Laskenta lämmönvaihtimen: esimerkki. Aluetta laskettaessa, voima lämmönvaihtimen

Laskeminen lämmönvaihtimen nyt kestää alle viisi minuuttia. Mikä tahansa organisaatio, joka tuottaa ja myy tällaisia laitteita yleensä antaa jokaiselle oman rekrytointiohjelma. Sen voi ladata ilmaiseksi yhtiön verkkosivuilla tai niiden teknikko tulevat toimistoon ja asentaa sen ilmaiseksi. Kuitenkin seurauksena tällaiset laskelmat ovat oikein, voimme luottaa häneen ja ei fiksu jos valmistaja taistelemalla tarjouksen kilpailijoiden? Tarkistetaan elektroninen laskin vaatii tietoa tai ainakin ymmärrystä modernin laskentamenetelmät lämmönvaihtimet. Yritetään selvittää yksityiskohtia.

Mikä on lämmönvaihdin

Ennen kuin suoritat laskennan lämmönvaihtimen, muistakaamme, ja millainen tällaisen laitteen? Teplomassoobmennyh laite (alias lämmönvaihdin, joka tunnetaan myös lämmönvaihdin, tai TOA) - laite lämmön yhdestä jäähdytysnesteen toiseen. Prosessissa jäähdytysnesteen lämpötilan muutokset myös muuttaa niiden tiheys ja, näin ollen, massa indeksit aineita. Siksi tällaiset prosessit kutsutaan lämmön ja massan siirto.

Lämpö siirtyy

Nyt puhutaan lämmönsiirto tyypit - on vain kolme. Säteily - lämmön säteilyn. Esimerkkinä voimme muistaa aurinkoa rannalla kuumana kesäpäivänä. Ja jopa nämä lämmönvaihtimet löytyy markkinoilta (putki ilmalämmittimet). Kuitenkin useimmiten kodin lämmitykseen, huoneet asunnossa ostamme öljyä tai sähkölämmitys. Tämä on esimerkki toisen tyypin lämmönsiirron - konvektio. Konvektio on luonnollista, tahaton (ote, ja laatikko on lämmönvaihtimella) tai mekaanisen käytön (tuuletin, esimerkiksi). Jälkimmäinen tyyppi on paljon tehokkaampaa.

Kuitenkin, tehokkain tapa lämmönsiirron - on lämmönjohtavuus, tai, kuten sitä kutsutaan, johtuminen (johtuminen Englanti -. "Sähkönjohtavuus"). Kaikki suunnittelijat kuka pitää lämpösuunnittelun lämmönvaihtimen ensinnäkin miettiä miten valita tehokkaita laitteita pienessä tilassa. Ja se onnistuu tämän saavuttamiseksi on johtumalla. Esimerkkinä tästä on tehokkain tähän mennessä TOA - levylämmönvaihtimet. Levy TOA määritelmän - lämmönvaihtimen, joka siirtää lämpöä jäähdytysnesteen toiseen läpi seinän erottaa ne. Mahdollisimman välinen kosketuspinta kahden väliaineen kanssa totta valitut materiaalit, ja niiden profiili levyjen paksuus mitat valitaan minimoida laitteiston säilyttäen alkuperäisen tekniset ominaisuudet tarvitaan prosessissa.

tyyppisiä lämmönvaihtimia

Ennen suorittaa laskennan lämmönvaihtimen määräytyvät sen mukaan. Kaikki TOA voidaan jakaa kahteen pääryhmään: toipumis- ja regeneraattoreihin. Suurin ero niiden välillä on seuraava: TOA rekuperatiivinen lämmönvaihto tapahtuu seinän läpi, joka erottaa kaksi lämmön väliaineeseen, ja tulevat kosketukseen toistensa kanssa kahden regeneratiivisten väliaineiden, vaatii usein sen jälkeen sekoittaminen ja erottaminen erityisissä erottimia. Regeneraattoreihin jaetaan lämmönvaihtimet ja sekoittamalla suuttimen (kiinteä tapaus tai välituotteen). Karkeasti ottaen ämpäri kuumaa vettä, sietää kylmässä, tai lasi kuumaa teetä, laittaa jäähdyttää jääkaapissa (ei koskaan tee!) - tämä on esimerkki tällaisesta sekoittaminen TOA. Kaatamalla teetä lautanen ja jäähdyttämällä niin saamme esimerkki regeneratiivinen lämmönvaihdin, jossa suuttimen (lautanen, tässä esimerkissä soittaa suuttimen osa), joka on ensin kosketukseen ympäristön ilman ja ottaa sen lämpötila, ja sitten valitsee osa lämpöä kaadetaan se kuumaa teetä etsien molemmissa väliaineissa johtaa terminen tasapaino tilassa. Kuten olemme jo löytäneet tehokkaampaan käyttöön lämmönjohtavuuden lämmön siirtämiseksi väliaineesta toiseen, siis enemmän hyötyä kannalta lämmönsiirron (ja laajalti käytetty) TOA nykyisin - tietenkin rekuperatiivinen.

