Основни понятия за топлообмен за изчисляване на топлообменници

Понастоящем изчисляването на топлообменника отнема не повече от пет минути. Всяка организация, която произвежда и продава такова оборудване, като правило предоставя на всеки собствена програма за подбор. Можете да го изтеглите безплатно от уебсайта на компанията, или техният техник ще дойде във вашия офис и ще го инсталира безплатно. Колко обаче е коректен резултатът от такива изчисления, възможно ли е да му се доверите и дали производителят не е хитър, когато се бори в търг със своите конкуренти? Проверката на електронен калкулатор изисква познания или поне разбиране на методологията за изчисление за съвременните топлообменници. Нека се опитаме да разберем подробностите.

Какво е топлообменник

Преди да изчислим топлообменника, нека запомним какъв вид устройство е това? Апарат за обмен на топлина и маса (известен още като топлообменник, известен още като топлообменник или TOA) е устройство за пренос на топлина от един топлоносител към друг. В процеса на промяна на температурите на охлаждащите течности, техните плътности и, съответно, масовите показатели на веществата също се променят. Ето защо подобни процеси се наричат ​​топло- и масообмен.

Главно меню

Здравейте! Топлообменник е устройство, при което топлообменът се извършва между два или повече топлоносители или между топлоносители и твърди вещества (дюза, стена). Ролята на охлаждащата течност може да играе и околната среда, заобикаляща апарата. Според предназначението и дизайна си топлообменниците могат да бъдат много различни, вариращи от най-простия (радиатор) до най-модерния (котел). Според принципа на действие топлообменниците се подразделят на рекуперативни, регенеративни и смесителни.

Рекуперативните устройства се наричат ​​устройства, в които горещи и студени топлоносители текат едновременно, разделени от плътна стена. Тези устройства включват нагреватели, бойлер, кондензатори, изпарители и др.

Апарати, при които една и съща нагревателна повърхност се измива последователно от гореща и студена течност, се наричат ​​регенеративни. В този случай топлината, натрупана от стените на апарата по време на взаимодействието им с горещата течност, се отдава на студената течност. Пример за регенеративни апарати са въздушните нагреватели на мартеневи и доменни пещи, отоплителни пещи и др. При регенераторите топлообменът винаги се извършва в нестационарни условия, докато рекуперативните апарати работят предимно в стационарен режим.

Рекуперативните и регенеративните устройства се наричат ​​още повърхностни, тъй като процесът на пренос на топлина в тях неизбежно е свързан с повърхността на твърдо вещество.

Смесителите са устройства, при които преносът на топлина се осъществява чрез директно смесване на горещи и студени течности.

Взаимното движение на охлаждащи течности в топлообменниците може да бъде различно (фиг. 1.).

В зависимост от това се прави разлика между устройства с директен поток, обратен поток, напречен поток и със сложна посока на движение на топлоносителите (смесен ток). Ако охлаждащите течности текат паралелно в една посока, тогава такъв модел на движение се нарича поток напред (фиг. 1.). С противопоток охлаждащите течности се движат паралелно, но един към друг. Ако посоките на движение на течностите се пресичат, тогава моделът на движение се нарича кръстосан поток. В допълнение към гореспоменатите схеми на практика се използват и по-сложни: едновременно протичане и противоток, многократен напречен ток и др.

В зависимост от технологичното предназначение и конструктивните характеристики топлообменниците се подразделят на бойлери, кондензатори, бойлерни агрегати, изпарители и др. Но общото е, че всички те служат за пренос на топлина от един топлоносител към друг, следователно основните положения на топлинното изчисление са еднакви за тях ... Разликата може да бъде само крайната цел на сетълмента. Когато се проектира нов топлообменник, изчислителната задача е да се определи нагревателната повърхност; при проверката на топлинното изчисление на съществуващия топлообменник се изисква да се намери количеството пренесена топлина и крайните температури на работните течности.

Изчисляването на топлината и в двата случая се основава на уравненията на топлинния баланс и уравнението на топлопреминаване.

Уравнението на топлинния баланс на топлообменника има формата:

където M е масовият дебит на охлаждащата течност, kg / s; cpm - специфична маса, изобарна средна топлинна мощност на охлаждащата течност, J / (kg * ° С).

Оттук нататък индексът "1" означава стойностите, свързани с горещата течност (първичен топлоносител), а индексът "2" - със студената течност (вторичен топлоносител); линията отговаря на температурата на течността на входа на апарата, а две линии - на изхода.

