Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt: ví dụ. Tính toán của khu vực, sức mạnh của thiết bị trao đổi nhiệt

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt bây giờ có ít hơn năm phút. Bất kỳ tổ chức sản xuất và bán thiết bị như vậy thường mang đến cho tất cả mọi người chương trình tuyển dụng của riêng mình. Nó có thể được tải về miễn phí từ trang web của công ty hoặc kỹ thuật viên của họ sẽ đến văn phòng của bạn và cài đặt nó miễn phí. Tuy nhiên, như một kết quả của việc tính toán như vậy là đúng, chúng ta có thể tin tưởng anh và không phải là thông minh nếu nhà sản xuất bằng cách tham gia Đấu thầu với đối thủ cạnh tranh của nó? Kiểm tra máy tính điện tử đòi hỏi kiến thức hoặc ít nhất là sự hiểu biết về các phương pháp hiện đại của tính trao đổi nhiệt. Hãy cố gắng sắp xếp ra các chi tiết.

thiết bị trao đổi nhiệt là gì

Trước khi thực hiện việc tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, chúng ta hãy nhớ, và những gì loại của một thiết bị như vậy? Teplomassoobmennyh bộ máy (hay còn gọi là thiết bị trao đổi nhiệt, còn được gọi là bộ máy trao đổi nhiệt hoặc TOA) - một thiết bị để chuyển nhiệt từ một nước làm mát khác. Trong quá trình thay đổi nhiệt độ nước làm mát cũng thay đổi mật độ của họ và, theo đó, hàng loạt các chỉ số chất. Đó là lý do tại sao các quá trình như vậy được gọi là nhiệt và khối lượng chuyển nhượng.

loại truyền nhiệt

Bây giờ chúng ta hãy nói về các loại truyền nhiệt - chỉ có ba. Bức xạ - truyền nhiệt bằng bức xạ. Như một ví dụ, chúng ta có thể nhớ lại tắm nắng trên bãi biển vào một ngày hè ấm áp. Và ngay cả những bộ trao đổi nhiệt có thể được tìm thấy trên thị trường (máy sưởi không khí ống). Tuy nhiên, thường xuyên nhất để sưởi ấm nhà, phòng trong căn hộ chúng tôi mua dầu hoặc sưởi ấm điện. Đây là một ví dụ về một loại truyền nhiệt - đối lưu. Đối lưu tự nhiên, tự nguyện (chiết xuất, và trong hộp nên trao đổi) hoặc với ổ đĩa cơ khí (với một fan hâm mộ, ví dụ). Loại thứ hai là hiệu quả hơn nhiều.

Tuy nhiên, phương pháp hiệu quả nhất để truyền nhiệt - là độ dẫn nhiệt, hoặc, như nó được gọi, dẫn (conduction tiếng Anh -. "Dẫn"). Bất kỳ kỹ sư sẽ tổ chức thiết kế nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, trước hết suy nghĩ về làm thế nào để lựa chọn thiết bị hiệu quả trong một tối thiểu của không gian. Và nó quản lý để đạt được điều này là do truyền nhiệt. Một ví dụ của việc này là hiệu quả nhất cho đến nay TOA - trao đổi nhiệt dạng tấm. Tấm TOA theo định nghĩa - thiết bị trao đổi nhiệt truyền nhiệt từ nước làm mát với nhau thông qua một bức tường ngăn cách họ. Vùng tiếp xúc có thể tối đa giữa hai phương tiện này cùng với các vật liệu được lựa chọn đúng, và tấm hồ sơ của họ kích thước độ dày được lựa chọn để giảm thiểu phần cứng trong khi vẫn giữ các đặc điểm kỹ thuật ban đầu cần thiết trong quá trình này.