Lämpö- ja rakenteellinen laskeminen

Laskutoimituksen regeneratiivisen lämmönvaihtimen voidaan tehdä tulosten perusteella termisen, hydraulinen ja vahvuus laskelmat. Ne ovat keskeisiä, välttämättömiä suunnittelemaan uusia laitteita ja tekniikoita ovat laskentaperusteena myöhemmin malleja samantyyppiset laitteet linjaa. Päätehtävänä termisen TOA laskelma on määrittää tarvittava lämmönsiirto pinta-ala vakaan toiminnan lämmönvaihtimen ja säilyttää tarvittavat parametrit tiedotusvälineen. Varsin usein sellaiset laskelmat insinöörit annetaan mielivaltainen arvot painon ja koon ominaisuudet tulevien laitteiden (materiaali, halkaisija putket, levyt, mitat, palkki geometria, ja materiaalia eväpyynti et ai.), Mutta sen jälkeen, kun lämpö on tyypillisesti suoritetaan rakentava laskenta lämmönvaihdin. Loppujen lopuksi, jos ensimmäinen vaihe insinööri katsotaan tarpeelliseksi pinta tietyn halkaisijan putki, esimerkiksi 60 mm, ja pituus lämmönvaihtimen näin käännetään noin kuusikymmentä metriä, on loogista olettaa, siirtyminen monivaiheinen lämmönvaihdin tai putkityyppinen, tai lisätä putkien halkaisija.

hydraulinen laskeminen

Hydrauliset tai hydro-mekaaniseen ja aerodynaaminen laskelmat tunnistamiseksi ja optimoida hydraulinen (aerodynaaminen) painehäviö lämmönvaihtimessa, ja laskea energiankulutusta niiden voittamiseksi. Laskettaessa mitä tahansa reittiä, kanava tai putki ja lämmitysjärjestelmän kanavan kohtaa ihmisen ensisijainen tehtävä - tehostamaan lämmönvaihtoprosessiin työmaalla. Eli yksi keskikokoinen on läpäistävä, ja toinen on saada mahdollisimman paljon lämpöä vähintään välein omaa rataansa. Tämä koskee usein ylimääräisiä lämmönsiirtopinta-muodossa fin pintojen kehitetty (erottamiseksi rajan laminaarisen alikerroksen ja parantaa virtauksen turbulenssi). Optimaalinen tasapaino relaatio hydraulisia häviöitä, alueet lämmönsiirtopinnan, painon ja koon ominaisuudet, ja poistetun lämmön tuotanto on seurausta aggregaatin lämpö-, hydraulinen ja rakentava TOA laskentaan.