При изчисляване на топлообменниците често се използва концепцията за общия топлинен капацитет на масовия дебит на топлоносителя (воден еквивалент), равен на C = Mav W / ° C. От израз (1) следва, че

тоест съотношението на температурните промени на еднофазните течности за пренос на топлина е обратно пропорционално на съотношението на общия им разход на топлинен капацитет (водни еквиваленти).

Уравнението за топлопреминаване се записва по следния начин: Q = k * F * (t1 - t2), където t1, t2 са температурите на първичния и вторичния топлоносител; F е повърхността на топлообменната повърхност.

По време на топлообмена в повечето случаи температурите на двата топлоносителя се променят и следователно температурата на главата Δt = t1 - t2 се променя. Коефициентът на топлопреминаване върху повърхността на топлообмена също ще има променлива стойност, поради което средните стойности на температурната разлика Δtav и коефициента на топлопреминаване kcp трябва да бъдат заменени в уравнението за топлопреминаване, т.е.

Q = kсp * F * Δtcp (3)

Площта на топлообмен F се изчислява по формулата (3), докато топлинната ефективност Q е посочена. За да се реши проблемът, е необходимо да се изчисли коефициентът на топлопреминаване, усреднен по цялата повърхност kсp и температурния напор Δtav.

При изчисляване на средната температурна разлика е необходимо да се вземе предвид естеството на промяната в температурите на топлоносителите по повърхността на топлообмена. От теорията за топлопроводимостта е известно, че в плоча или цилиндричен прът при наличие на температурна разлика в краищата (страничните повърхности са изолирани) разпределението на температурата по дължината е линейно. Ако топлообменът се извършва на страничната повърхност или системата има вътрешни източници на топлина, тогава разпределението на температурата е криволинейно. При равномерно разпределение на топлинните източници промяната на температурата по дължината ще бъде параболична.

По този начин в топлообменниците естеството на изменението на температурите на топлоносителите се различава от линейното и се определя от общия топлинен капацитет C1 и C2 на масовия дебит на топлоносителите и посоката на тяхното взаимно движение (Фиг. 2).

От графиките може да се види, че варирането на температурата по повърхността F не е еднакво. В съответствие с уравнение (2), по-голямото изменение на температурата ще бъде за топлоносителя с по-ниска топлинна мощност на масовия поток. Ако охлаждащите течности са еднакви, например в топлообменника вода-вода, тогава естеството на промяната в температурите на охлаждащите течности ще бъде изцяло определено от техните дебити и при по-нисък дебит температурата промяната ще бъде голяма.При съпътстващ поток крайната температура t "2 на нагрятата среда винаги е по-ниска от температурата t" 1 на отоплителната среда на изхода на апарата, а при противотока крайната температура t "2 може да бъде по-висока от температурата t "1 (вижте случая на противопоток, когато C1> C2). Следователно, при една и съща начална температура средата, която се нагрява с противотоков поток, може да бъде нагрята до по-висока температура, отколкото при едновременния поток.

При едновременния поток температурната глава по нагревателната повърхност се променя в по-голяма степен, отколкото при противотока. В същото време средната му стойност в последния случай е по-голяма, в резултат на което нагревателната повърхност на апарата с обратен поток ще бъде по-малка. По този начин при равни условия в този случай ще се предава повече топлина. Въз основа на това трябва да се даде предимство на устройства с обратен поток.

В резултат на аналитично изследване на топлообменник, работещ съгласно схемата с директен поток, беше установено, че температурният напор по повърхността на топлообмена се изменя експоненциално, така че средната температура на напора може да се изчисли по формулата:

където Δtb е голямата температурна разлика между горещия и студения топлоносител (от единия край на топлообменника); Δtm - по-малка температурна разлика (от другия край на топлообменника).

С поток напред Δtb = t'1 - t'2 и Δtm = t "1 - t" 2 (фиг. 2.). Тази формула е валидна и за обратен поток с единствената разлика, че за случая, когато C1 C2 Δtb = t" 1 - t'2 и Δtm = t'1 - t "2.

