Càlcul de l'intercanviador de calor: l'exemple. Càlcul de la superfície, la potència de l'intercanviador de calor

Càlcul de l'intercanviador de calor ara triga menys de cinc minuts. Qualsevol organització que produeix i ven aquests equips sol donar a cadascun el seu propi programa de reclutament. Es pot descarregar de forma gratuïta des del lloc web de l'empresa o del seu tècnic anirà a la seva oficina i instal·lar de forma gratuïta. No obstant això, com a resultat d'aquests càlculs és correcta, podem confiar en ell i no ser intel·ligent si el fabricant lluitant en la licitació amb els seus competidors? Comprovació de la calculadora electrònica requereix el coneixement o almenys la comprensió dels mètodes moderns de càlcul dels intercanviadors de calor. Anem a tractar de resoldre els detalls.

Què és un intercanviador de calor

Abans de realitzar el càlcul de l'intercanviador de calor, recordem, i quin tipus d'un dispositiu d'aquest tipus? Teplomassoobmennyh aparell (intercanviador de calor aka, també conegut com aparell d'intercanvi de calor o TOA) - un dispositiu per a la transferència de calor d'un refrigerant a un altre. En el procés dels canvis de temperatura del refrigerant també canvien la seva densitat i, en conseqüència, la massa índexs substàncies. És per això que aquests processos se'ls coneix com a transferència de calor i massa.

tipus de transferència de calor

Ara anem a parlar dels tipus de transferència de calor - només hi ha tres. Radiació - transferència de calor per radiació. A tall d'exemple, podem recordar el prendre el sol a la platja en un dia calorós d'estiu. I fins i tot aquests intercanviadors de calor es poden trobar al mercat (escalfadors d'aire del tub). No obstant això, el més sovint a escalfar habitacions a l'apartament que compren petroli o calefacció elèctrica. Aquest és un exemple d'un altre tipus de transferència de calor - convecció. La convecció és natural, involuntari (extracte, ia la caixa ha intercanviador) o amb accionament mecànic (amb un ventilador, per exemple). L'últim tipus és molt més eficaç.

No obstant això, el mètode més eficaç de transferència de calor - és la conductivitat tèrmica, o, com es diu, la conducció (conducció d'Anglès -. "Conductivitat"). Qualsevol enginyer que es va a celebrar el disseny tèrmic de l'intercanviador de calor, en primer lloc pensar sobre com triar equips eficients en un mínim d'espai. I se les arregla per aconseguir això és per conducció. Un exemple d'això és el més eficaç fins a la data TOA - intercanviadors de calor de plaques. Plate TOA per definició - un intercanviador de calor que transfereix la calor del refrigerant a un altre a través d'una paret que els separa. L'àrea de contacte màxima possible entre els dos mitjans juntament amb materials seleccionats veritables, i les seves plaques de perfil dimensions de gruix seleccionats per minimitzar maquinari preservant al mateix temps les característiques tècniques originals requerits en el procés.

tipus d'intercanviadors de calor

Abans de dur a terme el càlcul de l'intercanviador de calor estan determinats pel seu tipus. Tot TOA es pot dividir en dos grans grups: els intercanviadors de calor recuperadors i regeneratius. La principal diferència entre ells és el següent: en l'intercanvi de calor recuperatiu TOA té lloc a través de la paret que separa el mitjà de dos de calor, i entren en contacte entre si en dos mitjans regeneratius, requerint sovint barrejat posterior i la separació en separadors especials. intercanviadors de calor regeneratius es divideixen en intercanviadors de calor i la barreja amb un filtre (incident estacionari o intermedi). En termes generals, una galleda d'aigua calenta, condicionades en el fred, o un got de te calent, poseu refredat a la nevera (mai no ho faci!) - aquest és un exemple de tal barreja TOA. Un vessament platet te i el refredament de la qual pel que tenim un exemple d'un intercanviador de calor regeneratiu amb el filtre (platerets, en aquest exemple controla la part de boca), que primer es posa en contacte amb l'aire ambient i pren la seva temperatura i, a continuació, selecciona la part de la calor de aboca-hi de te calent busquen tant l'avantatge dels mitjans de comunicació a la manera d'equilibri tèrmic. No obstant això, com ja hem trobat un ús més eficient de la conductivitat tèrmica per a transferir calor des d'un mitjà a un altre, per tant, més útil en termes de transferència de calor (i àmpliament utilitzat) TOA avui - per descomptat, recuperatiu.