loại bộ trao đổi nhiệt

Trước khi bạn thực hiện việc tính toán thiết bị trao đổi nhiệt được xác định theo loại của nó. Tất cả TOA có thể được chia thành hai nhóm chính: trao đổi nhiệt bổ sức và tái sinh. Sự khác biệt therebetween chính là như sau: trong TOA bổ sức trao đổi nhiệt diễn ra thông qua các bức tường ngăn cách vừa hai nhiệt, và tiếp xúc với nhau trong hai môi trường tái sinh, thường đòi hỏi phải trộn tiếp theo và tách trong dải phân cách đặc biệt. trao đổi nhiệt tái sinh được chia thành bộ trao đổi nhiệt và trộn với một vòi phun (cố đứng yên hoặc trung gian). Nói đại khái, một xô nước nóng, đưa lên trong thời tiết lạnh, hoặc một ly trà nóng, đặt làm lạnh trong tủ lạnh (không bao giờ không làm!) - đây là một ví dụ về trộn TOA như vậy. Một rót đĩa trà và làm mát nó vì vậy chúng tôi có được một ví dụ về thiết bị trao đổi nhiệt tái sinh với các vòi phun (đĩa, trong ví dụ này đóng vai vòi phun), đó là lần đầu tiên tiếp xúc với không khí xung quanh và có nhiệt độ của nó, và sau đó chọn một phần của sức nóng của đổ vào nó trà nóng tìm kiếm cả dẫn phương tiện truyền thông để chế độ cân bằng nhiệt. Tuy nhiên, như chúng tôi đã tìm thấy sử dụng hiệu quả hơn về dẫn nhiệt để chuyển nhiệt từ một phương tiện khác, do đó, hữu ích hơn về mặt truyền nhiệt (và sử dụng rộng rãi) TOA nay - tất nhiên, lại sức.

tính toán nhiệt và cấu trúc

Bất kỳ tính toán của thiết bị trao đổi nhiệt tái sinh có thể được thực hiện dựa trên kết quả của các tính toán nhiệt, thủy lực và sức mạnh. Họ là cơ bản, không thể thiếu cho việc thiết kế các thiết bị mới và kỹ thuật là cơ sở cho việc tính toán các mô hình tiếp theo cùng loại của các thiết bị dòng. Nhiệm vụ chính của việc tính toán TOA nhiệt là để xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho hoạt động ổn định của thiết bị trao đổi nhiệt và duy trì các thông số yêu cầu của các hãng truyền thông. Khá thường xuyên trong các phép tính như vậy các kỹ sư được cho giá trị độc đoán của trọng lượng và kích thước đặc điểm của thiết bị trong tương lai (vật chất, ống kính, tấm, kích thước, hình dạng chùm, loại và finning liệu et al.), Tuy nhiên sau khi nhiệt thường được tiến hành trao đổi tính toán mang tính xây dựng. Xét cho cùng, nếu các kỹ sư bước đầu tiên coi diện tích bề mặt cần thiết cho một đường ống có đường kính nhất định, ví dụ, 60 mm, và chiều dài của thiết bị trao đổi nhiệt do đó quay khoảng sáu mươi mét, nó là hợp lý để giả định chuyển thiết bị trao đổi nhiệt nhiều tầng hoặc vào ống bó loại, hoặc để tăng đường kính của ống.

tính toán thủy lực

tính toán thủy lực hoặc cơ khí thuỷ công và khí động học được thực hiện để xác định và tối ưu hóa thủy lực (khí động học) tổn thất áp suất trong thiết bị trao đổi nhiệt, và để tính toán mức tiêu thụ năng lượng để vượt qua chúng. Tính toán của bất kỳ con đường, kênh hoặc ống cho việc thông qua phương tiện sưởi ấm đối mặt với nhiệm vụ chủ yếu của con người - để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt tại khu vực này. Đó là, một phương tiện phải vượt qua, và người kia để có được càng nhiều nhiệt ở một khoảng thời gian tối thiểu là khóa học của mình. Điều này thường áp dụng thêm bề mặt trao đổi nhiệt trong các hình thức bề mặt vây phát triển (ví tách lớp con laminar ranh giới và tăng cường dòng chảy hỗn loạn). Tối ưu quan hệ cân bằng trong lỗ thủy lực, các khu vực của bề mặt nhiệt trao đổi, các đặc tính trọng lượng và kích thước, và sản lượng nhiệt bị thu hồi là kết quả của sự tổng hợp tính TOA nhiệt, thủy lực và mang tính xây dựng.