Средната температурна разлика между две среди, изчислена по формулата (4), се нарича средна логаритмична. температура на главата. Формата на израза се дължи на естеството на температурната промяна по нагревателната повърхност (криволинейна зависимост). Ако зависимостта е линейна, тогава температурната глава трябва да се определи като средно аритметично (фиг. 3.). Стойността на средната аритметична глава Δtа.av винаги е по-голяма от средната логаритмична Δtl.av. Въпреки това, в случаите, когато температурната глава по дължината на топлообменника се променя незначително, т.е. условието Δtb / Δtm <2 е изпълнено, средната температурна разлика може да се изчисли като средно аритметично:

Усредняването на температурната разлика за устройства с напречен поток и смесен ток се отличава със сложността на изчисленията, поради което за редица най-често срещани схеми резултатите от решенията обикновено се дават под формата на графики. Интернет доставчик. Литература: 1) Основи на топлоенергетиката, А.М. Литвин, Госенергоиздат, 1958 г. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Протский А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2nd, "Висше училище", 1976. 3) Топлотехника, изд. 2, под общата редакция на. И. Н. Сушкина, Москва "Металургия", 1973 г.

Видове топлообмен

Сега нека поговорим за видовете топлопренос - има само три от тях. Радиация - пренос на топлина чрез радиация. Като пример можете да помислите за слънчеви бани на плажа в топъл летен ден. И такива топлообменници дори могат да бъдат намерени на пазара (тръбни въздушни нагреватели). Въпреки това, най-често за отопление на жилищни помещения, стаи в апартамент купуваме масло или електрически радиатори. Това е пример за друг вид пренос на топлина - конвекция. Конвекцията може да бъде естествена, принудителна (аспиратор, и в кутията има рекуператор) или механично индуцирана (например с вентилатор). Последният тип е много по-ефективен.

Най-ефективният начин за пренос на топлина обаче е топлопроводимостта или, както се нарича още, проводимост (от английското проводимост - "проводимост"). Всеки инженер, който ще извърши топлинно изчисление на топлообменник, на първо място, мисли за избора на ефективно оборудване с възможно най-малки размери. И това се постига именно благодарение на топлопроводимостта. Пример за това е най-ефективният TOA днес - плочи топлообменници. Плоча TOA, според дефиницията, е топлообменник, който предава топлина от един топлоносител на друг през стената, която ги разделя. Максималната възможна контактна площ между две среди, заедно с правилно подбраните материали, профила на плочите и тяхната дебелина, ви позволява да сведете до минимум размера на избраното оборудване, като същевременно запазите оригиналните технически характеристики, изисквани в технологичния процес.

Видове топлообменници

Преди да се изчисли топлообменника, те се определят с неговия тип. Всички TOA могат да бъдат разделени на две големи групи: рекуперативни и регенеративни топлообменници. Основната разлика между тях е следната: при рекуперативна TOA, топлообменът се осъществява през стена, разделяща две охлаждащи течности, а при регенеративна TOA, двете среди имат директен контакт помежду си, често се смесват и изискват последващо разделяне в специални сепаратори. Регенеративните топлообменници се разделят на смесителни и топлообменници с опаковка (стационарни, падащи или междинни). Грубо казано, кофа с гореща вода, изложена на замръзване, или чаша горещ чай, поставена в хладилника за охлаждане (никога не правете това!), Е пример за такова смесване на TOA. И като наливаме чай в чинийка и го охлаждаме по този начин, получаваме пример за регенеративен топлообменник с дюза (чинийката в този пример играе ролята на дюза), която първо влиза в контакт с околния въздух и отчита температурата му , и след това отнема част от топлината от горещия чай, излят в него., като се стреми да приведе и двете среди в термично равновесие. Въпреки това, както вече разбрахме по-рано, по-ефективно е да се използва топлопроводимост за прехвърляне на топлина от една среда в друга, следователно, TOA, които са по-полезни по отношение на преноса на топлина (и широко използвани днес), разбира се, възстановителен.

Определяне на количеството топлина

Уравнението за топлопреминаване, използвано за стационарни единици за време и процеси, е както следва:

Q = KFtcp (W)

В това уравнение:

• K е стойността на коефициента на топлопреминаване (изразена в W / (m2 / K));
• tav - средната разлика в температурните показатели между различните топлоносители (стойността може да бъде дадена както в градуси по Целзий (0С), така и в келвин (K));
• F е стойността на повърхността, за която настъпва пренос на топлина (стойността е дадена в m2).

Уравнението ви позволява да опишете процеса, по време на който топлината се прехвърля между топлоносители (от горещо към студено). Уравнението взема предвид:

• пренос на топлина от охлаждащата течност (гореща) към стената;
• параметри на топлопроводимост на стената;
• пренос на топлина от стената към охлаждащата течност (студена).

