Beregning af varmeveksleren: eksemplet. Beregning af feltet, kraften i varmeveksleren

Beregning af varmeveksleren nu tager mindre end fem minutter. Enhver organisation, der producerer og sælger sådant udstyr normalt giver alle deres egen rekruttering program. Det kan downloades gratis fra selskabets hjemmeside eller deres tekniker vil komme til dit kontor og installere det gratis. Men som følge af sådanne beregninger er korrekt, kan vi stole på ham, og ikke at være klog, hvis producenten ved at kæmpe i tilbuddet med sine konkurrenter? Kontrol elektronisk regnemaskine kræver viden eller i det mindste forståelsen af moderne metoder til beregning af varmevekslere. Lad os prøve at ordne detaljerne.

Hvad er en varmeveksler

Før du udfører beregningen af varmeveksleren, lad os huske, og hvilken form for en sådan enhed? Teplomassoobmennyh Apparat (aka varmeveksler, også kendt som varmeveksling apparat eller TOA) - en indretning til overførsel af varme fra et kølemiddel til en anden. Ved fremgangsmåden kølemiddelledningerne temperaturændringer også ændre deres densitet og følgelig massen indekser stoffer. Derfor er sådanne processer betegnes som varme og massetransport.

typer af varmeoverførsel

Lad os nu tale om de varmeoverførsel typer - der er kun tre. Stråling - overførsel af varme ved stråling. Som et eksempel kan vi genkalde solbadning på stranden på en varm sommerdag. Og selv disse varmevekslere kan findes i markedet (rør luftvarmere). Men oftest til hjemmet opvarmning, værelser i lejligheden vi køber olie eller elvarme. Dette er et eksempel på en anden type varmeoverføring - konvektion. Konvektion er naturligt, ufrivillig (ekstrakt, og i kassen bør varmeveksleren) eller med mekanisk drev (med en ventilator, for eksempel). Sidstnævnte type er meget mere effektiv.

Men den mest effektive metode til varmeoverførsel - er den termiske ledningsevne, eller, som det kaldes, ledning (ledning af engelsk -. "Ledningsevne"). Enhver ingeniør, der kommer til at holde den termiske design af varmeveksleren, først og fremmest tænke over, hvordan du vælger effektivt udstyr i et minimum af plads. Og det lykkes at opnå dette er ved ledning. Et eksempel på dette er den mest effektive til dato TOA - pladevarmevekslere. Plade TOA definition - en varmeveksler, der overfører varme fra kølemidlet til en anden gennem en væg adskille dem. Den maksimalt mulige kontaktflade imellem de to medier sammen med sande udvalgte materialer og deres profilplader tykkelsesdimensioner udvalgt til at minimere hardware samtidig bevare den oprindelige tekniske egenskaber, der kræves i processen.

typer af varmevekslere

Før du udfører beregningen af varmeveksleren er bestemt af dets type. Alle TOA kan inddeles i to hovedgrupper: rekuperative og regenererende varmevekslere. Den væsentligste forskel derimellem er som følger: i TOA rekuperative varmevekslingen finder sted gennem væggen adskille de to varmemedium, og kommer i kontakt med hinanden i to regenerative medier, hvilket ofte kræver efterfølgende blanding og adskillelse i særlige separatorer. Regenerative varmevekslere er opdelt i varmevekslere og blanding med en dyse (stationær hændelse eller mellemprodukt). Groft sagt, en spand varmt vand, sat i kulden, eller et glas varm te, sætte afkølet i køleskab (aldrig ikke gør!) - dette er et eksempel på en sådan blanding TOA. En hælde te underkop og afkøling af det, så vi får et eksempel på en regenerativ varmeveksler med dysen (underkop, i dette eksempel spiller dysedelen), som først bringes i kontakt med den omgivende luft og tager dens temperatur, og derefter den del af varmen af hældt i det varm te søger både medier fører til termisk ligevægt tilstand. Men som vi allerede har fundet en mere effektiv udnyttelse af den termiske ledningsevne til at overføre varme fra et medium til et andet, derfor mere nyttig med hensyn til varmeoverførsel (og udbredte) TOA i dag - selvfølgelig rekuperativ.