tarkkailun laskelma

Todentaminen lämmönvaihtimen toteutetaan silloin kun se on tarpeen säätää tehoreservi tahansa lämmönsiirtopinta-ala. Pinnan varauksesta eri syistä ja eri tilanteissa, jos sitä edellyttää toimeksiannon, jos valmistaja päättää tehdä ylimääräistä liikkumavaraa olla aivan varma, että tämä lämpö ilmestyy järjestelmästä, ja minimoida virheet laskelmissa. Joissakin tapauksissa, varaus tarvitaan pyöristyksen rakenteellisia mittoja tuloksia muilla (haihduttimet, ekonomaiserien) on laskennassa kapasiteetin lämmönvaihtimen on erityisesti käyttöön marginaali pinnan kompressorin öljyn saastuminen, jäähdytyspiirin. Kyllä, ja huonolaatuinen vesi on otettava huomioon. Kun taas, moitteettoman toiminnan lämmönvaihtimien, erityisesti korkeissa lämpötiloissa, pintalietteen asettuu pinnalle lämmönvaihto laite, vähentää lämmönsiirtokerroin, ja väistämättä johtaa vähenemiseen lämpöä nousu- loisten. Siksi toimivaltaisen insinööri, laskelman lämmönvaihtimen "vesi-vesi", kiinnittää erityistä huomiota lisävaranto on lämmönsiirtopinnan. Tarkistetaan laskeminen ja viettää jotta nähdään miten laitetta valittu työskentelee muiden, toissijaisten aaltomuotojen. Esimerkiksi Keski-ilmastointilaitteet (ilma-täydennyspisteiden) lämmittimet ensimmäinen ja toinen lämmitys käytetty kylmä kausi, ja liittyy usein kesällä jäähdytykseen tuloilman syöttö kylmää vettä ilmaan lämmönvaihtimen putki. Miten ne toimivat ja mitä antaa parametrit arvioida span laskentaan.

Research arvioi

Tutkimus TOA tehtyjen laskelmien perusteella tulosten lämpölaskelmien ja todentaminen. Ne ovat välttämättömiä, pääsääntöisesti tehdä viimeisimmät muutokset rakenteen suunniteltu laite. Ne suoritetaan myös korjata yhtälöiden on vahvistettu, että laskentamalliin toteutetaan TOA saatu empiirisesti (kokeellisiin tietoihin). Suorittamalla tutkimus liittyy laskelma kymmeniä ja joskus satoja laskelmien erityisellä suunnitelma, kehitetään ja tuotannon mukaan matemaattinen teoria koesuunnittelu. Mukaan tulokset paljastavat vaikutusta eri olosuhteissa ja fyysiset määrät tehokkuuden indikaattorit TOA.

muiden laskelmien

Laskennassa lämmönvaihdinalueella, älä unohda materiaalien kestävyyttä. Lujuustarkasteluja TOA ovat tarkkailun ennakoituun jännitteen, vääntö- kiinnitys suurin sallittu käyttöpaine hetkiä yksityiskohtiin ja solmut tulevan lämmönvaihtimen. Minimaalisella mitat Tuotteen pitäisi olla vahva, vakaa ja turvallisen toiminnan varmistamiseksi erilaisissa, jopa kaikkein rasittava olosuhteissa.

Dynaaminen laskenta suoritetaan määrittämiseksi eri ominaisuudet lämmönvaihdin muuttuja toimintatilan.

Tyypit lämmönvaihtimen suunnittelu

Toipumis- TOA suunnittelu voidaan jakaa riittävän suuri määrä ryhmiä. Kaikkein tunnettuja ja laajalti käytettyjä - levylämmönvaihdin, ilma (evällinen putki), kuori ja putki lämmönvaihtimet "putki putkessa", kuori-ja-levy, ja muut. On enemmän erittäin erikoistuneita ja eksoottisia tyypit, esim., Kierre (simpukka-lämmönvaihdin) tai kaavin, jotka toimivat viskoosin tai ei-newtonilaisten nesteiden, ja monet muut.

Lämmönvaihdin "putki putkessa"

Harkita yksinkertaisin laskettaessa lämmönvaihtimen "putki putkessa". Rakenteellisesti tämän tyyppinen TOA maksimaalisesti yksinkertaistettu. Käynnistyksen aikana sisäputkeen laite, yleensä kuuma lämmönsiirtofluidia häviöiden minimoimiseksi, ja koteloon tai ulompaan putkeen, jäähdytysnesteen jäähdytyksen aikavälillä. Insinööri Tehtävä tässä tapauksessa vähentää määrittämiseen pituus lämmönvaihtimen perusteella lasketun lämmönsiirtopinta-ala ja ennalta määrätty halkaisija.