Топлинно и структурно изчисление

Всяко изчисление на рекуперативен топлообменник може да бъде направено въз основа на резултатите от термични, хидравлични и здрави изчисления. Те са основни, задължителни при проектирането на ново оборудване и формират основата на изчислителния метод за следващите модели на линията от същия тип апарати. Основната задача на топлинното изчисление на TOA е да се определи необходимата площ на топлообменната повърхност за стабилна работа на топлообменника и поддържане на необходимите параметри на средата на изхода. Доста често при такива изчисления на инженерите се дават произволни стойности на характеристиките на масата и размера на бъдещото оборудване (материал, диаметър на тръбата, размери на плочите, геометрия на гредата, вид и материал на перките и т.н.), следователно след термичен, обикновено се извършва конструктивно изчисление на топлообменника. Всъщност, ако на първия етап инженерът изчисли необходимата повърхност за даден диаметър на тръбата, например 60 mm, и дължината на топлообменника по този начин се окаже около шестдесет метра, тогава е по-логично да се приеме преминаване към многопроходен топлообменник, или към тип черупка или тръба, или за увеличаване на диаметъра на тръбите.

Механизми за топлообмен при изчисляването на топлообменниците

Трите основни вида топлообмен са конвекция, топлопроводимост и радиация.

В процесите на топлообмен, протичащи в съответствие с принципите на механизма на топлопроводимост, топлинната енергия се предава под формата на пренос на енергия на еластични атомни и молекулярни вибрации. Преносът на тази енергия между различните атоми е в посока на намаляване.

Изчисляването на характеристиките на трансфера на топлинна енергия съгласно принципа на топлопроводимост се извършва съгласно закона на Фурие

Данните за повърхността, топлопроводимостта, температурния градиент, периода на потока се използват за изчисляване на количеството топлинна енергия.Концепцията за температурен градиент се дефинира като промяна на температурата в посока на топлопреминаване с една или друга единица дължина.

Топлопроводимостта е скоростта на процеса на топлообмен, т.е. количеството топлинна енергия, преминаващо през която и да е единица повърхност за единица време.

Както знаете, металите се характеризират с най-високия коефициент на топлопроводимост спрямо други материали, който трябва да се вземе предвид при всякакви изчисления на процесите на топлообмен. Що се отнася до течностите, те по правило имат относително по-нисък коефициент на топлопроводимост в сравнение с телата в твърдо агрегатно състояние.

Възможно е да се изчисли количеството пренесена топлинна енергия за изчисляване на топлообменници, при което топлинната енергия се прехвърля между различни среди през стената, като се използва уравнението на Фурие. Определя се като количеството топлинна енергия, преминаващо през равнина, което се характеризира с много малка дебелина:

След извършване на някои математически операции получаваме следната формула

Може да се заключи, че падането на температурата вътре в стената се извършва в съответствие със закона на права линия.

Хидравлично изчисление

Извършват се хидравлични или хидромеханични, както и аеродинамични изчисления, за да се определят и оптимизират хидравличните (аеродинамични) загуби на налягане в топлообменника, както и да се изчислят енергийните разходи за тяхното преодоляване. Изчисляването на всеки път, канал или тръба за преминаване на охлаждащата течност поставя основна задача за човек - да засили процеса на пренос на топлина в тази област. Тоест едната среда трябва да предава, а другата да получава възможно най-много топлина при минималния интервал от нейния поток. За това често се използва допълнителна топлообменна повърхност под формата на развита ребра на повърхността (за отделяне на граничния ламинарен подслой и подобряване на турбулизацията на потока). Оптималното съотношение на баланс на хидравличните загуби, площта на топлообменната повърхност, характеристиките на теглото и размера и отстранената топлинна мощност е резултат от комбинация от топлинно, хидравлично и конструктивно изчисление на TOA.

