Прорачун измењивача топлоте тренутно траје не више од пет минута. Свака организација која производи и продаје такву опрему, по правилу, свима нуди сопствени програм избора. Можете га бесплатно преузети са веб странице компаније или ће њихов техничар доћи у вашу канцеларију и бесплатно га инсталирати. Међутим, колико је исправан резултат таквих прорачуна, да ли му је могуће веровати и да ли произвођач није лукав када се бори на тендеру са конкурентима? Провера електронског калкулатора захтева знање или бар разумевање методологије израчунавања за савремене измењиваче топлоте. Покушајмо да схватимо детаље.
Шта је измењивач топлоте
Пре израчунавања измењивача топлоте, подсетимо се, какав је то уређај? Уређај за размену топлоте и масе (који се назива и измењивач топлоте, односно измењивач топлоте или ТОА) је уређај за пренос топлоте са једног на други носач топлоте. У процесу промене температуре расхладних течности мењају се и њихове густине и, сходно томе, показатељи масе супстанци. Због тога се такви процеси називају пренос топлоте и масе.
Главни мени
Здраво! Измењивач топлоте је уређај у коме се размена топлоте врши између два или више носача топлоте или између носача топлоте и чврстих тела (млазница, зид). Улогу расхладне течности може играти и околина која окружује апарат. Према својој намени и дизајну, измењивачи топлоте могу бити веома различити, у распону од најједноставнијих (радијатор) до најнапреднијих (котловска јединица). Према принципу рада, измењивачи топлоте се деле на рекуперативни, регенеративни и мешајући.
Рекуперативни уређаји називају се уређаји у којима врући и хладни носачи топлоте тече истовремено, одвојени чврстим зидом. Ови уређаји укључују грејаче, котловске јединице, кондензаторе, испариваче итд.
Апарати у којима исту грејну површину наизменично пере топла и хладна течност називају се регенеративним. У овом случају, топлота акумулирана зидовима апарата током њихове интеракције са врућом течношћу одаје се хладној течности. Пример регенеративних уређаја су грејачи ваздуха са отвореним и високим пећима, грејним пећима итд. У регенераторима се размена топлоте увек одвија у нестационарним условима, док рекуперативни уређаји углавном раде у стационарном режиму.
Рекуперативни и регенеративни уређаји називају се и површински, јер је процес преноса топлоте у њима неизбежно повезан са површином чврсте материје.
Мешалице су уређаји у којима се пренос топлоте врши директним мешањем врућих и хладних течности.
Међусобно кретање носача топлоте у измењивачима топлоте може бити различито (слика 1.).
У зависности од овога прави се разлика између уређаја са директним протоком, супротним протоком, попречним током и са сложеним смером кретања носача топлоте (мешана струја). Ако расхладне течности паралелно теку у једном смеру, онда се такав образац кретања назива проток напред (слика 1.). Са супротним током, расхладне течности се крећу паралелно, али једна према другој. Ако се правци кретања флуида секу, тада се образац кретања назива унакрсни ток. Поред именованих шема, у пракси се користе и сложеније: истовремени проток и проток унапред, вишеструка попречна струја итд.
У зависности од технолошке намене и карактеристика дизајна, размењивачи топлоте су подељени на бојлере, кондензаторе, котловске јединице, испариваче итд. Али заједничка ствар је да сви они служе за пренос топлоте са једног на други носач топлоте, стога су основне одредбе термичког прорачуна за њих су исти ... Разлика може бити само коначна сврха насеља. Приликом пројектовања новог измењивача топлоте, задатак прорачуна је одређивање површине грејања; у верификационом топлотном прорачуну постојећег измењивача топлоте потребно је пронаћи количину пренесене топлоте и коначне температуре радних флуида.
Прорачун топлоте у оба случаја заснован је на једначинама биланса топлоте и једначини преноса топлоте.
Једначина равнотеже топлоте измењивача топлоте има облик:
где је М масени проток расхладне течности, кг / с; цпм - специфична маса изобарни просечни топлотни капацитет расхладне течности, Ј / (кг * ° С).
У даљем тексту, индекс "1" означава вредности које се односе на врућу течност (примарни носач топлоте), а индекс "2" - на хладну течност (секундарни носач топлоте); линија одговара температури течности на улазу у апарат, а две линије - на излазу.
