Calcolo dello scambiatore di calore: l'esempio. Calcolo della superficie, la potenza dello scambiatore di calore

Calcolo dello scambiatore di calore assume ora meno di cinque minuti. Qualsiasi organizzazione che produce e commercializza tali apparecchiature di solito dà a tutti il proprio programma di reclutamento. Può essere scaricato gratuitamente dal sito web della società o il loro tecnico dovrà venire al vostro ufficio e installarlo gratuitamente. Tuttavia, come risultato di questi calcoli è corretta, possiamo fiducia in lui e di non essere intelligente se il produttore combattendo alla gara con i suoi concorrenti? Controllo calcolatore elettronico richiede la conoscenza o almeno la comprensione dei moderni metodi di calcolo di scambiatori di calore. Cerchiamo di risolvere i dettagli.

Qual è uno scambiatore di calore

Prima di eseguire il calcolo dello scambiatore di calore, ricordiamoci, e che tipo di un dispositivo del genere? Teplomassoobmennyh Apparecchiatura (alias scambiatore di calore, noto anche come apparecchiatura di scambio termico o TOA) – un dispositivo per il trasferimento di calore da un refrigerante all'altro. Nel processo, le variazioni di temperatura del refrigerante cambiano la loro densità e, di conseguenza, la massa indici sostanze. Ecco perché tali processi sono indicati come calore e di massa.

tipi di trasferimento di calore

Ora parliamo circa i tipi di trasferimento di calore – ci sono solo tre. Radiazione – il trasferimento di calore per irraggiamento. A titolo di esempio, possiamo ricordare il prendere il sole sulla spiaggia in una calda giornata estiva. E anche questi scambiatori di calore possono essere trovati nel mercato (riscaldatori ad aria tubo). Tuttavia, il più delle volte per il riscaldamento domestico, le camere in appartamento che comprare olio o riscaldamento elettrico. Questo è un esempio di un altro tipo di trasferimento di calore – convezione. Convezione naturale, involontario (estratto, e nella scatola dovrebbe scambiatore) o con trasmissione meccanica (con un ventilatore, per esempio). Quest'ultimo tipo è molto più efficace.

Tuttavia, il metodo più efficace di trasferimento di calore – è la conducibilità termica, o, come viene chiamato, conduzione (conduzione inglese -. "Conducibilità"). Ogni ingegnere che sta per tenere la progettazione termica dello scambiatore di calore, prima di tutto pensare a come scegliere apparecchiature efficienti in un minimo di spazio. E si riesce a raggiungere questo obiettivo è per conduzione. Un esempio di questo è il più efficace per data TOA – scambiatori a piastre. Piastra TOA per definizione – uno scambiatore di calore che trasferisce il calore dal refrigerante ad un altro attraverso un muro che li separa. L'area di contatto massimo possibile tra i due mezzi insieme a veri materiali selezionati, e le loro piastre profilate dimensioni spessore selezionato per ridurre al minimo l'hardware preservando le caratteristiche tecniche richieste originali nel processo.

tipi di scambiatori di calore

Prima di effettuare il calcolo dello scambiatore di calore sono determinati per il suo tipo. Tutti TOA può essere divisa in due gruppi principali: scambiatori di calore di recupero e rigenerazione. La differenza principale tra essi è il seguente: nello scambio di calore con recupero TOA avviene attraverso la parete che separa il mezzo due calore, e vengono in contatto con l'altro in due mezzi rigenerativi, spesso richiedendo successiva miscelazione e separazione in speciali separatori. scambiatori rigenerativi sono divisi in scambiatori di calore e la miscelazione con un ugello (incidente stazionaria o intermedio). In parole povere, un secchio di acqua calda, mettere al freddo, o un bicchiere di tè caldo, messo raffreddato in frigorifero (mai non farlo!) – questo è un esempio di tale TOA miscelazione. Un versando tè piattino e raffreddando il modo otteniamo un esempio di uno scambiatore di calore rigenerativo con l'ugello (piattino, in questo esempio riproduce la parte ugello), che viene dapprima in contatto con l'aria ambiente e prende la sua temperatura, e quindi seleziona la parte del calore di versato in esso di tè caldo cercano entrambi portano media per modalità di equilibrio termico. Tuttavia, come abbiamo già trovato un uso più efficiente della conducibilità termica per trasferire calore da un mezzo ad un altro, pertanto, più utile in termini di trasferimento di calore (e ampiamente usato) TOA oggi – naturalmente, recupero.

