regimet, og for å minimere feil i beregningene. I noen tilfeller er nødvendig å forhånds for avrunding byggemål resultater i andre (fordampere, forvarmere) i beregningen av kapasiteten av varmeveksleren er spesielt innført kantoverflaten på kompressorens oljeforurensning som er tilstede i kjølemiddelkretsen. Ja, og dårlig vannkvalitet må tas i betraktning. Etter en stund, jevn drift av varmevekslere, særlig ved høye temperaturer, legger seg skummet på overflaten av varmeveksleranordning, hvilket reduserer varmeovergangstallet, og uunngåelig fører til en reduksjon av parasittisk varme avgang. Derfor kompetent ingeniør, en beregning av varmeveksleren "vann-vann", betaler spesiell oppmerksomhet til den ekstra reserve av varmevekslerflate. Kontroll beregning og bruke for å se hvordan utstyret valgt vil fungere på andre, sekundære modi. For eksempel, i den sentrale klimaanlegg (luftforsyningsanlegg) varmere for første og andre oppvarmings anvendes i den kalde årstid, og ofte innebære om sommeren for avkjøling av tilførselsluften tilføre kaldt vann inn i luftvarmeveksleren rør. Hvordan vil de fungere og hva som vil gi parametere for å vurdere beregningen span.

forsknings estimater

Forskning TOA beregninger utført på grunnlag av resultatene av den termiske beregning og verifisering. De er nødvendige, som regel, for å gjøre de siste endringer i strukturen i laget enheten. De utføres også for å korrigere eventuelle ligninger er lagt i beregningsmodell innført TOA oppnådd empirisk (for eksperimentelle data). Utføre forskning innebærer en beregning av tiere og noen ganger hundrevis av beregninger av en spesiell plan, utviklet og implementert i produksjonen i henhold til den matematiske teorien om design av eksperimenter. Ifølge resultatene viser innflytelsen av forskjellige forhold og fysiske størrelser på ytelsesindikatorer TOA.

andre beregninger

Beregningen av varmeveksleren området, ikke glemme om motstanden av materialer. Styrkeberegninger TOA omfatte kontroll av lineær for spenning, vridnings tilknytning til den maksimalt tillatte arbeids øyeblikk på detaljer og nodene i fremtiden for varmeveksleren. Med minimale dimensjoner av produktet skal være sterk, stabil og sikre sikker drift i en rekke, selv de mest belastende betingelser.

Dynamisk beregning utføres for å bestemme forskjellige egenskaper ved varmeveksleren på variable driftsmodi.

Typer av varmeveksler utforming

Rekuperativ TOA i utforming kan deles inn i et tilstrekkelig stort antall grupper. Den mest kjente og vidt brukt - en platevarmeveksler, luft (røret med finner), skall og rør-varmevekslere "rør-i-rør", mantel-og-plate, og andre. Det er mer høyt spesialiserte og eksotiske typer, f.eks spiral (cochlea-veksler) eller skraperen, som arbeider med viskøse eller ikke-Newtonske væsker, og mange andre typer.

Veksler "rør i røret"

Det enkleste beregning av varmeveksleren "rør i røret". Strukturelt er denne type TOA maksimalt forenklet. Ved start for det indre rør apparat, vanligvis varmt varmeoverføringsfluid for å minimere tap, og inn i huset eller i det ytre rør, væskekjøle løp. Ingeniør oppgave i dette tilfelle reduseres til bestemmelse av lengden av varmeveksleren på grunnlag av den beregnede varmevekslingsoverflateareal og forutbestemte diametere.

Det er verdt å legge den i termodynamikk innfører begrepet en ideell varmeveksleren, som er av uendelig lengde-enhet, hvor kjølemidler arbeider i telleren, og mellom fullt utløste temperaturforskjell. Motivet "rør i rør" nærmest oppfyller disse kravene. Og hvis de kjøres i motstrømsvarmeoverføringsvæsker, vil det være den såkalte "counter-ekte" (i motsetning til kryss som i plate TOA). Temperatur trykket mest effektivt utløst når en trafikk organisasjon. Imidlertid utfører en "rør-i-rør" beregning av varmeveksleren bør være realistisk og ikke å glemme logistikk komponent, så vel som den enkle installasjonen. evrofury lengde - 13,5 m, og ikke alle tekniske anlegg tilpasset å gli, og installasjon av utstyr slik lengde.

Med mantel og rør-varmevekslere

Derfor er det en del av beregningen av en slik anordning strømmer jevnt inn i beregningen av skall og rørvarmeveksler. Dette apparat, karakterisert ved at rørsatsen er i et enkelt tilfelle (casing), vaskes ved hjelp av forskjellige kjølemidler, avhengig av destinasjon utstyret. I kondensatorer, for eksempel kjøre i kjølekappen, og vann - i et rør. Med denne metode for trafikk-miljøer enklere og mer effektivt å styre driften av enheten. I fordamperne omvendt, koker kjølemediet i rørene, og de er vasket med avkjølt væske (vann, saltoppløsninger, glykoler, etc.). Derfor er beregningen-rør varmeveksleren reduseres for å minimalisere størrelsen utstyr. Spille med diameteren av foringsrøret, diameteren og antallet og lengden av det indre rør apparat ingeniør entrer den beregnede verdien på varmevekslingsoverflateareal.