При прорачуну измењивача топлоте често се користи концепт укупног топлотног капацитета масеног протока носача топлоте (еквивалент воде), једнак Ц = Мав В / ° Ц. Из израза (1) следи да
односно однос температурних промена једнофазних течности за пренос топлоте је обрнуто пропорционалан односу њихових укупних потрошних топлотних капацитета (водени еквиваленти).
Једначина преноса топлоте написана је на следећи начин: К = к * Ф * (т1 - т2), где су т1, т2 температуре примарног и секундарног носача топлоте; Ф је површина преноса топлоте.
Током размене топлоте, у већини случајева се мењају температуре оба носача топлоте и, према томе, мења се температура главе Δт = т1 - т2. Коефицијент преноса топлоте преко површине размене топлоте такође ће имати променљиву вредност, па би у једначину преноса топлоте требало заменити просечне вредности температурне разлике Δтав и коефицијент преноса топлоте кцп, тј.
К = ксп * Ф * Δтцп (3)
Подручје размене топлоте Ф израчунава се по формули (3), док се одређују топлотне перформансе К. Да би се решио проблем, потребно је израчунати просек коефицијента преноса топлоте по целој површини ксп и температурној висини Δтав.
Приликом израчунавања просечне температурне разлике потребно је узети у обзир природу промене температуре носача топлоте дуж површине размене топлоте. Из теорије топлотне проводљивости познато је да је у плочи или цилиндричном штапу у присуству температурне разлике на крајевима (бочне површине су изоловане) расподела температуре по дужини линеарна. Ако се размена топлоте одвија на бочној површини или систем има унутрашње изворе топлоте, тада је расподела температуре криволинијска. Са равномерном расподелом извора топлоте, промена температуре по дужини биће параболична.
Дакле, у измењивачима топлоте природа промене температура носача топлоте разликује се од линеарне и одређена је укупним топлотним капацитетима Ц1 и Ц2 масених протока носача топлоте и смером њиховог међусобног кретања (Слика 2).
Из графикона се види да промена температуре дуж површине Ф није иста. У складу са једначином (2), већа промена температуре биће за носач топлоте са мањим топлотним капацитетом масеног протока. Ако су расхладне течности исте, на пример, у измењивачу топлоте вода-вода, тада ће природа промене температура расхладних течности у потпуности бити одређена њиховим брзинама протока, а при нижој брзини протока температура промена ће бити велика.Са истовременим протоком, коначна температура т "2 загрејаног медија је увек мања од температуре т" 1 грејног медија на излазу из апарата, а код супротног протока коначна температура т "2 може бити виша од температуре т "1 (погледајте случај протока када је Ц1> Ц2). Сходно томе, при истој почетној температури, медијум који се загрева са протоком протока може се загрејати на вишу температуру него са протоком протока.
Са истовременим протоком, температура температуре дуж грејне површине се мења у већој мери него са супротним током. Истовремено, његова просечна вредност у последњем случају је већа, услед чега ће површина грејања апарата са противтоком бити мања. Тако ће се под једнаким условима у овом случају пренети више топлоте. На основу овога, предност треба дати уређајима са супротним током.
Као резултат аналитичке студије измењивача топлоте који ради према шеми директног протока, утврђено је да се температура температуре дуж површине размене топлоте мења експоненцијално, па се просечна температура температуре може израчунати формулом:
где је Δтб велика температурна разлика између топлог и хладног носача топлоте (са једног краја измењивача топлоте); Δтм - мања температурна разлика (са другог краја измењивача топлоте).
Са протоком унапред, Δтб = т'1 - т'2 и Δтм = т "1 - т" 2 (слика 2.). Ова формула важи и за противток, са једином разликом у оном случају када је Ц1 <Ц2 Δтб = т'1 - т "2 (слика 2.), и за Ц1> Ц2 Δтб = т" 1 - т'2 и Δтм = т'1 - т "2.