calcolo termico e strutturale

Il calcolo del scambiatore rigenerativo può essere effettuata sulla base dei risultati dei calcoli termici, idraulici e forza. Essi sono fondamentali, indispensabili per la progettazione di nuove apparecchiature e tecniche sono la base per il calcolo dei successivi modelli dello stesso tipo di linea di dispositivi. Il compito principale del calcolo TOA termico è quello di determinare la superficie di scambio termico richiesto per un funzionamento stabile dello scambiatore di calore e mantenendo i parametri richiesti i mezzi di presa. Molto spesso in tali calcoli tecnici sono valori arbitrari di peso e dimensioni caratteristiche delle apparecchiature future (materiale, tubi di diametro, piastre, dimensioni, geometria della trave, tipo e materiale spinnamento et al.), Ma dopo il calore viene tipicamente condotta costruttiva scambiatore calcolo. Dopo tutto, se il primo tecnico passo considerato necessario superficie per un dato tubo di diametro, per esempio, 60 mm, e la lunghezza dello scambiatore di calore così trasformato circa sessanta metri, è logico assumere transizione scambiatore multistadio o al tipo fascio tubiero, o per aumentare il diametro dei tubi.

calcolo idraulico

calcoli idraulici o idro-meccaniche ed aerodinamiche eseguita per identificare e ottimizzare idraulico (aerodinamica) perdita di pressione nello scambiatore di calore, e per calcolare il consumo di energia per superarli. Calcolo di qualsiasi percorso, canale o tubo per mezzo di riscaldamento passaggio affronta compito primario umano – intensificare il processo di scambio termico nel sito. Cioè, un mezzo deve passare, e l'altro è di ottenere quanto più calore ad un intervallo minimo del suo corso. Questo spesso diffusa superficie di scambio termico supplementare sotto forma di superfici alari sviluppati (per separazione del sottolivello limite laminare e aumentare la turbolenza del flusso). Equilibrio ottimale relazione a perdite idrauliche, le aree della superficie di scambio termico, le caratteristiche di peso e dimensioni, e la potenza termica ritirata è il risultato del calcolo aggregato TOA termico, idraulico e costruttiva.

calcolo controllo

Verifica dello scambiatore di calore viene effettuata nel caso in cui sia necessario prevedere una riserva di carica di qualsiasi superficie di scambio termico. La superficie della riserva per motivi diversi e in situazioni diverse, se richiesto dai termini di riferimento, se il fabbricante decide di fare un margine aggiuntivo di essere esattamente sicuri che questo calore sarà rilasciato sul regime, e per minimizzare gli errori nei calcoli. In alcuni casi, le prenotazioni sono richieste per l'arrotondamento dimensioni risultati strutturali in altri (evaporatori, economizzatori) nel calcolo della capacità dello scambiatore di calore è appositamente introdotto superficie margine sulla contaminazione dell'olio compressore presente nel circuito di refrigerazione. Sì, e la scarsa qualità dell'acqua deve essere presa in considerazione. Dopo un po ', il buon funzionamento degli scambiatori di calore, soprattutto alle alte temperature, la schiuma si deposita sulla superficie del dispositivo di scambio termico, riducendo il coefficiente di scambio termico, e inevitabilmente portando ad una riduzione del decollo calore parassita. Pertanto tecnico competente, un calcolo dello scambiatore di calore "acqua-acqua", presta particolare attenzione alla riserva aggiuntiva di superficie di scambio termico. Controllo calcolo e spendere per vedere come l'attrezzatura scelta lavorerà sugli altri modi secondari,. Ad esempio, in condizionatori d'aria centrali (impianti aria alimentazione) riscaldatori per primo e secondo di riscaldamento utilizzato nella stagione fredda, e spesso richiedono l'estate per raffreddare l'acqua fredda di alimentazione dell'aria di alimentazione nel tubo scambiatore di calore aria. Come faranno a funzionare e quello che darà i parametri per valutare il calcolo arco.

stime di ricerca

calcoli TOA ricerche effettuate sulla base dei risultati del calcolo termico e verifica. Essi sono necessari, di regola, per apportare le ultime modifiche alla struttura del dispositivo progettato. Hanno anche eseguito per correggere eventuali equazioni sono definite nel modello di calcolo implementato TOA ottenuta empiricamente (per i dati sperimentali). Esecuzione di ricerca coinvolge un calcolo di decine e talvolta centinaia di calcoli da un piano speciale, sviluppato e implementato nella produzione secondo la teoria matematica della progettazione di esperimenti. Secondo i risultati rivelano l'influenza delle diverse condizioni e quantità fisiche sugli indicatori di performance TOA.

altri calcoli

Il calcolo della superficie dello scambiatore di calore, non dimenticare la resistenza dei materiali. calcoli di resistenza TOA includere il controllo della proiezione dell'unità di tensione, attaccamento torsionale ai momenti massimi consentiti lavorativi nel dettaglio ed i nodi del futuro dello scambiatore di calore. Con dimensioni minime del prodotto deve essere forte, stabile e garantire un funzionamento sicuro in vari, anche nelle condizioni più gravose.

calcolo dinamico viene eseguita per determinare varie caratteristiche di scambiatore di calore in modalità di funzionamento variabili.

