Grundläggande begrepp för värmeöverföring för beräkning av värmeväxlare

Beräkningen av värmeväxlaren tar för närvarande inte mer än fem minuter. Varje organisation som tillverkar och säljer sådan utrustning ger som regel alla sitt eget urvalsprogram. Du kan ladda ner det gratis från företagets webbplats, annars kommer deras tekniker till ditt kontor och installera det gratis. Hur korrekt är dock resultatet av sådana beräkningar, är det möjligt att lita på det och är tillverkaren inte listig när han kämpar i ett anbud med sina konkurrenter? Att kontrollera en elektronisk miniräknare kräver kunskap eller åtminstone en förståelse för beräkningsmetoden för moderna värmeväxlare. Låt oss försöka lista ut detaljerna.

Vad är en värmeväxlare

Innan vi beräknar värmeväxlaren, låt oss komma ihåg, vilken typ av enhet är det? En värme- och massutbytesapparat (aka en värmeväxlare, aka en värmeväxlare eller TOA) är en anordning för att överföra värme från en värmebärare till en annan. Under processen att ändra kylmedlets temperaturer ändras deras densiteter och följaktligen också massindikatorerna för ämnen. Det är därför sådana processer kallas värme- och massöverföring.

Huvudmeny

Hej! En värmeväxlare är en anordning där värmeväxling utförs mellan två eller flera värmebärare eller mellan värmebärare och fasta ämnen (munstycke, vägg). Kylvätskans roll kan också spelas av omgivningen runt apparaten. Beroende på deras syfte och design kan värmeväxlare vara mycket olika, allt från det enklaste (radiator) till det mest avancerade (pannanhet). Enligt driftsprincipen är värmeväxlare uppdelade i rekuperativ, regenerativ och blandning.

Återhämtningsanordningar kallas enheter där varma och kalla värmebärare flyter samtidigt, åtskilda av en solid vägg. Dessa enheter inkluderar värmare, pannanheter, kondensorer, förångare etc.

Apparatur där samma värmeyta tvättas växelvis av varm och kall vätska kallas regenerativ. I detta fall avges den värme som ackumuleras av apparatens väggar under deras interaktion med den heta vätskan till den kalla vätskan. Ett exempel på regenereringsapparater är luftvärmare för öppen spis och masugnar, värmepannor etc. I regeneratorer sker värmeväxling alltid under icke-stationära förhållanden, medan rekuperationsapparater oftast arbetar i ett stationärt läge.

Återhämtnings- och regenereringsanordningar kallas också yta, eftersom processen för värmeöverföring i dem oundvikligen är associerad med ytan av ett fast ämne.

Blandare är enheter där värmeöverföring sker genom direkt blandning av heta och kalla vätskor.

Den ömsesidiga rörelsen mellan värmebärare i värmeväxlare kan vara annorlunda (fig. 1.).

Beroende på detta görs en åtskillnad mellan enheter med direktflöde, motflöde, tvärflöde och med en komplex rörelseriktning för värmebärare (blandström). Om kylmediet flyter parallellt i en riktning kallas ett sådant rörelsemönster framåtflöde (fig. 1.). Med motflöde rör sig kylmedlen parallellt, men mot varandra. Om rörelseriktningarna för vätskor skär varandra kallas rörelsemönstret tvärflöde. Förutom de nämnda scheman används mer komplexa i praktiken: samtidig fram- och motflöde, multipel korsström etc.

Beroende på det tekniska syftet och designfunktionerna är värmeväxlarna uppdelade i varmvattenberedare, kondensorer, pannanheter, förångare etc. Men det vanliga är att de alla tjänar till att överföra värme från en värmebärare till en annan, därför är de grundläggande bestämmelserna för termisk beräkning är desamma för dem ... Skillnaden kan bara vara det slutliga syftet med förlikningen. Vid utformningen av en ny värmeväxlare är beräkningsuppgiften att bestämma värmeytan; vid verifieringsvärmeberäkningen av den befintliga värmeväxlaren är det nödvändigt att hitta mängden överförd värme och de slutliga temperaturerna på arbetsvätskorna.

Värmeberäkningen baseras i båda fallen på värmebalansekvationerna och värmeöverföringsekvationen.

Värmeväxlarens värmebalansekvation har formen:

där M är kylvätskans massflödeshastighet, kg / s; cpm - specifik isobarisk massvärmekapacitet för kylvätskan, J / (kg * ° С).