Просечна температурна разлика између два медија, израчуната по формули (4), назива се средња логаритамска. температура главе. Облик израза је због природе промене температуре дуж грејне површине (криволинијска зависност). Ако је зависност била линеарна, тада би температурну висину требало одредити као аритметичку средину (слика 3.). Вредност аритметичке средине Δта.ав увек је већа од средње логаритамске Δтл.ав. Међутим, у случајевима када се температура температуре по дужини измењивача топлоте незнатно мења, односно да је задовољен услов Δтб / Δтм <2, просечна температурна разлика може се израчунати као аритметичка средина:
Просечење температурне разлике за уређаје са попречним и мешовитим струјама разликује се сложеношћу прорачуна, стога су за низ најчешћих шема резултати решења обично дати у облику графикона. Исп. Литература: 1) Основи топлотне енергетике, А.М. Литвин, Госенергоиздат, 1958.2) Теплотехника, Бондарев В.А., Протскии А.Е., Гринкевицх Р.Н. Минск, ур. 2нд, "Хигхер сцхоол", 1976. 3) Топлотна техника, издање 2, под општим уредништвом. ИН Сушкина, Москва „Металургија“, 1973.
Врсте преноса топлоте
Хајде сада да разговарамо о врстама преноса топлоте - постоје само три. Зрачење - пренос топлоте зрачењем. Као пример можете помислити на сунчање на плажи у топлом летњем дану. А такви измењивачи топлоте могу се наћи чак и на тржишту (грејачи ваздуха са лампама). Међутим, најчешће за грејање животних просторија, соба у стану купујемо уљне или електричне радијаторе. Ово је пример друге врсте преноса топлоте - конвекције. Конвекција може бити природна, принудна (издувна хауба, а у кутији је рекуператор) или механички индукована (на пример са вентилатором). Последњи тип је много ефикаснији.
Међутим, најефикаснији начин преноса топлоте је топлотна проводљивост, или, како се још назива, проводљивост (од енглеског проводљивост - „проводљивост“). Било који инжењер који ће извршити топлотни прорачун измењивача топлоте, пре свега, размишља о избору ефикасне опреме у најмањим могућим димензијама. А то се постиже управо захваљујући топлотној проводљивости. Пример за то је данас најефикаснији ТОА - плочасти измењивачи топлоте. Плоча ТОА, по дефиницији, је измењивач топлоте који преноси топлоту из једне расхладне течности у другу кроз зид који их раздваја. Максимална могућа површина контакта између два медија, заједно са правилно одабраним материјалима, профилом плоча и њиховом дебљином, омогућава вам да минимизирате величину одабране опреме уз одржавање оригиналних техничких карактеристика потребних у технолошком процесу.
Врсте измењивача топлоте
Пре израчунавања измењивача топлоте, они се одређују са њеним типом. Сви ТОА могу се поделити у две велике групе: рекуперативни и регенеративни измењивач топлоте. Главна разлика између њих је следећа: у рекуперативном ТОА, размена топлоте се одвија кроз зид који раздваја две расхладне течности, а у регенеративном ТОА, два медија имају директан контакт једни с другима, често се мешају и захтевају накнадно раздвајање у посебним сепараторима. Регенеративни измењивачи топлоте подељени су на измењиваче и размењиваче топлоте са паковањем (стационарни, падајући или средњи). Грубо речено, канта топле воде изложене мразу или чаша врелог чаја стављена у фрижидер да се охлади (никада то немојте!) Пример су таквог мешања ТОА. А сипањем чаја у тањир и хлађењем на овај начин добијамо пример регенеративног измењивача топлоте са млазницом (тањир у овом примеру игра улогу млазнице), који прво контактира ваздух околине и мери његову температуру , а затим узима део топлоте из врелог чаја сипаног у њега, настојећи да оба медија доведе у топлотну равнотежу. Међутим, као што смо већ раније открили, ефикасније је користити топлотну проводљивост за пренос топлоте из једног медија у други, стога су ТОА који су данас кориснији у погледу преноса топлоте (и који се данас широко користе), наравно, опоравак.
Одређивање количине топлоте
Једначина преноса топлоте која се користи за устаљене јединице времена и процеса је следећа:
К = КФтцп (В)
У овој једначини:
- К је вредност коефицијента преноса топлоте (изражена у В / (м2 / К));
- тав - просечна разлика у индикаторима температуре између различитих носача топлоте (вредност се може дати и у степенима Целзијуса (0С) и у келвинима (К));
- Ф је вредност површине за коју долази до преноса топлоте (вредност је дата у м2).
Једначина вам омогућава да опишете процес током којег се топлота преноси између носача топлоте (од врућег до хладног). Једначина узима у обзир:
- пренос топлоте са расхладне течности (вруће) на зид;
- параметри топлотне проводљивости зида;
- пренос топлоте са зида на расхладно средство (хладно).