kiểm tra tính

Thẩm tra thiết bị trao đổi nhiệt được thực hiện trong trường hợp cần thiết phải đặt một dự trữ năng lượng của bất kỳ diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. Bề mặt của dự trữ vì những lý do khác nhau và trong những tình huống khác nhau, nếu có yêu cầu của điều khoản tham chiếu, nếu nhà sản xuất quyết định thực hiện một lợi nhuận bổ sung để được chính xác chắc chắn rằng nhiệt này sẽ được phát hành vào chế độ, và để giảm thiểu sai sót trong tính toán. Trong một số trường hợp, đặt được yêu cầu để làm tròn kích thước kết quả cấu trúc trong khác (thiết bị bay hơi, economizers) trong tính toán công suất của thiết bị trao đổi nhiệt được đặc biệt giới thiệu bề mặt lề về ô nhiễm dầu máy nén hiện diện trong mạch làm lạnh. Vâng, và chất lượng nước nghèo phải được tính đến. Sau một thời gian, hoạt động thông suốt của bộ trao đổi nhiệt, đặc biệt là ở nhiệt độ cao, các cặn bã lắng trên bề mặt của bộ máy trao đổi nhiệt, làm giảm hệ số truyền nhiệt, và chắc chắn dẫn đến sự giảm nhiệt cất cánh ký sinh. Do đó kỹ sư có thẩm quyền, một tính toán của thiết bị trao đổi nhiệt "nước-nước", đặc biệt chú trọng đến các dự trữ bổ sung của bề mặt trao đổi nhiệt. Kiểm tra tính và dành để xem làm thế nào các thiết bị được lựa chọn sẽ làm việc trên các chế độ khác, thứ yếu. Ví dụ, trong các điều hòa trung tâm (cài đặt máy cung cấp) sưởi để sưởi ấm đầu tiên và thứ hai được sử dụng trong mùa lạnh, và thường liên quan đến mùa hè để làm mát cung cấp thức ăn không khí nước lạnh vào ống trao đổi nhiệt. Làm thế nào họ sẽ hoạt động và những gì sẽ cung cấp các thông số để đánh giá tính span.

ước tính nghiên cứu

tính toán nghiên cứu TOA thực hiện trên cơ sở kết quả của việc tính toán nhiệt và xác minh. Họ là cần thiết, như một quy luật, để làm cho những sửa đổi mới nhất cho cấu trúc của các thiết bị được thiết kế. Họ cũng thực hiện để sửa bất kỳ phương trình được trình bày trong mô hình tính toán thực hiện TOA thu được theo kinh nghiệm (đối với dữ liệu thực nghiệm). Thực hiện nghiên cứu liên quan đến một tính toán của hàng chục và đôi khi hàng trăm tính toán của một kế hoạch đặc biệt, phát triển và thực hiện sản xuất theo lý thuyết toán học của thiết kế thí nghiệm. Theo kết quả cho thấy sự ảnh hưởng của điều kiện khác nhau và số lượng vật lý trên chỉ số hoạt động TOA.

tính toán khác

Việc tính toán diện tích trao đổi nhiệt, đừng quên về sức đề kháng của vật liệu. tính toán sức mạnh TOA bao gồm kiểm tra các đơn vị dự kiến cho điện áp, tập tin đính kèm xoắn để những khoảnh khắc làm việc tối đa cho phép đến từng chi tiết và các nút của tương lai của thiết bị trao đổi nhiệt. Với kích thước tối thiểu của sản phẩm nên mạnh mẽ, ổn định và đảm bảo hoạt động an toàn trong khác nhau, ngay cả những điều kiện khó khăn nhất.

tính năng động được thực hiện để xác định đặc điểm khác nhau của thiết bị trao đổi nhiệt trên chế độ hoạt động khác nhau.

Các loại thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt

TOA bổ sức trong thiết kế có thể được chia thành một số đủ lớn của nhóm. Được biết đến nhiều nhất và sử dụng rộng rãi - thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, không khí (vây ống), vỏ và nhiệt ống trao đổi "ống trong ống", vỏ và tấm, và những người khác. Có rất nhiều loại chuyên ngành và kỳ lạ, ví dụ, xoắn ốc (ốc tai-trao đổi) hoặc scraper, mà làm việc với các chất lỏng nhớt hoặc phi Newton, và nhiều loại khác.

thiết bị trao đổi nhiệt "ống trong ống"

Hãy xem xét việc tính toán đơn giản nhất của nhiệt trao đổi "ống trong ống". Về mặt cấu trúc, loại này của TOA được tối đa đơn giản hóa. Trong khởi động bộ máy ống bên trong, thường là chất lỏng truyền nhiệt nóng để giảm thiểu thiệt hại, và vào nhà hoặc vào ống bên ngoài, làm mát làm mát chạy. Kỹ sư công tác trong trường hợp này làm giảm đến việc xác định chiều dài của thiết bị trao đổi nhiệt trên cơ sở diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tính và đường kính xác định trước.