On syytä lisätä, että termodynamiikan otetaan käyttöön käsite ihanteellinen lämmönvaihtimen, joka on äärettömän pitkässä yksikkö, jossa jäähdytysnesteet toimivat laskuri, ja välillä täysin laukeaa lämpötilan ero. Grafiikan "putki putkessa" lähinnä täyttää nämä vaatimukset. Ja jos suoritetaan vastavirtaan lämmönsiirtonesteitä, se on niin kutsuttu "todellinen laskuri" (vastakohtana rajat kuin levy TOA). Lämpötila paine tehokkaimmin syntyy, kun liikenne organisaatio. Mutta suoritetaan "putki putkessa" laskettaessa lämmönvaihtimen on oltava realistinen eikä unohtaa logistiikka komponentti, sekä asennuksen helppous. evrofury pituus - 13,5 m, eivätkä kaikki tekniset välineet sovitettu luistamaan ja asennus Näin pitkään.

Kuori ja putkilämmönvaihtimet

Näin ollen, se on osa laskennan tällaisen laitteen tasaisesti virtaa laskettaessa kuoren ja putkilämmönvaihtimen. Tämä laite, jossa putki nippu on yhdessä tapauksessa (kotelo), pestiin eri jäähdytysaineita, riippuen kohteesta laitteet. Kondensaattoreita, esimerkiksi ajaa kylmäaineen takki, ja vesi - putkeen. Tällä menetelmällä liikenteen ympäristöjen helpompaa ja tehokkaampaa ohjaamaan yksikön. Vuonna haihduttimet, päinvastoin, kylmäaine kiehuu putket ja ne pestiin jäähdytetyllä neste (vesi, suolavesi, glykolit, jne.). Näin ollen laskenta-vaihdinkoostuu alennetaan minimoida laitteiston koko. Pelaa halkaisija päällyksen halkaisija ja määrä ja sisemmän putkien laitteen insinööri tulee laskettua arvoa lämmönsiirtopinta-ala.

ilmalämmönvaihtimet

Yksi yleisimmistä ylivoimaisesti lämmönvaihtimet - ripaputki- lämmönvaihtimet. Niitä kutsutaan keloja. Jos ne eivät ainoastaan säätää vaihtelevat puhallin- (alkaen Englanti. Fan + kela, eli "tuuletin" + "kela") sisäisten lohkojen jaettu järjestelmien giant savukaasujen rekuperaattori (valinta lämpöä kuumasta savukaasusta ja siirto se lämmitykseen) kattiloissa CHP. Siksi laskettaessa kelan lämmönvaihtimen riippuu sovelluksesta, joissa lämpö siirtyy toimintaan. Teollisuuden jäähdyttimet (VOPy) on asennettu kammioiden iskuja pakastetun lihan, pakastimet alhaisissa lämpötiloissa ja muut tavoitteet ruoka jäähdytys, edellyttää tiettyjä rakenteellisia ominaisuuksia, niiden suunnittelussa. Välinen etäisyys lamellin (fin) pitäisi maksimoida lisätä aikaan jatkuvan toiminnan välillä sulatus. Höyrystimet DC: iden (Data Center), päinvastoin, tekee mahdolliseksi kompaktimpi kiristys mezhlamelnye etäisyys on minimissään. Tällaiset lämmönvaihtimet ovat toimivat "puhdas vyöhyke", jota ympäröi hienosuodatin (jopa HEPA-laatu), mutta tämä laskenta suoritetaan putkimaisen lämmönvaihtimen painottaen minimoidaan ulkomitat.

levylämmönvaihtimet

Tällä hetkellä vakaa kysyntä levylämmönvaihtimien. Mukaan sen rakentavan suunnittelu, ne ovat täysin koteloitu ja osittain hitsattu, ja mednopayanymi nikelpayanymi, hitsataan ja juotettu diffuusio menetelmä (ilman juote). Terminen rakenne levylämmönvaihtimen on riittävän joustava, eikä erityisen vaikea insinööri. Valintaprosessi voi olla tyyppi levyt, syvä muodostavat kanavat, fin tyyppi, teräs paksuus, erilaisia materiaaleja ja, mikä tärkeintä - monet vakiokoko malleja erikokoiset laitteet. Tällaiset lämmönvaihtimet ovat matala ja leveä (höyryn veden lämmityksen) tai korkea ja kapea (erottaminen lämmönvaihtimet ilmastointijärjestelmien). Niitä käytetään usein, ja väliaineessa, jossa on faasimuutos, eli kuten kondensaattorit, haihduttimet, höyrynjäähdyttimissä, predkondensatorov ja niin edelleen. D. Suorita lämpösuunnittelu lämmönvaihtimen toimii kaksivaiheinen malli, hieman vaikeampaa kuin lämmönvaihtimen "neste-neste", mutta kokenut insinööri tämä ongelma on ratkaistavissa, ja ei ole erityisen vaikeaa. Helpottaa näiden laskelmien modernin tekniikan suunnittelijat käyttävät tietokannasta, josta löytyy paljon tarvittavat tiedot, mukaan lukien faasikaavio tahansa kylmäaineen tahansa putki tilassa, esimerkiksi ohjelma CoolPack.