Термички и структурни прорачун
Било који прорачун рекуперативног измењивача топлоте може се извршити на основу резултата топлотних, хидрауличких и прорачуна чврстоће. Они су основни, обавезни у дизајну нове опреме и чине основу методе израчунавања за наредне моделе линија исте врсте уређаја. Главни задатак топлотног прорачуна ТОА је одређивање потребне површине површине размене топлоте за стабилан рад измењивача топлоте и одржавање потребних параметара медија на излазу. Често се у таквим прорачунима инжењерима дају произвољне вредности карактеристика масе и величине будуће опреме (материјал, пречник цеви, величине плоча, геометрија греде, врста и материјал ребра, итд.), Дакле, после топлотни, обично се врши конструктивни прорачун измењивача топлоте. Заиста, ако је у првој фази инжењер израчунао потребну површину за дати пречник цеви, на пример, 60 мм, и тако се испоставило да је дужина измењивача топлоте око шездесет метара, онда је логичније претпоставити прелазак на вишепролазни измењивач топлоте, или на тип шкољке или цеви, или за повећање пречника цеви.
Механизми преноса топлоте у прорачуну измењивача топлоте
Три главне врсте преноса топлоте су конвекција, проводљивост топлоте и зрачење.
У процесима размене топлоте који се одвијају у складу са принципима механизма спровођења топлоте, топлотна енергија се преноси у облику преноса енергије еластичних атомских и молекуларних вибрација. Пренос ове енергије између различитих атома иде у смеру опадања.
Прорачун карактеристика преноса топлотне енергије према принципу топлотне проводљивости врши се према Фуријеовом закону
Подаци о површини, топлотној проводљивости, градијенту температуре, периоду протока користе се за израчунавање количине топлотне енергије.Концепт градијента температуре дефинисан је као промена температуре у правцу преноса топлоте за једну или другу јединицу дужине.
Топлотна проводљивост је брзина процеса размене топлоте, тј. количина топлотне енергије која пролази кроз било коју јединицу површине у јединици времена.
Као што знате, метале карактерише највећи коефицијент топлотне проводљивости у односу на друге материјале, што се мора узети у обзир у било каквим прорачунима процеса размене топлоте. Што се тиче течности, оне, по правилу, имају релативно нижи коефицијент топлотне проводљивости у поређењу са телима у чврстом агрегатном стању.
Количина пренесене топлотне енергије за израчунавање измењивача топлоте, у којој се топлотна енергија преноси између различитих медија кроз зид, могуће је израчунати помоћу Фуријеове једначине. Дефинисан је као количина топлотне енергије која пролази кроз равнину која се одликује врло малом дебљином:
Након извођења неких математичких операција добијамо следећу формулу
Може се закључити да се пад температуре унутар зида врши у складу са законом праве линије.
Хидраулички прорачун
Хидраулични или хидромеханички, као и аеродинамички прорачуни се изводе у циљу утврђивања и оптимизације хидрауличких (аеродинамичких) губитака притиска у измењивачу топлоте, као и ради израчунавања трошкова енергије за њихово превазилажење. Израчун било ког пута, канала или цеви за пролаз расхладне течности представља примарни задатак за особу - да интензивира процес преноса топлоте у овој области. Односно, један медијум треба да преноси, а други треба да прими што више топлоте у минималном интервалу свог протока. За ово се често користи додатна површина за размену топлоте, у облику развијеног површинског ребра (за одвајање граничног ламинарног подслоја и појачавање турбулизације протока). Оптимални однос равнотеже хидрауличких губитака, површине размене топлоте, карактеристика тежине и величине и уклоњене топлотне снаге резултат је комбинације топлотног, хидрауличког и конструктивног прорачуна ТОА.