Termisk og strukturel beregning

Enhver beregning af den regenerative varmeveksler kan foretages på grundlag af resultaterne af de termiske, hydrauliske og styrkeberegninger. De er grundlæggende, uundværlig for design af nyt udstyr og teknikker er grundlaget for beregningen af de efterfølgende modeller af samme type enheder linje. Den vigtigste opgave for beregningen termisk TOA er at bestemme den krævede overfladeareal til varmeveksling til stabil drift af varmeveksleren og opretholdelse af de nødvendige parametre for udløbet medier. Ganske ofte i sådanne beregninger ingeniører får arbitrære værdier af vægt og størrelse karakteristika for fremtidig udstyr (materiale, diameter rør, plader, dimensioner, strålegeometri, type og materiale finning et al.), Men efter varme udføres typisk konstruktiv beregning veksler. Efter alt, hvis det første trin ingeniør anses for nødvendigt overfladeareal for et rør given diameter, for eksempel 60 mm, og længden af varmeveksleren således slået omkring tres meter, er det logisk at antage overgang flertrins varmeveksler eller til rørbundttypen, eller at øge diameteren af rørene.

hydraulisk beregning

Hydrauliske eller hydromekaniske og aerodynamiske beregninger udført for at identificere og optimere hydraulisk (aerodynamisk) tryktab i veksleren, og til beregning af energiforbruget til at overvinde dem. Beregning af en kurve, kanal eller et rør til opvarmning mediumpassage konfronterer human primære opgave - at intensivere udvekslingen procesvarme på stedet. Det vil sige, må man medium passere, og den anden for at få så meget varme på et minimum interval af sit løb. Dette ofte anvende yderligere varmeveksling overflade i form af finneoverflader udviklet (til separation af grænsen laminare underlag og forbedre flow turbulens). Optimal balance forhold i hydrauliske tab, de områder af varmeveksleroverfladen, vægt og størrelse egenskaber, og det udtagne varmeydelse er resultatet af den samlede termiske, hydraulisk og konstruktiv beregning TOA.

kontrol beregning

Verifikation af varmeveksleren udføres i det tilfælde, hvor det er nødvendigt at lægge et effektreserve enhver overfladeareal til varmeveksling. Overfladen af reserven af forskellige årsager og i forskellige situationer, hvis det kræves af kommissoriet, hvis producenten beslutter at gøre en yderligere margin for at være helt sikker på, at denne varme vil blive udgivet på regimet, og for at minimere fejl i beregningerne. I nogle tilfælde er forbehold kræves til afrunding strukturelle dimensioner resulterer i andre (fordampere, economizers) i beregningen af kapacitet af varmeveksleren er specielt indføres margin overflade på kompressoren olie forurening i kølekredsløbet. Ja, og dårlig vandkvalitet skal tages i betragtning. Efter et stykke tid, tilfredsstillende funktion varmevekslere, især ved høje temperaturer, scum lægger sig på overfladen af varmeudvekslingsapparat den, reducere varmeoverføringskoefficienten, og uundgåeligt fører til en reduktion i parasitisk varme start. Derfor kompetent ingeniør, en beregning af varmeveksleren "vand-vand", lægger særlig vægt på den ekstra reserve af varmeveksling overflade. Kontrol beregning og bruge for at se, hvordan det valgte udstyr vil arbejde på andre, sekundære tilstande. For eksempel i de centrale klimaanlæg (lufttilførselssystemer installationer) varmeapparater til første og andet opvarmningstrin anvendes i den kolde årstid, og ofte involvere sommeren for tilførslen af køleluft fodring koldt vand i luften varmevekslerrøret. Hvordan vil de fungerer, og hvad der vil give de parametre, for at vurdere beregningen span.

estimater forskning

Forskning TOA beregninger foretaget på baggrund af resultaterne af den termiske beregning og verifikation. De er nødvendige, som regel, at gøre de seneste ændringer til strukturen i designet enhed. De optrådte også til at rette eventuelle ligninger lægges i beregningsmodellen implementeret TOA opnået empirisk (til eksperimentelle data). Udførelse af forskning indebærer en beregning af tiere og undertiden hundredvis af beregninger af en særlig plan, udviklet og implementeret i produktionen i overensstemmelse med den matematiske teori om design af eksperimenter. Ifølge resultaterne afslører indflydelsen af forskellige forhold og fysiske størrelser på resultatindikatorer TOA.

andre beregninger

Beregningen af varmeveksleren område, så glem ikke om modstanden i materialer. Styrkeberegninger TOA omfatte kontrol projected unit for spænding, vridnings- fastgørelse til den maksimalt tilladte arbejder øjeblikke på detaljer og knudepunkterne i fremtiden for varmeveksleren. Med minimale dimensioner af produktet skal være stærk, stabil og garantere en sikker drift i forskellige, selv de mest vanskelige forhold.

