Berekening van de warmtewisselaar: het voorbeeld. Berekening van de oppervlakte, de kracht van de warmtewisselaar

Berekening van de warmtewisselaar neemt nu minder dan vijf minuten. Iedere organisatie die meestal produceert en verkoopt dergelijke apparatuur geeft iedereen zijn eigen recruitment programma. Het kan gratis worden gedownload van de website van het bedrijf of de technicus zal naar uw kantoor komen en installeer het gratis. Echter, als gevolg van een dergelijke berekeningen correct is, kunnen we hem vertrouwen en niet slim zijn als de fabrikant door te vechten in de tender met haar concurrenten? Het controleren van elektronische rekenmachine vereist kennis of op zijn minst het begrijpen van de moderne methoden voor de berekening van de warmtewisselaars. Laten we proberen te sorteren op de details.

Wat is een warmtewisselaar

Voor het uitvoeren van de berekening van de warmtewisselaar, laten we niet vergeten, en wat voor een dergelijk apparaat? Teplomassoobmennyh Inrichting (aka warmtewisselaar, ook wel warmtewisselapparaat of TOA) - een inrichting voor overdracht van warmte van de ene naar de andere koelvloeistof. Bij de werkwijze eveneens de koelmiddeltemperatuur verandert de densiteit en bijgevolg mass indices stoffen. Dat is de reden waarom processen zoals warmte- en massatransport worden aangeduid.

types van warmteoverdracht

Laten we nu praten over de soorten warmteoverdracht - er zijn slechts drie. Straling - overdracht van warmte door straling. Als voorbeeld kunnen we het zonnen op het strand op een warme zomerse dag te herinneren. En zelfs deze warmtewisselaars zijn te vinden in de markt (buis luchtverwarming). Echter, de meeste vaak thuis verwarming, kamers in het appartement we kopen olie of elektrische verwarming. Dit is een voorbeeld van een ander type warmteoverdracht - convectie. Natuurlijke convectie, onwillekeurige (extract en in de doos moet uitwisselaar) of met mechanische aandrijving (met een ventilator, bijvoorbeeld). Het laatste type is veel effectiever.

De meest effectieve methode voor warmteoverdracht - de thermische geleidbaarheid, of, zoals dat heet geleiding (geleiding van Engels -. "Conductivity"). Elke ingenieur die gaat naar de thermische ontwerp van de warmtewisselaar te houden, in de eerste plaats na te denken over hoe je efficiënte apparatuur te kiezen in een minimum aan ruimte. En het erin slaagt om dit te bereiken is door geleiding. Een voorbeeld hiervan is de meest effectieve tot nu toe TOA - platenwarmtewisselaars. Plaat TOA per definitie - een warmtewisselaar die warmte overdraagt van het koelmiddel naar een andere door een wand te scheiden. De maximale contactoppervlak tussen de twee media met echte gekozen materialen en de profielplaten dikteafmetingen geselecteerde hardware minimaliseren met behoud van de oorspronkelijke technische kenmerken die nodig zijn in het proces.

typen warmtewisselaars

Voordat u de berekening van de warmtewisselaar uit te voeren worden bepaald door het type. Alle TOA kan worden onderverdeeld in twee grote groepen: recuperatieve en regeneratieve warmtewisselaars. Het belangrijkste verschil daartussen als volgt: in de TOA recuperatieve warmtewisseling plaatsvindt door de wand tussen de twee verwarmingsmedium en in contact komen met elkaar in twee regeneratieve media, waarvoor vaak daaropvolgende menging en scheiding speciale scheiders. Regeneratieve warmtewisselaars verdeeld in warmtewisselaars en menging met een mondstuk (stationaire incident of tussenproduct). Grofweg een emmer warm water, opgemaakt in de kou, of een glas warme thee, zet gekoeld in de koelkast (nog nooit niet doen!) - dit is een voorbeeld van zo'n mengen TOA. Een gietende thee schotel en afkoelen van het dus we een voorbeeld van een regeneratieve warmtewisselaar de spuitmond te krijgen (schotel, in dit geval speelt het tuitdeel), die eerst in contact met de omgevingslucht en neemt zijn temperatuur, en vervolgens de deel van de warmte van gegoten erin hete thee zoek beide media leiden tot thermisch evenwicht modus. Echter, zoals we al een efficiënter gebruik van de thermische geleidbaarheid hebben gevonden om warmte van het ene medium naar het andere, dus meer bruikbaar in termen van warmte-overdracht (en meest gebruikte) TOA vandaag - natuurlijk herstellende.