Верификациони прорачун
Прорачун измењивача топлоте врши се у случају када је потребно поставити маргину снаге или површине површине размене топлоте. Површина је резервисана из различитих разлога и у различитим ситуацијама: ако је то потребно у складу са пројектним задатком, ако произвођач одлучи да дода додатну маржу како би био сигуран да ће такав измењивач топлоте почети да ради, и да би се минимализовао грешке направљене у прорачунима. У неким случајевима је потребна редундантност да би се заокружили резултати пројектних димензија, у другима (испаривачи, економајзери) површинска маргина се посебно уводи у прорачун капацитета измењивача топлоте за контаминацију компресором уљем присутним у расхладном кругу. И мора се узети у обзир низак квалитет воде. После извесног времена непрекидног рада измењивача топлоте, посебно на високим температурама, каменац се таложи на површини размене топлоте апарата, смањујући коефицијент преноса топлоте и неизбежно доводећи до паразитског смањења уклањања топлоте. Стога, компетентни инжењер приликом израчунавања измењивача топлоте вода-вода, обраћа посебну пажњу на додатну редунданцију површине размене топлоте. Верификациони прорачун се такође врши како би се видело како ће изабрана опрема радити у другим, секундарним режимима. На пример, у централним клима уређајима (јединице за довод ваздуха), први и други грејачи, који се користе у хладној сезони, често се користе лети за хлађење долазног ваздуха снабдевањем хладне воде цевима ваздушног измењивача топлоте.Како ће функционисати и које параметре ће издати, омогућава вам да процените прорачун за верификацију.
Уређај и принцип рада
Опрема за размену топлоте на савременом тржишту представљена је у широкој палети.
Цјелокупни расположиви асортиман производа ове линије можемо подијелити у двије врсте, као што су:
- плочасти агрегати;
- уређаји са шкољком и цевчицом.
Ова последња сорта, због своје ниске стопе ефикасности, као и велике величине, данас се готово не продаје на тржишту. Плочасти измењивач топлоте састоји се од идентичних валовитих плоча које су причвршћене на чврст метални оквир. Елементи се налазе у огледалној слици један према другом, а између њих су челичне и гумене заптивке. Корисно подручје размене топлоте директно зависи од величине и броја плоча.
Уређаји са плочама могу се поделити у две подврсте на основу конфигурације, као што су:
- лемљене јединице;
- заптивни измењивачи топлоте.
Склопиви уређаји се разликују од производа залемљеног типа склопа по томе што се уређај, чим је потребно, може надоградити и прилагодити личним потребама, на пример, додати или уклонити одређени број плоча. Заптивни измењивачи топлоте су тражени у областима у којима се тврда вода користи за домаће потребе, због карактеристика којих се пиће и разни загађивачи акумулирају на елементима јединице. Ове неоплазме негативно утичу на ефикасност уређаја, стога их треба редовно чистити, а захваљујући њиховој конфигурацији то је увек могуће.
Уређаји који се не растављају одликују се следећим карактеристикама:
- висок ниво отпорности на колебање високог притиска и температуре;
- дуг радни век;
- мала тежина.
Лемљени склопови се чисте без растављања целе конструкције.
На основу прорачуна типа и могућности уградње јединице, треба разликовати две врсте измењивача топлоте за топлу воду из грејања.
- Унутрашњи измењивачи топлоте налазе се у самим уређајима за грејање - пећи, котловима и другима. Инсталација ове врсте омогућава вам да постигнете максималну ефикасност током рада производа, јер ће губици топлоте за грејање кућишта бити минимални. По правилу, такви уређаји су већ уграђени у котао у фази производње котлова. Ово у великој мери олакшава уградњу и пуштање у рад, јер требате само прилагодити потребан режим рада измењивача топлоте.
- Спољни измењивачи топлоте морају бити повезани одвојено од извора топлоте. Такви уређаји су релевантни за употребу у случајевима када рад уређаја зависи од удаљеног извора грејања. Пример су куће са централизованим грејањем. У овом аспекту, јединица домаћинства која загрева воду делује као спољни уређај.
Узимајући у обзир врсту материјала од којег су направљени раздвајања, вреди истаћи следеће моделе:
- челични измењивачи топлоте;
- уређаји од ливеног гвожђа.
Поред тога, истичу се бакарно лемљени системи. Користе се за даљинско грејање у стамбеним зградама.
Следеће карактеристике треба узети у обзир карактеристике опреме од ливеног гвожђа:
- сировина се прилично споро хлади, што штеди на раду целокупног система грејања;
- материјал има високу топлотну проводљивост, сви производи од ливеног гвожђа имају својствена својства у којима се врло брзо загревају и одају топлоту другим елементима;
- сировина је отпорна на стварање каменца на основи, поред тога је отпорнија на корозију;
- инсталирањем додатних одељака можете повећати снагу и функционалност јединице у целини;
- производи од овог материјала могу се транспортовати у деловима, разбијајући га на делове, што олакшава процес испоруке, као и уградњу и одржавање измењивача топлоте.