Dynamisk beregning udføres for at bestemme forskellige karakteristika for varmeveksleren på variable driftstilstande.

Typer af varmeveksleren design

Rekuperativ TOA i design kan opdeles i et tilstrækkeligt stort antal grupper. Den mest kendte og udbredte - en pladevarmeveksler, luft (ribberøret), shell and tube varmevekslere "rør i rør", kappe- og plade, og andre. Der er mere højt specialiserede og eksotiske typer, fx spiral (cochlea-veksler) eller skraberen, som arbejder med viskøse eller ikke-Newtonske væsker, og mange andre typer.

Varmeveksler "rør i rør"

Overvej den enkleste beregning af varmeveksleren "rør i rør". Strukturelt er denne type af TOA maksimalt forenklet. Under opstart inderrøret apparat, sædvanligvis varm varmeoverføringsfluid at minimere tab, og ind i huset eller ind i det ydre rør, kølervæske kølestrækningen. Ingeniør Opgave i dette tilfælde reducerer til bestemmelse af længden af varmeveksleren på grundlag af den beregnede overfladeareal til varmeveksling og forudbestemte diametre.

Det skal tilføjes, at i termodynamik indføres begrebet en ideel varmeveksler, der er af uendelig længde enhed, hvor kølemidler arbejder i tælleren, og mellem fuldt udløst temperaturforskellen. Motivet "rør i rør" nærmest opfylder disse krav. Og hvis køre modstrøms varmeoverføringsvæsker, vil det være den såkaldte "counter-real" (i modsætning til cross-som i plade TOA). Temperatur pres mest effektivt udløses, når en trafik organisation. Men at udføre en "rør i rør" beregning af varmeveksleren skal være realistisk og ikke at glemme alt om logistik komponent, samt nem installation. evrofury længde - 13,5 m, og ikke alle tekniske faciliteter, der er tilpasset til at skride og installation af udstyr som f.eks længde.

Shell og rørvarmevekslere

Det er derfor en del af beregningen af en sådan indretning jævnt strømmer i beregningen af skallen og rørvarmeveksler. Dette apparat, hvor røret bundt er i et enkelt tilfælde (huset), vasket ved forskellige kølemidler, afhængigt af destinationen udstyr. I kondensatorer, fx køre i kølemidlet jakke, og vand - i et rør. Med denne metode til trafik-miljøer nemmere og mere effektivt at styre driften af enheden. I fordamperne omvendt kølemidlet koger i rørene, og de vaskes med afkølet væske (vand, saltopløsninger, glycoler, etc.). Derfor er beregningen-rørvarmeveksler reduceret for at minimere udstyrets størrelse. Leger med diameteren af foringen, diameteren og antallet og længden af den indre rør apparat ingeniør træder den beregnede værdi af varmeveksling overfladeareal.

luftvarmevekslere

En af de mest almindelige ved langt varmevekslere - en ribbede rør varmevekslere. De kaldes spoler. Hvor de ikke kun reguleres i området fra gennemblæsningsspiralerne (fra engelsk. Ventilator + spole, dvs. "fan" + "coil") i interne blokke split systemer til giant røggas rekuperator (udvælgelse af varme fra den varme røggas og overførsel det til opvarmning) i kedler på CHP. Derfor er beregningen af spolen veksleren afhænger af programmet, hvor varmen går i drift. Industrielle luftkølere (VOPy) installeret i kamrene chok-frosset kød, i frysere ved lave temperaturer og andre formål med fødevarer køle-, kræve visse konstruktionsmæssige egenskaber deres design. Afstand mellem lamel (fin) bør maksimeres for at forøge tidspunktet for kontinuerlig drift mellem afrimningscyklusser. Fordampere til DC'er (data center), tværtimod, muliggør en mere kompakt fastspænding mezhlamelnye afstand til et minimum. Sådanne varmevekslere opererer i den "rene zone", omgivet af et fint filter (op til HEPA-kvalitet) imidlertid denne beregning udføres af det rørformede varmeveksler med en vægt på at minimere de samlede dimensioner.