Thermische en structurele berekeningen

Bij het berekenen van de regeneratieve warmtewisselaar kan worden gemaakt op basis van de resultaten van de thermische, hydraulische en sterkteberekeningen. Zij zijn fundamenteel, onontbeerlijk voor het ontwerp van nieuwe apparatuur en technieken zijn de berekening van de volgende modellen van hetzelfde type inrichtingen lijn. De hoofdtaak van de thermische TOA berekening wordt de benodigde warmte uitwisselingsoppervlak voor een stabiele werking van de warmtewisselaar te bepalen en handhaven van de vereiste parameters van de media uitlaat. Vaak in dergelijke berekeningen technici gegeven willekeurige waarden van gewicht en afmeting karakteristieken van toekomstige uitrusting (materiaal diameter buizen, platen, afmetingen, straalgeometrie, type en materiaal vinnen et al.), Maar na warmtebehandeling doorgaans uitgevoerd constructieve berekening wisselaar. Immers, als de eerste stap technicus noodzakelijk geacht oppervlak voor een gegeven diameter pijp, bijvoorbeeld 60 mm, en de lengte van de warmtewisselaar waardoor bleek ongeveer zestig meter, is het logisch om de overgang meertraps warmtewisselaar uitgaan naar het buisbundeltype, of de diameter van de buizen te verhogen.

hydraulische berekeningen

Hydraulische of hydro-mechanische en aerodynamische berekeningen uitgevoerd voor het identificeren en optimaliseren van hydraulische (aerodynamische) drukverlies in de warmtewisselaar, en het energieverbruik te overwinnen berekenen. Berekening van elke baan, kanaal of leiding voor het verwarmingsmedium passage confronteert humane primaire taak - om de warmtewisseling intensiveren ter plaatse. Dat wil zeggen dat het ene medium moet passeren, en de andere is om zoveel warmte te krijgen op een minimum interval van zijn koers. Deze toepassing vaak extra warmtewisselend oppervlak in de vorm van vinoppervlakken ontwikkeld (voor het scheiden van de begrenzing laminaire deellaag en verbeteren stromingturbulentie). Optimale balans betreft hydraulische verliezen, het gebied van de warmte-uitwisselingsoppervlak, het gewicht en de grootte kenmerken en de afgevoerde warmteafgifte is het resultaat van de totale thermische, hydraulische en constructieve TOA berekening.