Предлажемо да се упознате са: На коју страну поставити парну баријеру а - ДОЛГОСТРОИ.ПРО
Као и сваки други производ, такав зависни уређај има следеће недостатке:
- ливено гвожђе је запажено због ниске отпорности на оштре температурне флуктуације, такви феномени могу бити испуњени стварањем пукотина на уређају, што ће негативно утицати на перформансе измењивача топлоте;
- чак и велике димензије, јединице од ливеног гвожђа су врло крхке, па их механичка оштећења, посебно током транспорта производа, могу озбиљно оштетити;
- материјал је склон сувој корозији;
- велика маса и димензије уређаја понекад компликују развој и уградњу система.
Челични измењивачи топлоте за снабдевање топлом водом одликују се следећим предностима:
- висока топлотна проводљивост;
- мала маса производа. Челик не отежава систем, стога су такви уређаји најбоља опција када је потребан измењивач топлоте, чији је задатак сервисирање велике површине;
- челичне јединице су отпорне на механичка напрезања;
- челични измењивач топлоте не реагује на флуктуације температуре унутар конструкције;
- материјал има добре еластичне карактеристике, међутим, продужени контакт са високо загрејаним или охлађеним медијумом може довести до стварања пукотина у подручју заварених спојева.
Мане уређаја укључују следеће карактеристике:
- подложност електрохемијској корозији. Због тога ће се сталним контактом са агресивним окружењем радни век уређаја знатно смањити;
- уређаји немају способност повећања ефикасности рада;
- челична јединица врло брзо губи топлоту, што је оптерећено повећаном потрошњом горива за продуктиван рад;
- низак ниво одржавања. Готово је немогуће поправити уређај властитим рукама;
- завршна монтажа челичног измењивача топлоте врши се у условима радионице у којој је произведен. Јединице су монолитни блокови велике величине, због чега постоје потешкоће са њиховом испоруком.
Неки произвођачи, како би повећали квалитет челичних измењивача топлоте, покривају његове унутрашње зидове ливеним гвожђем, повећавајући тако поузданост конструкције.
Савремени измењивачи топлоте су јединице чији се рад заснива на различитим принципима:
- наводњавање;
- подводно;
- лемљен;
- површан;
- склопиви;
- ребрасти ламеласти;
- мешање;
- шкољка и цев и други.
Али плочасти измењивачи топлоте за снабдевање топлом водом и грејање повољно се разликују од многих других. То су проточни грејачи. Инсталације су низ плоча, између којих се формирају два канала: топли и хладни. Одвојени су челичном и гуменом заптивком, па се уклања мешање медија.
Плоче су састављене у један блок. Овај фактор одређује функционалност уређаја. Плоче су идентичне величине, али налазе се на завоју од 180 степени, што је разлог за стварање шупљина кроз које се транспортују течности. Тако настаје наизменична промена хладних и врућих канала и формира се процес размене топлоте.
Рециркулација у овој врсти опреме је интензивна. Услови у којима ће се користити измењивач топлоте за системе за довод топле воде зависе од материјала заптивки, броја плоча, њихове величине и врсте. Инсталације за припрему топле воде имају два круга: један за ПТВ, други за грејање простора. Машине за плоче су безбедне, продуктивне и користе се у следећим областима:
- припрема носача топлоте у системима за довод топле воде, вентилацију и грејање;
- хлађење прехрамбених производа и индустријских уља;
- снабдевање топлом водом за тушеве у предузећима;
- за припрему носача топлоте у системима подног грејања;
- за припрему носача топлоте у прехрамбеној, хемијској и фармацеутској индустрији;
- грејање воде у базену и други процеси размене топлоте.
Калкулације истраживања
Истраживачки прорачуни ТОА врше се на основу добијених резултата термичких и верификационих прорачуна. По правилу су неопходни за уношење најновијих измена у дизајн пројектованог апарата. Такође се спроводе како би се исправиле све једначине прописане примењеним прорачунским моделом ТОА, добијене емпиријски (према експерименталним подацима). Извођење истраживачких прорачуна укључује десетине, а понекад и стотине прорачуна по посебном плану развијеном и примењеном у производњи према математичкој теорији планирања експеримената. Према резултатима открива се утицај различитих услова и физичких величина на показатеље учинка ТОА.