càlcul tèrmic i estructural

Qualsevol càlcul de l'intercanviador de calor regeneratiu pot fer-se sobre la base dels resultats dels càlculs tèrmics, hidràulics i força. Són fonamentals, indispensables per al disseny de nous equips i tècniques són la base per al càlcul dels models posteriors del mateix tipus de línia de dispositius. La tasca principal del càlcul TOA tèrmica és determinar l'àrea de superfície d'intercanvi de calor necessari per al funcionament estable de l'intercanviador de calor i el manteniment dels paràmetres necessaris del mitjà de comunicació. Molt sovint en tals càlculs enginyers es donen valors arbitraris de pes i grandària característiques dels equips futur (materials, tubs de diàmetre, les plaques, les dimensions, la geometria del feix, el tipus i material de aleteig et al.), No obstant això després de calor es realitza típicament intercanviador de càlcul constructiu. Després de tot, si el primer enginyer pas considerat àrea de superfície necessària per a un tub de diàmetre donat, per exemple, 60 mm, i la longitud de l'intercanviador de calor per tant convertit uns seixanta metres, és lògic suposar intercanviador de calor de múltiples etapes de transició o al tipus de feix de tubs, o per augmentar el diàmetre dels tubs.

càlcul hidràulic

Càlculs hidràulics o hidro-mecàniques i aerodinàmiques a terme per identificar i optimitzar (aerodinàmica) la pèrdua de pressió hidràulica a l'intercanviador de calor, i per calcular el consum d'energia per a superar-les. Càlcul de qualsevol camí, canal o tub per al pas del mitjà d'escalfament s'enfronta a la tasca primària humana - per intensificar el procés d'intercanvi de calor en el lloc. És a dir, un mitjà ha de passar, i l'altre és obtenir la major quantitat de calor en un interval mínim del seu curs. Això sovint s'aplica addicional de la superfície d'intercanvi de calor en forma de superfícies d'aletes desenvolupats (per a la separació de la sub-capa laminar límit i augmentar la turbulència del flux). relació equilibri òptim en pèrdues hidràuliques, les àrees de la superfície d'intercanvi de calor, les característiques de pes i grandària, i la sortida de calor retirat és el resultat del càlcul de TOA tèrmica, hidràulica i constructiu agregat.

càlcul de comprovació

Verificació de l'intercanviador de calor es porta a terme en el cas en què cal establir una reserva de potència de qualsevol àrea de la superfície d'intercanvi de calor. La superfície de la reserva per diferents raons i en diferents situacions, si així ho requereix el mandat, si el fabricant decideix fer un marge addicional de ser molt segur que aquesta calor es donarà a conèixer en el règim, i per minimitzar els errors en els càlculs. En alguns casos, es requereixen reserves per l'arrodoniment dimensions resultats estructurals en altres (evaporadors, economitzadors) al càlcul de la capacitat de l'intercanviador de calor està especialment introduït superfície marge sobre la contaminació d'oli del compressor present en el circuit de refrigeració. Sí, i la mala qualitat de l'aigua s'ha de tenir en compte. Després d'un temps, el bon funcionament dels intercanviadors de calor, especialment a altes temperatures, l'escòria es diposita en la superfície de l'aparell d'intercanvi de calor, reduint el coeficient de transferència de calor, i inevitablement condueix a una reducció en l'enlairament de calor paràsites. Per tant tècnic competent, un càlcul de l'intercanviador de calor "aigua-aigua", es presta especial atenció a la reserva addicional de la superfície d'intercanvi de calor. Comprovació de càlcul i passar per tal de veure com l'equip triat treballarà en altres maneres, secundàries. Per exemple, en els condicionadors d'aire central (instal·lacions de subministrament d'aire) escalfadors per a calefacció primera i segona s'utilitza a l'estació freda, i sovint impliquen l'estiu per al refredament de l'alimentació d'aire de subministrament d'aigua freda en el tub d'intercanviador de calor d'aire. Com van a funcionar i el que li donarà els paràmetres per avaluar el càlcul lapse.

estimacions de recerca

TOA càlculs investigacions dutes a terme sobre la base dels resultats del càlcul tèrmic i verificació. Són necessàries, per regla general, per fer les últimes modificacions a l'estructura del dispositiu dissenyat. També van realitzar per corregir qualsevol equacions són dipositats en el model de càlcul implementat TOA obtenir empíricament (per dades experimentals). Realització de la investigació implica un càlcul de desenes i de vegades centenars de càlculs per un pla especial, desenvolupat i posat en pràctica en la producció d'acord a la teoria matemàtica de disseny d'experiments. D'acord amb els resultats revelen la influència de diferents condicions i quantitats físiques en els indicadors de rendiment de TOA.

altres càlculs

El càlcul de la superfície de l'intercanviador de calor, no us oblideu de la resistència de materials. Els càlculs de resistència TOA incloure la comprovació de la unitat projectada per voltatge, fixació torsional als màxims moments de treball permissibles als detalls i els nodes de la futur de l'intercanviador de calor. Amb unes dimensions mínimes del producte ha de ser fort, estable i assegurar el funcionament segur en diversos, fins i tot en les condicions més vigoroses.

càlcul dinàmic es realitza per determinar les diverses característiques d'intercanviador de calor en les maneres de funcionament variables.