het controleren van de berekening

Verificatie van de warmtewisselaar in het geval waarin het noodzakelijk is om een vermogensreserve van elke oppervlakte warmtewisseling lag uitgevoerd. Het oppervlak van de reserve voor verschillende redenen en in verschillende situaties, indien vereist door het mandaat, indien de fabrikant beslist om een extra marge om precies te zorgen dat deze warmte zal worden uitgebracht op het regime, en om fouten in de berekeningen te minimaliseren. In sommige gevallen, reserveren noodzakelijk voor het afronden afmetingen resultaten structureel andere (verdampers economisers) bij de berekening van de capaciteit van de warmtewisselaar is speciaal geïntroduceerd marge oppervlak aan de compressorolie aanwezige verontreinigingen in het koelcircuit. Ja, en de slechte kwaliteit van het water moet rekening worden gehouden. Na een tijdje, de goede werking van warmtewisselaars, vooral bij hoge temperaturen, het schuim zich af op het oppervlak van de warmtewisselapparaat, waardoor de warmteoverdrachtscoëfficiënt en onvermijdelijk leidt tot een vermindering van de parasitaire warmte start. Daarom bevoegde ingenieur, een berekening van de warmtewisselaar "water-water", besteedt bijzondere aandacht aan de extra reserve van het oppervlak warmte-uitwisseling. Het controleren van berekening en uitgeven om te zien hoe de gekozen apparatuur zal werken op andere, secundaire modi. Bijvoorbeeld in het centrale airconditioners (luchttoevoer installaties) kachels voor eerste en tweede verwarmingsmiddelen die in het koude seizoen, en vaak om de zomer voor koeling luchttoevoer toevoer koud water lob warmtewisselaarbuis. Hoe zullen ze werken en wat zal de parameters om de overspanning berekening uit te geven.

research schat

Onderzoek TOA berekeningen uitgevoerd op basis van de resultaten van de thermische berekening en controle. Ze zijn nodig, in de regel om de laatste wijzigingen in de structuur van het ontworpen apparaat. Ze ook uitgevoerd om corrigeren vergelijkingen worden gelegd in het rekenmodel uitgevoerd TOA empirisch verkregen (experimentele gegevens). Het uitvoeren van onderzoek betreft een berekening van tientallen en soms honderden berekeningen door een speciaal plan, ontwikkeld en in de productie uitgevoerd in overeenstemming met de wiskundige theorie van het ontwerp van de experimenten. Volgens de resultaten onthullen de invloed van verschillende omstandigheden en fysische grootheden van prestatie-indicatoren TOA.

andere berekeningen

De berekening van de warmtewisselaar gebied, vergeet dan niet over de weerstand van materialen. Sterkteberekeningen TOA onder de vooropgestelde unit op spanning, torsie bevestiging aan de maximaal toelaatbare werkende momenten voor detail en de knopen van de toekomst van de warmtewisselaar. Met minimale afmetingen van het product moet sterk, stabiel zijn en zorgen voor een veilig gebruik in verschillende, zelfs de meest zware omstandigheden.

Dynamische berekening wordt uitgevoerd voor verschillende kenmerken van warmtewisselaar variabele werkingsmodi bepalen.

Typen warmtewisselaar ontwerp

Recuperatieve TOA in het ontwerp kunnen worden verdeeld in een voldoende groot aantal groepen. De meest bekende en meest gebruikte - een platenwarmtewisselaar, lucht (Buis met vinnen), shell and tube warmtewisselaars "pijp in pijp", shell-and-plate en anderen. Er zijn zeer gespecialiseerde en exotische soorten, bijvoorbeeld spiraal (cochlea-uitwisselaar) of schraper, die samenwerken met viskeuze of niet-Newtoniaanse vloeistoffen, en vele andere soorten.

Warmtewisselaar "buis in buis"

Denk aan de eenvoudigste berekening van de warmtewisselaar "tube in tube". Structureel wordt dit type TOA maximaal vereenvoudigd. Tijdens het opstarten van de binnenbuis inrichting, gewoonlijk heet warmteoverdracht fluïdum te beperken, en in het huis of in de buitenste buis, het koelmiddel afkoelbaan. Ingenieur Taak in dit geval reduceert tot de bepaling van de lengte van de warmtewisselaar op basis van de berekende warmtewisselingsoppervlaktedichtheid stippellijn vooraf bepaalde diameters.