Tipi di progettazione dello scambiatore di calore

TOA rigenerante a disegno può essere diviso in un numero sufficientemente elevato di gruppi. Il più noto ed ampiamente utilizzato – uno scambiatore di calore a piastre, aria (tubi alettati), a fascio tubiero scambiatori "tubo in tubo", a fascio piatto, e altri. Ci sono altri tipi altamente specializzati ed esotici, per esempio, a spirale (coclea scambiatore) o raschiatore, che lavorano con fluidi viscosi o non-Newtoniani, e molti altri tipi.

scambiatore "tubo in tubo"

Si consideri il calcolo semplice del calore scambiatore "tubo in tubo". Strutturalmente, questo tipo di TOA è massimamente semplificato. All'avvio dell'apparecchiatura tubo interno, solitamente liquido termovettore caldo per minimizzare le perdite, e nell'alloggiamento o nel tubo esterno, il refrigerante di raffreddamento corsa. Ingegnere Task in questo caso si riduce alla determinazione della lunghezza dello scambiatore di calore in funzione della superficie di scambio termico calcolato e diametri prefissati.

È opportuno aggiungere che in termodinamica introduce il concetto di uno scambiatore di calore ideale, cioè di unità di lunghezza infinita, dove refrigeranti lavorano in controcorrente, e tra la differenza di temperatura pienamente attivato. Il "tubo nel tubo" di design più vicino soddisfa questi requisiti. E se eseguire fluidi di trasferimento di calore in controcorrente, sarà il cosiddetto "contro-reale" (al contrario di cross-come in lamiera TOA). pressione di temperatura attivato nel modo più efficace in caso di organizzazione del traffico. Tuttavia, l'esecuzione di un "tubo in tubo" calcolo dello scambiatore di calore deve essere realistico e non dimenticare componente logistica, nonché la facilità di installazione. lunghezza evrofury – 13,5 m, e non tutte le strutture tecniche rispondenti sbandare e installazione di apparecchiature tale lunghezza.

Shell e scambiatori di calore a tubi

Pertanto, è parte del calcolo di un tale dispositivo scorre dolcemente nel calcolo del guscio e tubo scambiatore di calore. Questa apparecchiatura, in cui il fascio tubiero è in un unico caso (involucro), lavato con diversi refrigeranti, a seconda dell'apparecchiatura destinazione. In condensatori, per esempio, eseguire nella camicia refrigerante e acqua – in un tubo. Con questo metodo di traffico ambienti più semplice ed efficiente per controllare il funzionamento dell'unità. Negli evaporatori, viceversa, il refrigerante bolle nei tubi e sono lavati con liquido raffreddato (acqua, soluzioni saline, glicoli, ecc). Pertanto, lo scambiatore di calore a tubi calcolo è ridotta per minimizzare le dimensioni apparecchiatura. Giocando con il diametro dell'involucro, il diametro e il numero e la lunghezza del tecnico interno tubi apparecchio immette il valore calcolato della superficie di scambio termico.

scambiatori di calore aria

Uno dei più comuni da scambiatori di calore lontano – un alettati scambiatori di calore. Essi sono chiamati bobine. Dove non solo sono regolati vanno da ventilconvettori (dal. Fan coil + inglese, cioè "fan" + "coil") in blocchi interni sistemi a gigante recuperatore fumi (selezione di calore divisi dai fumi caldi e trasferimento per riscaldamento) in caldaie a cogenerazione. Ecco perché il calcolo dello scambiatore serpentino dipende dall'applicazione, dove il calore entra in funzione. aerorefrigeranti industriali (VOPy) installati in camere di carne shock termico, nei congelatori a basse temperature e altri oggetti della refrigerazione alimentare, richiedono determinate caratteristiche strutturali di concezione. Distanza tra lamella (fin) dovrebbe essere massimizzato per aumentare il tempo di funzionamento continuo tra cicli di sbrinamento. Vaporizzatori per DC (centro dati), al contrario, rende possibile un più compatto distanza serraggio mezhlamelnye al minimo. Tali scambiatori di calore operano nella "zona pura", circondato da un filtro fine (fino a HEPA grade), tuttavia, questo calcolo è effettuato dello scambiatore di calore tubolare con lo scopo di ridurre gli ingombri.