Tipus de disseny d'intercanviador de calor

TOA recuperador en el disseny es pot dividir en un nombre prou gran de grups. El més conegut i àmpliament utilitzat - un intercanviador de calor de plaques, d'aire (tub amb aletes), calor de carcassa i tub d'intercanviadors de "tub en tub", de carcassa i placa, i altres. Hi ha més altament tipus especialitzats i exòtics, per exemple, en espiral (còclea-intercanviador) o el rascador, que treballen amb fluids viscosos o no newtonians, i molts altres tipus.

Intercanviador de calor "tub en tub"

Penseu el càlcul més simple de la "tub en tub" intercanviador de calor. Estructuralment, aquest tipus de TOA es simplifica al màxim. Durant la posada en marxa de l'aparell de tub interior, generalment fluid de transferència de calor calent per minimitzar les pèrdues, i en la carcassa o en el tub exterior, el refrigerant trajecte de refredament. Engineer tasca en aquest cas es redueix a la determinació de la longitud de l'intercanviador de calor sobre la base de la superfície d'intercanvi de calor calculat i diàmetres predeterminats.

Val la pena afegir que en termodinàmica introdueix el concepte d'un intercanviador de calor ideals, és a dir de la unitat de longitud infinita, on refrigerants treballen en taulell, i entre la diferència de temperatura completament activat. El "tub en tub" de disseny més proper compleix amb aquests requisits. I si s'executa fluids de transferència de calor a contracorrent, serà l'anomenat "contra-real" (en contraposició a través del TOA com a la placa). la pressió disparat per temperatura amb major eficàcia quan una organització de tràfic. No obstant això, la realització d'un càlcul "tub en tub" de l'intercanviador de calor ha de ser realista i no oblidar el component logístic, així com la facilitat d'instal·lació. longitud evrofury - 13,5 m, i no totes les instal·lacions tècniques adaptades a patinar i la instal·lació d'equips com longitud.

Shell i els intercanviadors de calor de tubs

Per tant, és part del càlcul de tal dispositiu flueix suaument en el càlcul del intercanviador de calor de carcassa i tubs. Aquest aparell, en què el feix de tubs està en un sol cas (carcassa), es va rentar per diferents refrigerants, depenent de l'equip de destinació. En els condensadors, per exemple, executar a la camisa de refrigerant, i l'aigua - en un tub. Amb aquest mètode de trànsit dels entorns més fàcil i més eficient per controlar el funcionament de la unitat. En els evaporadors, per contra, el refrigerant bull en els tubs i es renten amb líquid refredat (aigua, salmorres, glicols, etc.). Per tant, l'intercanviador de calor de càlcul de tub es redueix per minimitzar la mida dels equips. Jugant amb el diàmetre de la carcassa, el diàmetre i el nombre i la longitud de la enginyer canonades aparell interior entra en el valor calculat d'àrea de la superfície d'intercanvi de calor.

intercanviadors de calor d'aire

Un dels més comuns per intercanviadors de calor FAR - 01:00 aletes d'intercanviadors de calor de tub. Són anomenats espirals. On no només s'ajusten van des fancoils (de l'anglès. Bobina Fan +, és a dir, "fan" + "bobina") en blocs interns sistemes a recuperador de gas de combustió gegant (selecció de calor es va separar del gas de combustió calenta i la transferència de que per a la calefacció) en calderes de cogeneració. És per això que el càlcul de l'intercanviador de bobina depèn de l'aplicació, on la calor entra en operació. refredadors d'aire industrials (VOPy) instal·lats en les càmeres de carn de xoc-congelat, en congeladors a baixes temperatures i altres objectes de la refrigeració d'aliments, requereixen certes característiques estructurals en el seu disseny. Distància entre laminilla (fi) ha maximitzar per augmentar el temps d'operació contínua entre els cicles de descongelació. Els vaporitzadors per DCS (centre de dades), per contra, fa possible una distància mezhlamelnye de subjecció més compacte a un mínim. Tals intercanviadors de calor estan operant a la "zona pur", envoltat per un filtre fi (fins al grau HEPA), però, aquest càlcul es porta a terme l'intercanviador de calor tubular amb un èmfasi en minimitzar les dimensions generals.