Het is de moeite waard toe te voegen dat in de thermodynamica introduceert het concept van een ideaal warmtewisselaar, dat is van oneindige lengte-eenheid, waarbij koelmiddelen werken in de teller, en tussen volledig geactiveerd temperatuurverschil. Het ontwerp "pijp in pijp" die het dichtst aan deze eisen voldoet. Als de in werking tegenstroom warmtegeleidende vloeistoffen, zal het de zogenaamde "contra-echt" (in tegenstelling tot kruis-as in plaat TOA). Temperatuur druk het meest effectief geactiveerd wanneer een organisatie van het verkeer. Echter, het uitvoeren van een "pipe in pipe" berekening van de warmtewisselaar moet realistisch zijn en niet te vergeten over de logistieke component, evenals het gemak van installatie. evrofury lengte - 13,5 m, en niet alle technische faciliteiten aangepast aan slippen en de installatie van apparatuur zoals lengte.

Shell and tube warmtewisselaars

Daarom is onderdeel van het berekenen van een dergelijke inrichting goed afgevoerd in de berekening van de buizenbundel warmtewisselaar. Deze inrichting, waarbij de pijpbundel in een enkel geval (mantel), gewassen door verschillende koelmiddelen, afhankelijk van de bestemming apparatuur. Condensatoren, bijvoorbeeld uitgevoerd in de mantel koelmiddel en water - in een buis. Met deze methode van het verkeer omgevingen eenvoudiger en efficiënter om de werking van het toestel te bedienen. In de verdampers omgekeerd het koelmiddel kookt in de buizen en worden gewassen met gekoelde vloeistof (water, zoutoplossingen, glycolen, etc.). Daarom is de berekening pijpwarmtewisselaar verkleind tot de grootte apparatuur te minimaliseren. Spelen met de diameter van de mantel, de diameter en het aantal en de lengte van de binnenpijpen inrichting technicus voert de berekende waarde van de warmtewisselaar oppervlakgebied.

lucht warmtewisselaars

Een van de meest voorkomende veruit warmtewisselaars - een vinnen tube warmtewisselaars. Ze zijn genoemd spoelen. Waar ze zijn niet alleen aangepast, variërend van ventilatorconvectoren (uit het Engels. Fan + coil, dat wil zeggen, "fan" + "coil") in het interne blokken verdeeld systemen om gigantische rookgas recuperator (selectie van warmte uit de hete rookgassen en de overdracht Het voor verwarmen) in ketels CHP. Dat is de reden waarom de berekening van de spoel wisselaar afhankelijk van de toepassing, waar de warmte wordt in gebruik genomen. Industriële luchtkoelers (VOPy) in de kamers shock-bevroren vlees geïnstalleerd, diepvriezers bij lage temperaturen en andere doelen van het voedsel koeling vereisen bepaalde structurele kenmerken in hun ontwerp. Afstand tussen de lamellen (fin) moet worden gemaximeerd op het moment van de continue werking tussen ontdooicycli te verhogen. Verdamper DCs (datacenter) daarentegen, maakt een compactere klemmende mezhlamelnye afstand tot een minimum. Dergelijke warmtewisselaars optreden in de "zuivere zone", omgeven door een fijnfilter (tot HEPA graad), echter deze berekening uit de buizenwarmtewisselaar uitgevoerd met de nadruk op het minimaliseren van de totale afmetingen.

platenwarmtewisselaars

Momenteel stabiele vraag naar platenwarmtewisselaars. Volgens de constructieve vormgeving, ze volledig pakking en semi-gelaste en mednopayanymi nikelpayanymi, gelast en gesoldeerd diffusiemethode (zonder solderen). Thermische ontwerp van de platenwarmtewisselaar voldoende flexibel en niet bijzonder moeilijk engineer. vele standaardgrootte modellen van inrichtingen van verschillende afmetingen - het selectieproces kan typeplaatjes, diepe kanalen vormen, ribtype, staaldikte, verschillende materialen en, belangrijker spelen. Dergelijke warmtewisselaars zijn laag en breed (voor stoomverwarming water) of hoog en smal (warmtewisselaar omvat voor het airconditioningsystemen). Zij worden vaak gebruikt, en een medium met een faseovergang, dwz als condensors, verdampers, stoomkoelers, predkondensatorov enz. D. Voer thermische ontwerp van de warmtewisselaar die bij een bifasisch patroon, iets harder dan de warmtewisselaar van de "vloeistof-vloeistof", maar ervaren ingenieur dit probleem is oplosbaar en is niet bijzonder moeilijk. Om deze berekeningen moderne techniek ontwerpers gebruiken computer database, waar u veel van de nodige informatie, met inbegrip van het fasediagram van elke koudemiddel in een streak modus kan vinden, bijvoorbeeld vergemakkelijken, een programma Coolpack.