scambiatori a piastre

domanda attualmente stabile per scambiatori a piastre. Secondo il suo disegno costruttivo, sono completamente stagno e semi-saldate e mednopayanymi nikelpayanymi, saldato e modalità di diffusione brasatura (senza saldatura). progettazione termica dello scambiatore di calore a piastre è sufficientemente flessibile e non particolarmente difficili da ingegnere. Il processo di selezione può giocare targhette, canali profondi formando, tipo aletta, spessore acciaio, materiali diversi e, soprattutto – molti modelli di dimensioni standard dei dispositivi di diverse dimensioni. Tali scambiatori sono bassi e larga (per il riscaldamento del vapore d'acqua) o (scambiatori di calore a separazione per impianti di condizionamento) alte e strette. Essi sono spesso utilizzati, ed un mezzo con una transizione di fase, cioè come condensatori, evaporatori, refrigeratori vapore, predkondensatorov ecc. D. Eseguire progettazione termica dello scambiatore di calore operante ad un modello bifasico, un po 'più difficile lo scambiatore di calore del "liquido-liquido", ma per ingegnere esperto di questo problema è risolvibile e non è particolarmente difficile. Per facilitare questi calcoli moderni progettisti di ingegneria utilizzano banca dati informatica, dove si possono trovare un sacco di informazioni necessarie, compreso il diagramma di fase del refrigerante in qualsiasi modalità striscia, per esempio, un programma CoolPack.

Esempio di calcolo scambiatore

Lo scopo principale del calcolo è un calcolo della superficie necessaria superficie di scambio termico. Calore (refrigerazione) di potenza è di solito specificato nei termini di riferimento, ma nel nostro esempio abbiamo calcolerà e lei, per, diciamo, un controllo delle specifiche esigenze. A volte capita anche che i dati originali possono insinuarsi errore. Uno dei compiti di un tecnico competente – questo errore per trovare e correggere. Come esempio, eseguire calcoli scambiatore di calore a piastre del "liquido – liquido". Che sia un circuito separatore (interruttore di pressione) in alto edificio. Al fine di alleviare la pressione sul materiale, la costruzione di grattacieli molto spesso usato questo approccio. Su un lato dello scambiatore di calore hanno acqua all'ingresso Tvh1 = 14 ᵒS e uscita Tvyh1 = 9 ᵒS, e G1 portata = 14 500 kg / h, e dall'altro – anche l'acqua, ma qui con i seguenti parametri: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

potenza necessaria (Q0) calcolare la formula bilancio termico (vedere la figura precedente, la formula 7.1 ..), dove Cp – capacità termica specifica (valore tabella). Per semplicità di calcolo Questi valori prendono la capacità termica EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Consideriamo:

Q1 = 14 * 500 (14 – 9) * 4.187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 kW 84321,53 – sul primo lato e

Q2 = 18 125 * (12 – 8) * 4.187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 kW 84321,53 – sul secondo lato.

Si noti che, secondo la formula (7.1), Q0 = Q1 = Q2, indipendentemente da quale lato del calcolo effettuato.

Inoltre, l'equazione di trasferimento di calore principale (7.2), troviamo la zona necessaria superficie (7.2.1), dove k – coefficiente di trasferimento termico (assunto pari a 6350 [W / ^m2]), e ΔTsr.log. – differenza media temperatura, è calcolata con la formula (7.3):

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

F è = 84321/6350 * 1,4428 = 9,2 m ^2.

Nel caso in cui il coefficiente di trasferimento di calore è sconosciuta, il calcolo è leggermente più complicato scambiatore a piastre. Formula (7.4) sono considerate numero di Reynolds dove ρ – densità [kg / ^m3], η – viscosità dinamica, [N * s / m ^2], v – velocità del fluido nel condotto [m / s], d cm – diametro del foro bagnabile [m].

Dalla tabella cerchiamo il valore richiesto Prandtl [Pr], e la formula (7.5), si ottiene il numero di Nusselt, dove n = 0,4 – a condizioni riscaldamento liquidi, e n = 0,3 – raffreddamento in condizioni liquide.

Inoltre, la formula (7.6) è calcolata coefficiente di trasferimento di calore dal refrigerante per ogni parete, e la formula (7.7) si presume coefficiente di trasferimento di calore, che è sostituito nella formula (7.2.1) per calcolare la superficie di scambio termico.

Nelle formule di cui sopra, λ – coefficiente di conduzione termica, ϭ – lo spessore delle pareti del canale, alfa1 e α2 – trasferimento termico coefficienti di ogni parete del trasferimento di calore.