Проверка на изчислението

Изчисляването на топлообменника се извършва в случая, когато е необходимо да се определи резерв за мощност или за площта на топлообменната повърхност. Повърхността е запазена по различни причини и в различни ситуации: ако това се изисква съгласно техническото задание, ако производителят реши да добави допълнителен марж, за да е сигурен, че такъв топлообменник ще влезе в експлоатация, и да се сведе до минимум грешки, направени при изчисленията. В някои случаи се изисква резервиране, за да се закръглят резултатите от проектните размери, в други (изпарители, икономайзери) е специално въведен повърхностен марж при изчисляването на капацитета на топлообменника за замърсяване с компресорно масло, налично в хладилната верига. И трябва да се вземе предвид ниското качество на водата. След известно време на непрекъсната работа на топлообменниците, особено при високи температури, котлът се утаява върху топлообменната повърхност на апарата, намалявайки коефициента на топлопреминаване и неизбежно води до паразитно намаляване на отвеждането на топлината. Следователно, компетентен инженер, когато изчислява топлообменника вода-вода, обръща специално внимание на допълнителното резервиране на топлообменната повърхност. Изчислението за проверка също се извършва, за да се види как ще работи избраното оборудване в други, вторични режими. Например в централните климатици (блокове за подаване на въздух), първите и вторите отоплителни нагреватели, използвани през студения сезон, често се използват през лятото за охлаждане на входящия въздух чрез подаване на студена вода към тръбите на въздушния топлообменник.Начинът, по който те ще функционират и какви параметри ще издадат, ви позволява да оцените изчислението за проверка.

Устройство и принцип на действие

Топлообменното оборудване на съвременния пазар е представено в голямо разнообразие.

Целият наличен асортимент от продукти от тази линия може да бъде разделен на два вида, като например:

• плочи агрегати;
• черупкови устройства.

Последният сорт, поради ниския си коефициент на ефективност, както и големия си размер, почти не се продава на пазара днес. Плочата топлообменник се състои от еднакви гофрирани плочи, които са фиксирани към здрава метална рамка. Елементите са разположени в огледален образ един спрямо друг, а между тях има стоманени и гумени уплътнения. Полезната зона за топлообмен директно зависи от размера и броя на плочите.

Устройствата с плочи могат да бъдат разделени на два подвида въз основа на конфигурацията, като например:

• споени единици;
• уплътнени топлообменници.

Сгъваемите устройства се различават от продуктите от споен тип сглобяване по това, че веднага щом е необходимо, устройството може да бъде надстроено и приспособено към личните нужди, например добавяне или премахване на определен брой плочи. Уплътнените топлообменници са търсени в райони, където твърдата вода се използва за битови нужди, поради характеристиките на които напитката и различни замърсители се натрупват върху елементите на устройството. Тези новообразувания влияят неблагоприятно на ефективността на устройството, поради което те трябва редовно да се почистват и поради тяхната конфигурация това винаги е възможно.

Неразглобяемите устройства се отличават със следните характеристики:

• високо ниво на устойчивост на колебания на високо налягане и температура;
• дълъг експлоатационен живот;
• леко тегло.

Паяните възли се почистват, без да се разглобява цялата конструкция.

Въз основа на изчисляването на типа и възможността за монтаж на уреда, трябва да се разграничат два вида топлообменници за топла вода от отопление.

• Вътрешните топлообменници са разположени в самите отоплителни устройства - пещи, котли и други. Инсталацията от този вид ви позволява да постигнете максимална ефективност по време на експлоатацията на продуктите, тъй като топлинните загуби за отопление на корпуса ще бъдат минимални. По правило такива устройства вече са вградени в котела на етапа на производство на котлите. Това значително улеснява монтажа и пускането в експлоатация, тъй като трябва само да регулирате необходимия режим на работа на топлообменника.

• Външните топлообменници трябва да бъдат свързани отделно от източника на топлина. Такива устройства са подходящи за използване в случаите, когато работата на устройството зависи от отдалечен източник на отопление. Примерите са къщи с централизирано отопление. В това изпълнение битовото тяло, което загрява водата, действа като външно устройство.

Като се вземе предвид видът на материала, от който са направени раздели, струва си да се подчертаят следните модели:

• стоманени топлообменници;
• устройства от чугун.

В допълнение се открояват медно споените системи. Те се използват за централно отопление в жилищни сгради.

Следните характеристики трябва да се вземат предвид характеристиките на чугунното оборудване:

• суровината се охлажда доста бавно, което спестява от работата на цялата отоплителна система;
• материалът има висока топлопроводимост, всички чугунени продукти имат присъщи свойства, при които той се загрява много бързо и отделя топлина на други елементи;
• суровината е устойчива на образуването на котлен камък върху основата, освен това е по-устойчива на корозия;
• като инсталирате допълнителни секции, можете да увеличите мощността и функционалността на устройството като цяло;
• продуктите от този материал могат да се транспортират на части, като се разбиват на секции, което улеснява процеса на доставка, както и инсталирането и поддръжката на топлообменника.