Điều đáng nói thêm rằng trong nhiệt động lực học giới thiệu các khái niệm về một thiết bị trao đổi nhiệt lý tưởng, đó là các đơn vị chiều dài vô hạn, nơi chất làm nguội làm việc trong quầy, và giữa chênh lệch nhiệt độ kích hoạt đầy đủ. Việc thiết kế "ống trong ống" gần gũi nhất đáp ứng các yêu cầu này. Và nếu chạy chất lỏng truyền nhiệt ngược, nó sẽ là cái gọi là "phản thực" (như trái ngược với chéo như trong TOA tấm). áp lực nhiệt độ một cách hiệu quả nhất kích hoạt khi một tổ chức giao thông. Tuy nhiên, thực hiện một "ống trong ống" tính toán của thiết bị trao đổi nhiệt nên thực tế và không quên về các thành phần dịch vụ hậu cần, cũng như sự dễ dàng cài đặt. evrofury dài - 13,5 m, và không phải tất cả các cơ sở kỹ thuật phù hợp để trượt và lắp đặt thiết bị dài như vậy.

Shell và bộ trao đổi nhiệt ống

Vì vậy, nó là một phần của việc tính toán của một thiết bị như vậy suốt chảy vào tính vỏ và ống trao đổi nhiệt. Thiết bị này, trong đó chùm ống nằm trong một trường hợp duy nhất (vỏ), rửa sạch bằng chất làm nguội khác nhau, tùy thuộc vào các thiết bị đích. Trong tụ, ví dụ, chạy trong áo khoác lạnh, và nước - trong một ống. Với phương pháp này lưu lượng các môi trường dễ dàng hơn và hiệu quả hơn để kiểm soát hoạt động của đơn vị. Trong thiết bị bay hơi, ngược lại, làm lạnh sôi trong ống và họ được rửa bằng chất lỏng làm mát (nước, nước mặn, glycols, vv). Do đó, các thiết bị trao đổi nhiệt tính toán ống giảm để giảm thiểu kích thước thiết bị. Chơi với đường kính của vỏ, đường kính và số lượng và thời gian của các kỹ sư Ống bộ máy bên trong đi vào giá trị tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.

trao đổi nhiệt không khí

Một trong những phổ biến nhất của bộ trao đổi nhiệt đến nay - một vây trao đổi nhiệt ống. Họ được gọi là cuộn dây. Trong trường hợp họ không chỉ điều chỉnh khác nhau, từ fancoils (từ Fan + cuộn tiếng Anh., Ví dụ, "quạt" + "cuộn") trong khối nội chia hệ thống để người lại sức khí thải khổng lồ (lựa chọn nhiệt từ khí thải nóng và chuyển giao nó để sưởi ấm) trong nồi hơi tại CHP. Đó là lý do tại sao việc tính toán thiết bị trao đổi cuộn dây phụ thuộc vào ứng dụng, nơi nhiệt đi vào hoạt động. làm mát không khí công nghiệp (VOPy) được cài đặt trong buồng thịt sốc đông lạnh, trong tủ đông ở nhiệt độ thấp và các đối tượng khác của làm lạnh thực phẩm, đòi hỏi một số đặc điểm cấu trúc trong thiết kế của họ. Khoảng cách giữa phiến kính (vây) nên được tối đa để tăng thời gian hoạt động liên tục giữa chu kỳ rã đông. Máy bốc hơi cho DCs (trung tâm dữ liệu), ngược lại, làm cho khả năng một khoảng cách kẹp mezhlamelnye nhỏ gọn hơn mức tối thiểu. trao đổi nhiệt như vậy đang hoạt động trong "vùng thuần túy", được bao bọc bởi một bộ lọc tốt (lên đến HEPA lớp), tuy nhiên, tính toán này được thực hiện trong những thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống với trọng tâm là giảm thiểu kích thước tổng thể.