Laskenta Esimerkki lämmönvaihdin

Päätarkoitus laskenta on laskenta tarvittavan lämmönsiirtopinta-ala. Lämpö (jäähdytys) teho on yleensä määritelty toimeksianto, mutta meidän esimerkki me laskemme ja häntä varten vaikkapa tarkastus vaatimusmäärittelyn. Joskus tapahtuu myös, että alkuperäinen data voi hiipiä virhe. Yksi tehtävistä pätevän insinöörin - tämä virhe löytää ja korjata. Esimerkiksi, suorittaa laskennan levylämmönsiirrin on "neste - neste". Olkoon se erotinpiirille (paine katkaisija) on korkeassa rakennuksessa. Tilanteen helpottamiseksi painetta laitteiden rakentaminen pilvenpiirtäjiä hyvin usein tätä lähestymistapaa. Toisella puolella lämmönvaihtimen on vettä suulla Tvh1 = 14 ᵒS ja poistuminen Tvyh1 = 9 ᵒS, ja virtausnopeus G1 = 14 500 kg / h, ja toisaalta - on myös vettä, mutta tässä seuraavat parametrit: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

Tarvittavan tehon (Q0) lasketaan terminen tasapaino kaavan (katso kuva edellä, kaavan 7.1 ..), jossa Cp - ominaislämpökapasiteetti (taulukko arvo). Yksinkertaisuuden vuoksi laskelmat Nämä arvot ottaa lämpökapasiteetti EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Pidämme:

Q1 = 14 500 * (14-9) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84321,53 kW - ensimmäiselle puolelle ja

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

Huomaa, että, joilla on kaava (7.1), Q0 = Q1 = Q2, riippumatta siitä, kummalle puolelle laskelmassa.

Edelleen, pääasiassa lämmönsiirron yhtälö (7.2), löydämme tarvittavat pinta-ala (7.2.1), jossa k - lämmönsiirtokerroin (oletetaan olevan yhtä kuin 6350 [W / ^m2]), ja ΔTsr.log. - keskimääräinen lämpötilan ero, lasketaan kaavalla (7,3):

AT sr.log. = (2-1) / ln (2/1) = 1 / In2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

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

Tapauksessa, jossa lämmönsiirtokerroin on tuntematon, laskenta on hieman monimutkaisempi levylämmönvaihdin. Kaavan (7.4) pidetään Reynoldsin luku, jossa ρ - tiheys [kg / ^m3], η - dynaaminen viskositeetti, [N * s / m ^2], v - nopeus väliaineen kanavassa [m / s], d cm - kostutettavat porauksen halkaisija [m].

Taulukosta pyrimme haluttu arvo Prandtl [Pr], ja kaavan (7,5), saadaan Nusseltin numero, jossa n = 0,4 - nesteen lämmitys olosuhteissa, ja n = 0,3 - jäähdyttämällä neste olosuhteissa.

Edelleen, kaavan (7.6) lasketaan lämmönsiirtymiskertoimesta jäähdytysnesteen kuhunkin seinään, ja kaavan (7.7) on oletettu, lämmönsiirtokerroin, joka on substituoitu kaavan (7.2.1) laskemiseksi lämmönsiirtopinta-ala.

Edellä olevissa kaavoissa, λ - lämmönjohtavuus kerroin, ϭ - paksuus kanavan seinämän, α1 ja α2 - lämmönsiirtokertoimien kunkin lämmönsiirron seinään.