pladevarmevekslere

Øjeblikket stabil efterspørgsel efter pladevarmevekslere. Ifølge dets konstruktive udformning, de er fuldt tætnet og semi-svejset, og mednopayanymi nikelpayanymi, svejset og slagloddet diffusionsmetode (uden loddemetal). Termisk design af pladevarmeveksleren er tilstrækkelig fleksibel og ikke særlig vanskelige at ingeniør. Udvælgelsesprocessen kan spille typen plader, dybe kanaler danner, fin type, tykkelse stål, forskellige materialer og, vigtigst - mange standard størrelse modeller for indretninger af forskellige størrelser. Sådanne varmevekslere er lave og brede (for dampopvarmning vand) eller høje og smalle (adskillelse varmevekslere til klimaanlæg). De anvendes ofte, og et medium med en faseovergang, dvs. som kondensatorer, fordampere, damp kølere, predkondensatorov og så videre. D. Udfør termisk design af varmeveksleren arbejder ved en tofaset mønster, lidt hårdere end varmeveksleren af "væske-væske", men for erfaren ingeniør dette problem kan løses, og er ikke specielt svært. For at lette disse beregninger moderne tekniske designere bruger database, hvor du kan finde en masse af de nødvendige oplysninger, herunder fase diagram af enhver kølemiddel i enhver stribe tilstand, for eksempel et program Coolpack.

Beregning Eksempel veksler

Hovedformålet med beregningen er en beregning af den nødvendige varmeveksling overfladeareal. Heat (køling) magt er normalt angivet i udbudsmaterialet, men i vores eksempel vil vi beregne og hende, for, siger, en kontrol af kravspecifikation. Nogle gange sker det også, at de oprindelige data kan krybe fejl. En af opgaverne for en kompetent ingeniør - denne fejl at finde og løse. Som et eksempel, udfører beregning pladevarmeveksler af den "flydende - væske". Lad det være en separator kredsløb (tryk maksimalafbryder) i højhus. For at lette trykket på udstyret, opførelse af skyskrabere meget ofte brugt denne fremgangsmåde. På den ene side af varmeveksleren har vand ved indgangen Tvh1 = 14 ᵒS og afslutte Tvyh1 = 9 ᵒS, og en strømningshastighed G1 = 14 500 kg / h, og på den anden - er også vand, men her med følgende parametre: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

Nødvendige strøm (Q0) beregne den termiske balance formel (se figuren ovenfor, formel 7.1 ..), hvor Cp - specifik varmekapacitet (tabelværdi). For at forenkle beregningerne Disse værdier tage varmekapaciteten EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Vi betragter:

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

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

Bemærk, at ifølge formel (7.1), Q0 = Q1 = Q2, uanset hvilken side af beregningen udført.

Endvidere i de vigtigste varmeoverførselsligning (7,2), finder vi det nødvendige overfladeareal (7.2.1), hvor k - varmeoverførselskoefficient (antaget lig med 6350 [W / ^m2]), og ΔTsr.log. - gennemsnitlig temperatur forskel, beregnes ved formlen (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 tilfælde hvor varmeoverføringskoefficienten er ukendt, beregningen er lidt mere kompliceret pladevarmeveksler. Formel (7.4) betragtes Reynoldstal hvor ρ - densitet [kg / ^m3], η - dynamisk viskositet, [N * s / ^m2], v - hastighed af mediet i kanalen [m / s], d cm - befugtelige boringsdiameter [m].

Af tabellen vi søger den ønskede værdi Prandtl [Pr], og formlen (7.5), får vi den Nusselts nummer, hvor n = 0,4 - et flydende opvarmningsbetingelser, og n = 0,3 - afkøling i flydende betingelser.

Endvidere er formel (7.6) beregnet varmeoverføringskoefficienten fra kølemiddel til hver væg, og formlen (7.7) antages varmeoverførselskoefficient, som er substitueret i formlen (7.2.1) til beregning af overfladeareal til varmeveksling.

I de ovenstående formler, λ - varmeledning koefficient, ϭ - tykkelsen af kanalvæggen, a1 og α2 - varmeoverførselskoefficienter i hver af de varmeoverføringsvæg.