luft-varmevekslere

En av de vanligste desidert varmevekslere - en finned tube varmevekslere. De kalles spoler. Hvor de blir ikke bare innstilles i området fra viftekonvektorer (fra engelsk. Vifte + spiral, dvs. "vifte" + "spiral") i indre blokker deles systemer til gigantiske røkgass rekuperatoren (utvalg av varme fra den varme røkgass og overføre det for oppvarming) i kjelene ved CHP. Det er derfor beregningen av spolen veksleren avhenger av programmet, hvor varmen går inn i drift. Industriell luftkjølere (VOPy) installert i kamrene sjokkfryses kjøtt, i frysere ved lave temperaturer og andre gjenstander av mat nedkjøling, krever visse strukturelle trekk ved utformingen. Avstanden mellom lamellen (fin) bør gjøres størst mulig for å øke tiden for kontinuerlig drift mellom avrimingssykluser. Fordampere for DC (datasenter), tvert imot, gjør mulig en mer kompakt klem mezhlamelnye avstand til et minimum. Slike varmevekslere er i drift i den "rene sone", omgitt av et finfilter (opp til HEPA-klasse), imidlertid er denne beregning utføres av den rørformede varmeveksleren med en vekt på å redusere de totale dimensjoner.

platevarmevekslere

Foreløpig stabil etterspørsel etter platevarmevekslere. Ifølge sin konstruktive utforming, er de fullstendig pakning og semi-sveiset, og mednopayanymi nikelpayanymi, sammensveiset diffusjonsmetoden (uten lodding). Termisk utforming av platevarmeveksleren er tilstrekkelig fleksibelt og ikke særlig vanskelig å ingeniør. Utvelgelsesprosessen kan spille merkeskilt, dype spor som danner, finnetype, stål tykkelse, forskjellige materialer og, aller viktigst - mange standard størrelse modeller av anordninger av forskjellige størrelser. Slike varmevekslere er lav og bred (for dampoppvarming av vann) eller høye og smale (separasjonsvarmevekslere for luft-kondisjoneringssystemer). De blir ofte brukt, og et medium med en faseovergang, det vil si som kondensatorer, fordampere, damp kjølere, predkondensatorov og så videre. D. utføre termisk utforming av varmeveksleren arbeider ved et bifasisk mønster, et litt hardere enn varmeveksleren av "væske-væske", men for erfaren ingeniør dette problemet er løsbar, og er ikke spesielt vanskelig. For å lette moderne tekniske designere bruker datamaskinen database, hvor du kan finne mye av nødvendig informasjon, inkludert fasediagrammet for noen kuldemedium i noen strek modus, for eksempel disse beregningene, et program CoolPack.

Beregning Eksempel leren

Hovedformålet med beregningen er en beregning av den nødvendige varmevekslingsoverflateareal. Heat (nedkjøling) makt er vanligvis angitt i mandatet, men i vårt eksempel vil vi beregne og henne, for eksempel en sjekk av kravspesifikasjonen. Noen ganger hender det også at de opprinnelige dataene kan krype feil. En av oppgavene til en kompetent ingeniør - denne feilen å finne og fikse. Som et eksempel, utfører beregning platevarmeveksler av den "flytende - flytende". La det være en skillekrets (trykkbryter) i høyhus. For å avlaste presset på utstyr, bygging av skyskrapere svært ofte brukt denne tilnærmingen. På den ene siden av varmeveksleren har vann ved inngangen Tvh1 = 14 ᵒS og utgang Tvyh1 = 9 ᵒS, og en strømningshastighet G1 = 14 500 kg / h, og på den andre - er også vann, men her med de følgende parametere: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / time.

Nødvendig kraft (Q0) beregne den termiske balanse formelen (se figuren ovenfor, med formel 7.1 ..), hvor Cp - spesifikk varmekapasitet (tabell verdi). For å forenkle beregningene Disse verdier kan varmekapasiteten EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Vi bør vurdere:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [kJ / t] = W = 84,3 84321,53 kW - på den første side og

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

Legg merke til at, i henhold til formel (7.1), Q0 = Q1 = Q2, uavhengig av hvilken side av beregningen utføres.

Videre, i hovedvarmeoverføringen ligning (7.2), finner vi det nødvendige overflateareal (7.2.1), hvor k - varmeoverføringskoeffisient (antatt lik 6350 [W / ^m2]), og ΔTsr.log. - midlere temperaturforskjell, blir beregnet ved formelen (7,3):

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

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

I det tilfelle hvor den varmeovergangstallet er ukjent, er beregningen noe mer komplisert platevarmeveksleren. Formel (7,4) anses Reynolds tall hvor ρ - tetthet [kg / ^m3], η - dynamisk viskositet, [N * s / m ^2], v - hastighet av mediet i kanalen [m / s], d cm - fuktbart boringsdiameter [m].

Fra tabellen vi søker ønsket verdi Prandtl [PR], og formelen (7.5), får vi Nusselt nummer, hvor n = 0,4 - en væske som oppvarmingsforhold, og n = 0,3 - kjøling i flytende forhold.

Videre er den med formel (7.6) beregnet varmeoverføringskoeffisient fra kjølemiddelet til hver vegg, og med formelen (7.7) antas varmeovergangstallet, som er substituert i formel (7.2.1) for å beregne varmevekslingsoverflateareal.

I de ovenfor angitte formler, λ - termisk ledning koeffisient, ϭ - tykkelsen av kanalveggen, a1 og α2 - varmeoverførings-koeffisienter for hver av varmeoverføringsvegg.