Остали прорачуни
При израчунавању површине измењивача топлоте, не заборавите на отпор материјала. Израчун ТОА чврстоће укључује проверу пројектоване јединице за напрезање, торзију, за примену максимално дозвољених радних момената на делове и склопове будућег измењивача топлоте. Уз минималне димензије, производ мора бити издржљив, стабилан и гарантовати сигуран рад у разним, чак и најстреснијим условима рада.
Динамички прорачун се врши како би се утврдиле различите карактеристике измењивача топлоте у променљивим режимима његовог рада.
Измењивачи топлоте у цеви
Размотримо најједноставнији прорачун измењивача топлоте цеви у цеви. Структурно је ова врста ТОА поједностављена што је више могуће. По правилу се врућа расхладна течност пушта у унутрашњу цев апарата да би се смањили губици, а расхладна течност се лансира у кућиште или у спољну цев. Задатак инжењера у овом случају се своди на одређивање дужине таквог измењивача топлоте на основу израчунате површине површине размене топлоте и задатих пречника.
Овде треба додати да се појам идеалног измењивача топлоте уводи у термодинамику, односно апарат бесконачне дужине, при чему расхладне течности раде у супротном току, а температурна разлика се у потпуности покреће између њих. Дизајн „цев у цеви“ најближи је испуњавању ових захтева. А ако расхладне течности покренете у супротном протоку, тада ће то бити такозвани „прави проток“ (а не унакрсни проток, као у плочици ТОА). Температурна глава се најефикасније покреће таквом организацијом кретања. Међутим, приликом израчунавања измењивача топлоте цеви у цеви треба бити реалан и не заборавити на логистичку компоненту, као и на лакоћу уградње. Дужина еурокамиона је 13,5 метара, а нису све техничке просторије прилагођене клизању и уградњи опреме ове дужине.
Како израчунати измењивач топлоте
Неопходно је израчунати измењивач топлоте у завојници, у супротном његова топлотна снага можда неће бити довољна за загревање просторије. Систем грејања је дизајниран да надокнади губитак топлоте. Сходно томе, тачну количину потребне топлотне енергије можемо сазнати само на основу губитака топлоте зграде. Прилично је тешко извршити прорачун, стога у просеку узимају 100 В по 1 квадратном метру са висином плафона од 2,7 м.
Између окрета мора постојати јаз.
Такође, за израчунавање су потребне следеће вредности:
- Пи;
- пречник доступне цеви (узмите 10 мм);
- ламбда топлотна проводљивост метала (за бакар 401 В / м * К);
- делта температуре довода и поврата расхладне течности (20 степени).
Да бисте одредили дужину цеви, морате поделити укупну топлотну снагу у В производом горе наведених фактора.Размотримо на примеру бакарног измењивача топлоте са потребном топлотном снагом од 3 кВ - ово је 3000 В.
3000 / 3,14 (Пи) * 401 (ламбда топлотна проводљивост) * 20 (делта температуре) * 0,01 (пречник цеви у метрима)
Из овог прорачуна испада да вам је потребно 11,91 м бакарне цеви пречника 10 мм да би топлотна снага завојнице била 3 кВ.
Измењивачи топлоте са шкољкама и цевима
Због тога се врло често прорачун таквог апарата глатко улива у прорачун измењивача топлоте у облику цеви и цеви. Ово је апарат у коме се сноп цеви налази у једном кућишту (кућишту), опраном разним расхладним течностима, у зависности од намене опреме. На пример, у кондензаторима се расхладно средство навлачи у плашт, а вода у цеви. Овом методом померања медија погодније је и ефикасније контролисати рад апарата. У испаривачима, напротив, расхладно средство кључа у цевима, а истовремено их опере охлађена течност (вода, слани раствор, гликоли итд.). Због тога се прорачун размењивача топлоте у облику цеви и цеви своди на минимизирање величине опреме. Играјући се пречником кућишта, пречником и бројем унутрашњих цеви и дужином апарата, инжењер достиже израчунату вредност површине површине размене топлоте.