trao đổi nhiệt tấm

nhu cầu hiện ổn định cho bộ trao đổi nhiệt dạng tấm. Theo thiết kế mang tính xây dựng của nó, họ hoàn toàn gasketed và bán hàn, và mednopayanymi nikelpayanymi, hàn và phương pháp khuếch tán brazed (không hàn). thiết kế nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm là đủ linh hoạt và không đặc biệt khó khăn để kỹ sư. Quá trình lựa chọn có thể chơi đĩa loại, kênh sâu hình thành, loại vây, độ dày thép, vật liệu khác nhau và quan trọng nhất - nhiều mô hình kích thước tiêu chuẩn của các thiết bị có kích thước khác nhau. trao đổi nhiệt như vậy là thấp và rộng (đối với hệ thống sưởi hơi nước) hoặc (trao đổi nhiệt tách cho các hệ thống điều hòa không khí) cao và hẹp. Chúng thường được sử dụng, và một môi trường với một sự chuyển tiếp giai đoạn, tức là ngưng tụ, thiết bị bay hơi, làm mát hơi nước, predkondensatorov và vân vân. D. Thực hiện thiết kế nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt hoạt động ở một mô hình hai giai đoạn, một chút khó khăn hơn so với các thiết bị trao đổi nhiệt của "lỏng-lỏng", nhưng đối với kỹ sư có kinh nghiệm vấn đề này là có thể giải quyết và không phải là đặc biệt khó khăn. Để tạo điều kiện cho những tính toán thiết kế kỹ thuật hiện đại sử dụng cơ sở dữ liệu máy tính, nơi bạn có thể tìm thấy rất nhiều thông tin cần thiết, bao gồm biểu đồ pha của bất kỳ chất làm lạnh trong bất kỳ chế độ streak, ví dụ, một chương trình CoolPack.

Tính toán Ví dụ thiết bị trao đổi

Mục đích chính của việc tính toán là một tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết. Nhiệt (lạnh) điện thường được quy định trong điều khoản tham chiếu, nhưng trong ví dụ của chúng tôi, chúng tôi sẽ tính toán và cô, cho, nói rằng, một tấm séc của đặc tả yêu cầu. Đôi khi nó cũng sẽ xảy ra rằng các dữ liệu ban đầu có thể leo lỗi. Một trong những nhiệm vụ của một kỹ sư có thẩm quyền - lỗi này để tìm và sửa chữa. Như một ví dụ, thực hiện trao đổi nhiệt tấm tính toán của "lỏng - lỏng". Hãy để nó là một mạch tách (áp ngắt) trong việc xây dựng nhà cao tầng. Để giảm áp lực lên các thiết bị, việc xây dựng tòa nhà chọc trời rất thường xuyên sử dụng phương pháp này. Ở một bên của thiết bị trao đổi nhiệt có nước ở lối vào Tvh1 = 14 ᵒS và thoát Tvyh1 = 9 ᵒS và G1 tốc độ dòng chảy = 14 500 kg / h, và mặt khác - cũng là nước, nhưng ở đây với các thông số sau: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

sức mạnh cần thiết (Q0) tính toán công thức cân bằng nhiệt (xem hình trên, công thức 7.1 ..), ở đâu Cp - Công suất nhiệt cụ thể (bảng giá trị). Để đơn giản tính toán Những giá trị này lấy nhiệt dung EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Chúng tôi xem xét:

Q1 = 14 500 * (14-9) * 4,187 = 303.557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - ở phía trước và

Q2 = 18 125 * (12-8) * 4,187 = 303.557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - ở phía bên thứ hai.

Lưu ý rằng, theo công thức (7.1), Q0 = Q1 = Q2, bất kể là bên của tính thực hiện.

Hơn nữa, trong phương trình truyền nhiệt chính (7.2), chúng tôi tìm thấy những khu vực cần thiết bề mặt (7.2.1), với k - Hệ số truyền nhiệt (giả tương đương với 6350 [W / ^m2]), và ΔTsr.log. - Sự khác biệt trung bình nhiệt độ, được tính theo công thức (7.3):

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

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

Trong trường hợp hệ số truyền nhiệt là không rõ, việc tính toán là hơi thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm phức tạp hơn. Công thức (7.4) được coi là số Reynolds nơi ρ - mật độ [kg / ^m3], η - độ nhớt động lực, [N * s / m ^2], v - vận tốc của môi trường trong ống [m / s], d cm - ướt khoan đường kính [m].

Từ bảng trên chúng ta tìm kiếm những giá trị cần thiết Prandtl [Pr], và công thức (7.5), chúng tôi có được số Nusselt, trong đó n = 0,4 - một điều kiện làm nóng chất lỏng, và n = 0,3 - làm mát trong điều kiện lỏng.

Hơn nữa, công thức (7.6) được tính hệ số truyền nhiệt từ nước làm mát cho mỗi bức tường, và công thức (7.7) được giả định hệ số truyền nhiệt, mà được thay thế trong công thức (7.2.1) để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.

Trong công thức trên, λ - hệ số dẫn nhiệt, ϭ - độ dày của tường kênh, α1 và α2 - truyền nhiệt hệ số của mỗi bức tường truyền nhiệt.