Rekenvoorbeeld wisselaar

Het hoofddoel van de berekening is een berekening van het benodigde oppervlak warmtewisseling. Hitte (koeling) stroom wordt gewoonlijk gespecificeerd in het bestek, maar in dit voorbeeld zullen we haar berekenen en, voor bijvoorbeeld een controle van de eisenspecificatie. Soms gebeurt het ook dat de oorspronkelijke gegevens fout kan kruipen. Eén van de taken van een bevoegde technicus - deze fout te vinden en op te lossen. Als voorbeeld voeren berekening plaatwarmtewisselaar van de "vloeistof - vloeistof". Laat het een separator circuit (druk veiligheidsschakelaar) in hoogbouw. Om de druk op de apparatuur te verlichten, de bouw van wolkenkrabbers heel vaak gebruik gemaakt van deze aanpak. Aan één zijde van de warmtewisselaar hebben water bij de ingang TVH1 = 14 ᵒS en uitgang Tvyh1 = 9 ᵒS en een stroomsnelheid G1 = 14 500 kg / h, en anderzijds - ook water, maar hier met de volgende parameters: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

Benodigde vermogen (Q0) bereken de warmtebalans formule (zie bovenstaande figuur formule 7.1 ..), waarin Cp - specifieke warmtecapaciteit (tabelwaarde). Ter vereenvoudiging van de berekeningen Deze waarden neemt de warmtecapaciteit EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Wij beschouwen:

Q1 = 14 500 * (14-9) = 4,187 * 303557,5 [kJ / h] = W = 84321,53 84,3 kW - aan de eerste zijde en

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

Merk op dat, met de formule (7.1), Q0 = Q1 = Q2, ongeacht welke zijde van de uitgevoerde berekening.

Verdere in hoofdzaak warmteoverdracht vergelijking (7.2), vinden we de benodigde oppervlak (7.2.1), waarbij k - warmteoverdrachtscoëfficiënt (gelijk verondersteld 6.350 [W / ^{m2]) en} ΔTsr.log. - gemiddelde temperatuur verschil wordt berekend met formule (7.3):

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

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

In het geval dat de warmteoverdrachtscoëfficiënt bekend is de berekening wat ingewikkelder plaatwarmtewisselaar. Formule (7.4) worden beschouwd Reynoldsgetal wanneer ρ - dichtheid [kg / ^m3], η - dynamische viscositeit, [N * s / m ^2], v - snelheid van het medium in het kanaal [m / s], d cm - bevochtigbaar boringdiameter [m].

Uit de tabel willen we de gewenste waarde Prandtl [Pr], en de formule (7.5), krijgen we het Nusseltgetal, waarbij n = 0,4 - vloeibaar verhittingsomstandigheden en n = 0,3 - koelen in vloeibare omstandigheden.

Verder wordt de formule (7.6) berekende warmteoverdrachtscoëfficiënt van het koelmiddel aan elke wand, en de formule (7.7) wordt verondersteld warmteoverdrachtscoëfficiënt, die gesubstitueerd in formule (7.2.1) de warmte uitwisselingsoppervlak te berekenen.

In de bovenstaande formules λ - warmgeleidingscoëfficiënt, ϭ - de dikte van de kanaalwand, α1 en α2 - warmteoverdrachtscoëfficiënten van elke warmteoverdrachtwand.