Предлагаме ви да се запознаете с: От коя страна да поставите пароизолацията a - DOLGOSTROI.PRO
Както всеки друг продукт, такова зависимо устройство има следните недостатъци:

• чугунът се отличава с ниската си устойчивост на резки температурни колебания, такива явления могат да бъдат изпълнени с образуването на пукнатини на устройството, което ще повлияе отрицателно на работата на топлообменника;
• дори с големи размери, чугунните агрегати са много крехки, поради което механичните повреди, особено по време на транспортирането на продуктите, могат сериозно да го повредят;
• материалът е склонен към суха корозия;
• голямото тегло и размери на устройството понякога усложняват разработването и инсталирането на системата.

Стоманените топлообменници за захранване с топла вода се отличават със следните предимства:

• висока топлопроводимост;
• малка маса продукти. Стоманата не прави системата по-тежка, поради което такива устройства са най-добрият вариант, когато е необходим топлообменник, чиято задача е да обслужва голяма площ;
• стоманените възли са устойчиви на механично напрежение;
• стоманеният топлообменник не реагира на температурни колебания вътре в конструкцията;
• материалът има добри еластични характеристики, но продължителният контакт със силно загрята или охладена среда може да доведе до образуване на пукнатини в областта на заваръчните шевове.

Недостатъците на устройствата включват следните характеристики:

• податливост на електрохимична корозия. Следователно, при постоянен контакт с агресивна среда, експлоатационният живот на устройството ще бъде значително намален;
• устройствата нямат способността да повишават ефективността на работа;
• стоманеният блок губи топлина много бързо, което е изпълнено с увеличен разход на гориво за продуктивна работа;
• ниско ниво на поддръжка. Почти е невъзможно да поправите устройството със собствените си ръце;
• окончателното сглобяване на стоманения топлообменник се извършва в условията на цеха, където е произведен. Устройствата са монолитни блокове с големи размери, поради което има затруднения с тяхната доставка.

Някои производители, за да повишат качеството на стоманените топлообменници, покриват вътрешните му стени с чугун, като по този начин увеличават надеждността на конструкцията.

Съвременните топлообменници са агрегати, чиято работа се основава на различни принципи:

• напояване;
• потопяем;
• споен;
• повърхностен;
• сгъваем;
• оребрена ламеларна;
• смесване;
• черупка и тръба и други.

Но пластинчатите топлообменници за подаване и отопление на топла вода се различават благоприятно от редица други. Това са проточни нагреватели. Инсталациите представляват поредица от плочи, между които се образуват два канала: топъл и студен. Те са разделени от стоманено и гумено уплътнение, така че смесването на средата е елиминирано.

Плочите са сглобени в един блок. Този фактор определя функционалността на устройството. Плочите са еднакви по размер, но са разположени на завой от 180 градуса, което е причината за образуването на кухини, през които се транспортират течности. Така се образува редуването на студени и горещи канали и се формира процес на топлообмен.

Рециркулацията в този тип оборудване е интензивна. Условията, при които ще се използва топлообменникът за системи за водоснабдяване, зависи от материала на уплътненията, броя на плочите, техния размер и вид. Инсталациите, които подготвят топла вода, са оборудвани с два кръга: единият за БГВ, а другият за отопление на помещенията. Машините за плочи са безопасни, продуктивни и се използват в следните области:

• подготовка на топлоносител в системи за водоснабдяване, вентилация и отопление;
• охлаждане на хранителни продукти и индустриални масла;
• захранване с топла вода за душове в предприятия;
• за подготовка на топлоносителя в системи за подово отопление;
• за приготвяне на топлоносител в хранителната, химическата и фармацевтичната промишленост;
• отопление на водата в басейна и други процеси на топлообмен.

Изследователски изчисления

Изследователските изчисления на TOA се извършват въз основа на получените резултати от термични и верификационни изчисления. Като правило те са необходими за извършване на последните изменения в дизайна на проектирания апарат. Те се извършват също така, за да се коригират всички уравнения, заложени в внедрения изчислителен модел TOA, получени емпирично (според експериментални данни). Извършването на изследователски изчисления включва десетки, а понякога и стотици изчисления по специален план, разработен и внедрен в производството съгласно математическата теория на планирането на експеримента. Според резултатите се разкрива влиянието на различни условия и физически величини върху показателите за ефективност на TOA.