Ваздушни измењивачи топлоте
Један од најчешћих измењивача топлоте данас је ребрасти цевасти измењивач топлоте. Такође се називају калемови. Где год нису инсталирани, почев од јединица вентилоконвектора (од енглеског вентилатор + калем, тј. „Вентилатор“ + „калем“) у унутрашњим блоковима сплит система и завршавајући гигантским рекуператорима димних гасова (издвајање топлоте из врућег димног гаса и пренесите га за потребе грејања) у котларницама у ЦХП. Због тога дизајн измењивача топлоте у спирали зависи од примене где ће измењивач топлоте пуштати у рад. Индустријски хладњаци ваздуха (ВОП), инсталирани у коморама за брзо замрзавање меса, у замрзивачима са ниским температурама и на другим објектима за хлађење хране, захтевају одређене карактеристике дизајна у својим перформансама. Растојање између ламела (пераја) требало би да буде што веће како би се повећало време непрекидног рада између циклуса одмрзавања. Испаривачи за центре података (центри за обраду података) су, напротив, направљени што је могуће компактније, учвршћујући размак на минимум. Такви измењивачи топлоте раде у „чистим зонама“ окружени финим филтерима (до ХЕПА класе), па се такав прорачун цевастог измењивача топлоте врши са нагласком на минимизирању величине.
Врсте спиралних измењивача топлоте
Шина за пешкире са грејањем је такође измењивач топлоте у калему.
Можете направити калем сопственим рукама различитих дизајна и од неколико врста метала (челик, бакар, алуминијум, ливено гвожђе). Производи од алуминијума и ливеног гвожђа штанцују се у фабрикама, јер се потребни услови за рад са овим металима могу постићи само у производним условима. Без овога ће бити могуће радити само са челиком или бакром. Најбоље је користити бакар јер је кован и има висок степен топлотне проводљивости. Постоје две шеме за израду калема:
- вијак;
- паралелно.
Спирална шема подразумева положај спиралних завоја дуж завојне линије. Расхладно средство у таквим измењивачима топлоте креће се у једном правцу. Ако је потребно, да би се повећала топлотна снага, неколико спирала се може комбиновати према принципу "цев у цеви".
Да бисте губитак топлоте свели на најмању могућу меру, морате одабрати какву изолацију је најбоље изоловати од споља. Такође зависи од материјала зидова.
Неопходно је извршити избор изолације за дрвену кућу на основу паропропусности топлотне изолације.
У паралелном колу, расхладна течност стално мења смер кретања. Такав измењивач топлоте направљен је од равних цеви повезаних лактом од 180 степени.У неким случајевима, на пример, за производњу грејног регистра, закретна колена се можда неће користити. Уместо њих инсталиран је директни бајпас, који се може налазити и на једном и на оба краја цеви.
Методе преноса топлоте
Принцип рада измењивача топлоте у калему је загревање једне супстанце на штету топлоте друге. Тако се вода у измењивачу топлоте може загрејати отвореним пламеном. У овом случају ће деловати као хладњак. Али такође и сама завојница може деловати као извор топлоте. На пример, када расхладно средство тече кроз цеви, загрева се у котлу или помоћу уграђеног електричног грејног елемента, а његова топлота се преноси у воду из система грејања. У основи, крајња сврха преноса топлоте је загревање унутрашњег ваздуха.
Плочасти измењивачи топлоте
Тренутно су плочасти измењивачи топлоте стабилно тражени. Према свом дизајну су потпуно склопиви и полузаварени, лемљени бакром и никлом лемљени, заварени и лемљени дифузионом методом (без лемљења). Термички дизајн плочастог измењивача топлоте је довољно флексибилан и није посебно тежак за инжењера. У процесу одабира можете се играти са врстом плоча, дубином пробијања канала, врстом ребра, дебљином челика, различитим материјалима, и што је најважније - бројним моделима уређаја стандардних величина различитих димензија. Такви измењивачи топлоте су ниски и широки (за парно грејање воде) или високи и уски (раздвајајући измењивачи топлоте за системе климатизације). Често се користе за медије са променом фазе, односно као кондензатори, испаривачи, прегрејачи, предкондензатори итд. Мало је теже извршити термички прорачун измењивача топлоте који ради по двофазној шеми од течног -течни измењивач топлоте, али за искусног инжењера овај задатак је решив и није нарочито тежак. Да би олакшали такве прорачуне, савремени дизајнери користе инжењерске рачунарске базе, где можете пронаћи пуно потребних информација, укључујући дијаграме стања било ког расхладног средства у било ком скенирању, на пример, програм ЦоолПацк.