intercanviadors de calor de plaques

Actualment la demanda estable per intercanviadors de calor de plaques. D'acord al seu disseny constructiu, són totalment segellada i semi-soldada, i mednopayanymi nikelpayanymi, soldada i mètode de difusió de soldadura forta (sense soldadura). Disseny tèrmic de l'intercanviador de calor de plaques és prou flexible i no particularment difícil d'enginyer. El procés de selecció pot jugar plaques de característiques, canals profunds que formen, de tipus aleta, gruix d'acer, diferents materials i, el més important - molts models de mida estàndard dels dispositius de diferents mides. Tals intercanviadors de calor són baixos i àmplia (per a l'escalfament per vapor d'aigua) o (intercanviadors de calor de separació per a sistemes d'aire condicionat) alt i estret. S'utilitzen sovint, i un mitjà amb una transició de fase, és a dir, com condensadors, evaporadors, refrigeradors de vapor, predkondensatorov i així successivament. D. Realitzar disseny tèrmic d'intercanviador de calor que opera a un patró bifàsic, una mica més dur que l'intercanviador de calor de la "líquid-líquid", però per enginyer experimentat aquest problema té solució i no és particularment difícil. Per facilitar aquests càlculs d'enginyeria dissenyadors moderns utilitzen base de dades informàtica, on es pot trobar una gran quantitat d'informació necessària, incloent el diagrama de fase de qualsevol refrigerant en qualsevol manera de ràfega, per exemple, un programa CoolPack.

Exemple de càlcul intercanviador

El principal propòsit del càlcul és un càlcul de la superfície necessària superfície d'intercanvi de calor. Calor (refrigeració) de potència normalment s'especifica en els termes de referència, però en el nostre exemple calcularem i ella, per, per exemple, una comprovació de l'especificació de requisits. De vegades també passa que les dades originals poden lliscar errors. Una de les tasques d'un enginyer competent - aquest error per trobar i corregir. Com un exemple, realitzar el càlcul intercanviador de calor de plaques de la "líquid - líquid". Que sigui un circuit separador (interruptor de pressió) a l'edifici de gran alçada. Per tal d'alleujar la pressió sobre l'equip, la construcció de gratacels molt sovint utilitza aquest enfocament. En un costat de l'intercanviador de calor tenir aigua a l'entrada Tvh1 = 14 ᵒS i sortida Tvyh1 = 9 ᵒS, i un G1 velocitat de flux = 14 500 kg / h, i per l'altre - també és aigua, però aquí amb els següents paràmetres: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18.125 kg / h.

Potència necessària (Q0) calcular la fórmula balanç tèrmic (vegeu la figura anterior, la fórmula 7.1 ..), on Cp - capacitat tèrmica específica (valor de la taula). Per simplicitat dels càlculs Aquests valors tenen la capacitat de calor EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. considerem:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4.187 = 303.557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - en el primer costat i

Q2 = 18.125 * (12 - 8) * 4.187 = 303.557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - en el segon costat.

Tingueu en compte que, d'acord amb la fórmula (7,1), Q0 = Q1 = Q2, amb independència de quin costat del càlcul dut a terme.

A més, en l'equació de transferència de calor principal (7.2), ens trobem amb l'àrea necessària de la superfície (7.2.1), on k - coeficient de transferència de calor (que se suposa igual a 6,350 [W / ^m2]), i ΔTsr.log. - diferència mitjana temperatura, es calcula per la fórmula (7.3):

? T sr.log. = (2 - 1) / ln (2/1) = 1 / LN2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

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

En el cas on el coeficient de transferència de calor és desconegut, el càlcul és lleugerament més complicat intercanviador de calor de plaques. Fórmula (7.4) es consideren un nombre de Reynolds on ρ - densitat [kg / ^m3], η - viscositat dinàmica, [N * s / ^m2], v - velocitat del medi en el conducte [m / s], d cm - diàmetre humectable [m].

De la taula busquem el valor requerit Prandtl [Pr], i la fórmula (7.5), s'obté el nombre de Nusselt, on n = 0,4 - unes condicions d'escalfament de líquid, i n = 0,3 - refredament en condicions líquides.

A més, la fórmula (7.6) es calcula el coeficient de transferència de calor des del refrigerant per a cada paret, i la fórmula (7.7) se suposa coeficient de transferència de calor, que està substituït en la fórmula (7.2.1) per calcular l'àrea de la superfície d'intercanvi de calor.

En les fórmules anteriors, λ - coeficient de conducció tèrmica, ϭ - el gruix de la paret del canal, a1 i α2 - transferència de calor coeficients de cada un de la paret de transferència de calor.