Други изчисления

Когато изчислявате площта на топлообменника, не забравяйте за устойчивостта на материалите. Изчисленията на якостта на TOA включват проверка на конструирания блок за напрежение, усукване, за прилагане на максимално допустимите работни моменти към частите и възлите на бъдещия топлообменник. С минимални размери, продуктът трябва да бъде издръжлив, стабилен и да гарантира безопасна работа при различни, дори и най-стресиращите условия на работа.

Извършва се динамично изчисление, за да се определят различните характеристики на топлообменника при променливи режими на неговата работа.

Топлообменници тръба в тръба

Нека разгледаме най-простото изчисление на топлообменник „тръба в тръба“. Структурно този тип TOA е максимално опростен. Като правило гореща охлаждаща течност се пуска във вътрешната тръба на апарата, за да се минимизират загубите, и охлаждаща охлаждаща течност се пуска в корпуса или във външната тръба. Задачата на инженера в този случай се свежда до определяне на дължината на такъв топлообменник въз основа на изчислената площ на повърхността на топлообмена и дадени диаметри.

Тук трябва да се добави, че понятието за идеален топлообменник е въведено в термодинамиката, т.е. апарат с безкрайна дължина, при който охлаждащите течности работят в обратен поток и температурната разлика се задейства напълно между тях. Дизайнът „тръба в тръба“ е най-близо до изпълнението на тези изисквания. И ако пуснете охлаждащите течности в противопоток, тогава това ще бъде така нареченият „реален противоток“ (а не кръстосан поток, както в табела TOA). Температурната глава се задейства най-ефективно с такава организация на движение. Въпреки това, когато се изчислява топлообменник "тръба в тръба", трябва да бъдете реалисти и да не забравяте за логистичния компонент, както и за лесната инсталация. Дължината на eurotruck е 13,5 метра и не всички технически помещения са адаптирани към буксуването и инсталирането на оборудване с тази дължина.

Как да изчислим топлообменника

Наложително е да се изчисли топлообменникът на спиралата, в противен случай топлинната му мощност може да не е достатъчна за отопление на помещението. Отоплителната система е проектирана да компенсира топлинните загуби. Съответно можем да открием точното количество необходима топлинна енергия въз основа на топлинните загуби на сградата. Изчисляването е доста трудно, поради което средно те отнемат 100 W на 1 квадратен метър с височина на тавана 2,7 m.

Трябва да има празнина между завоите.

Също така за изчислението се изискват следните стойности:

• Pi;
• диаметърът на наличната тръба (вземете 10 мм);
• ламбда топлопроводимост на метала (за мед 401 W / m * K);
• делта на температурата на подаване и връщане на охлаждащата течност (20 градуса).

За да определите дължината на тръбата, трябва да разделите общата топлинна мощност в W на произведението на горните фактори.Нека разгледаме примера на меден топлообменник с необходимата топлинна мощност от 3 kW - това е 3000 W.

3000 / 3,14 (Pi) * 401 (ламбда с топлопроводимост) * 20 (делта на температурата) * 0,01 (диаметър на тръбата в метри)

От това изчисление се оказва, че ви трябват 11,91 m медна тръба с диаметър 10 mm, за да може топлинната мощност на намотката да бъде 3 kW.

Черупкови и тръбни топлообменници

Следователно, много често изчисляването на такъв апарат плавно се влива в изчислението на топлообменник с черупки и тръби. Това е апарат, в който сноп от тръби е разположен в един корпус (корпус), измит от различни охлаждащи течности, в зависимост от предназначението на оборудването. Например в кондензаторите хладилният агент се вкарва в кожуха, а водата в тръбите. С този метод на преместване на носителя е по-удобно и по-ефективно да се контролира работата на апарата. В изпарителите, напротив, хладилният агент кипи в тръбите и в същото време те се измиват от охладената течност (вода, саламура, гликоли и др.). Следователно изчисляването на топлообменника с черупки и тръби се свежда до минимизиране на размера на оборудването. Докато играе с диаметъра на корпуса, диаметъра и броя на вътрешните тръби и дължината на апарата, инженерът достига изчислената стойност на площта на топлообменната повърхност.

Въздушни топлообменници

Един от най-разпространените топлообменници днес е тръбните топлообменници с ребра. Наричат ​​се още намотки. Където и да не са инсталирани, като се започне от вентилаторни конвектори (от английското fan + coil, т.е. „fan“ + „coil“) във вътрешните блокове на сплит системи и завърши с гигантски рекуператори на димни газове (извличане на топлина от горещ димен газ и прехвърлете го за отоплителни нужди) в котелни централи на ТЕЦ. Ето защо дизайнът на спирален топлообменник зависи от приложението, където топлообменникът ще влезе в експлоатация. Индустриалните въздушни охладители (VOP), инсталирани в камерите за бързо замразяване на месо, във фризери с ниски температури и в други обекти за охлаждане на храни, изискват определени конструктивни характеристики в своите характеристики. Разстоянието между ламелите (ребрата) трябва да бъде възможно най-голямо, за да се увеличи продължителното време на работа между циклите на размразяване. Изпарителите за центрове за данни (центрове за обработка на данни), напротив, са направени възможно най-компактни, като разстоянието е минимално. Такива топлообменници работят в "чисти зони", заобиколени от фини филтри (до клас HEPA), поради което такова изчисление на тръбния топлообменник се извършва с акцент върху минимизирането на размера.

Видове спираловидни топлообменници

Нагреваемата релса за кърпи също е спирален топлообменник.

Можете да направите намотка със собствените си ръце с различни дизайни и от няколко вида метал (стомана, мед, алуминий, чугун). Изделия от алуминий и чугун се щамповат във фабриките, тъй като необходимите условия за работа с тези метали могат да бъдат постигнати само в производствена среда. Без това ще бъде възможно да се работи само със стомана или мед. Най-добре е да се използва мед, тъй като тя е пластична и има висока степен на топлопроводимост. Има две схеми за направа на намотка:

• винт;
• паралелно.

Винтовата схема предполага местоположението на спиралните завои по винтова линия. Охлаждащата течност в такива топлообменници се движи в една посока. Ако е необходимо, за да се увеличи топлинната мощност, могат да се комбинират няколко спирали съгласно принципа "тръба в тръба".

За да сведете до минимум топлинните загуби, доколкото е възможно, трябва да изберете какъв вид изолация е по-добре да изолирате къщата отвън. Зависи и от материала на стените.

Необходимо е да се направи избор на изолация за дървена къща въз основа на паропропускливостта на топлоизолацията.

В паралелна верига охлаждащата течност постоянно променя посоката си на движение. Такъв топлообменник е направен от прави тръби, свързани с коляно на 180 градуса.В някои случаи, например, за производството на нагревателен регистър, въртящите се колена може да не се използват. Вместо тях е инсталиран директен байпас, който може да бъде разположен както в единия, така и в двата края на тръбата.

Методи за пренос на топлина

Принципът на работа на спиралния топлообменник е да загрява едно вещество за сметка на топлината на друго. По този начин водата в топлообменника може да се нагрява от открит пламък. В този случай той ще действа като радиатор. Но също така самата намотка може да действа като източник на топлина. Например, когато охлаждащата течност протича през тръбите, нагрята в котел или с помощта на вграден електрически нагревателен елемент, а топлината му се предава на вода от отоплителната система. По принцип крайната цел на топлопредаването е да затопли въздуха в помещенията.

Плоча топлообменници

В момента пластинчатите топлообменници се търсят стабилно. Според своя дизайн те са напълно сгъваеми и полузаварени, споявани с мед и никел, споявани и споявани по дифузионния метод (без спойка). Термичният дизайн на плоча топлообменник е достатъчно гъвкав и не е особено труден за инженер. В процеса на подбор можете да играете с вида на плочите, дълбочината на пробиване на каналите, вида на оребряване, дебелината на стоманата, различни материали и най-важното - многобройни модели със стандартни размери на устройства с различни размери. Такива топлообменници са ниски и широки (за парно нагряване на вода) или високи и тесни (разделящи топлообменници за климатични системи). Те често се използват за среда за смяна на фазите, т.е. като кондензатори, изпарители, депрегреватели, предварително кондензатори и др. Малко по-трудно е да се извърши термично изчисление на топлообменник, работещ по двуфазна схема, отколкото течност -за течен топлообменник, но за опитен инженер тази задача е разрешима и не е особено трудна. За да улеснят подобни изчисления, съвременните дизайнери използват инженерни компютърни бази, където можете да намерите много необходима информация, включително диаграми на състоянието на всеки хладилен агент при всяко сканиране, например програмата CoolPack.