Härefter betecknar abonnemanget "1" värdena relaterade till den heta vätskan (primär värmebärare) och abonnemanget "2" - till den kalla vätskan (sekundär värmebärare); ledningen motsvarar vätskans temperatur vid inloppet till apparaten och två ledningar - vid utloppet.

Vid beräkning av värmeväxlare används ofta konceptet för den totala värmekapaciteten för värmebärarens massflöde (vattenekvivalent), lika med C = Mav W / ° C. Från uttryck (1) följer det

det vill säga att förhållandet mellan temperaturförändringar av enfas värmeöverföringsvätskor är omvänt proportionellt mot förhållandet mellan deras totala förbrukningsvärmekapacitet (vattenekvivalenter).

Värmeöverföringsekvationen skrivs enligt följande: Q = k * F * (t1 - t2), där t1, t2 är temperaturerna hos de primära och sekundära värmebärarna; F är värmeöverföringsytan.

Under värmeväxling ändras i de flesta fall temperaturerna hos båda värmebärarna och därför ändras temperaturhuvudet Δt = t1 - t2. Värmeöverföringskoefficienten över värmeväxlarytan kommer också att ha ett variabelt värde, därför bör medelvärdena för temperaturskillnaden Δtav och värmeöverföringskoefficienten kcp ersättas med värmeöverföringsekvationen, det vill säga

Q = kсp * F * Δtcp (3)

Värmeväxlararean F beräknas med formeln (3) medan värmeprestanda Q specificeras. För att lösa problemet är det nödvändigt att beräkna värmeöverföringskoefficienten i genomsnitt över hela ytan kсp och temperaturhuvudet Atav.

Vid beräkning av den genomsnittliga temperaturskillnaden är det nödvändigt att ta hänsyn till naturen hos temperaturförändringen hos värmebärarna längs värmeväxlarytan. Det är känt från teorin om värmeledningsförmåga att temperaturfördelningen längs längden i en platta eller en cylindrisk stav i närvaro av en temperaturskillnad i ändarna (sidoytorna är isolerade). Om värmeväxling sker på sidoytan eller om systemet har interna värmekällor är temperaturfördelningen krökt. Med en jämn fördelning av värmekällor blir temperaturförändringen längs längden parabolisk.

I värmeväxlare skiljer sig således naturen hos temperaturförändringen hos värmebärarna från den linjära och bestäms av den totala värmekapaciteten Cl och C2 för värmebärarens massflöden och riktningen för deras ömsesidiga rörelse. (Bild 2).

Det framgår av graferna att temperaturförändringen längs ytan F inte är densamma. I enlighet med ekvation (2), desto större blir temperaturförändringen för värmebäraren med massflödeshastighetens lägre värmekapacitet. Om kylmedlen är desamma, till exempel i en vatten-till-vatten-värmeväxlare, kommer naturen hos förändringen i temperaturen hos kylmediet att bestämmas helt av deras flödeshastigheter och vid en lägre flödeshastighet, temperaturen förändringen blir stor.Vid strömflöde är den slutliga temperaturen t "2 för det uppvärmda mediet alltid lägre än temperaturen t" 1 för uppvärmningsmediet vid apparatens utlopp, och vid motflöde kan den slutliga temperaturen t "2 vara högre än temperaturen t "1 (se för motflöde när C1> C2). Följaktligen kan vid samma initialtemperatur mediet som ska värmas med motströmsflöde upphettas till en högre temperatur än med strömflöde.

Vid strömflöde ändras temperaturhuvudet längs värmeytan i större utsträckning än med motflöde. Samtidigt är dess medelvärde i det sistnämnda fallet större, varigenom uppvärmningsytan hos apparaten med motflöde blir mindre. I detta fall kommer således mer värme att överföras under lika villkor. Baserat på detta bör enheter med motflöde föredras.

Som ett resultat av en analytisk studie av en värmeväxlare som arbetar enligt direktflödesschemat, fann man att temperaturhuvudet längs värmeväxlarytan förändras exponentiellt, så medeltemperaturhuvudet kan beräknas med formeln:

där Δtb är den stora temperaturskillnaden mellan den varma och kalla värmebäraren (från ena änden av värmeväxlaren); Δtm - mindre temperaturskillnad (från den andra änden av värmeväxlaren).

Med ett framåtriktat flöde, Δtb = t'1 - t'2 och Δtm = t "1 - t" 2 (fig. 2.). Denna formel är också giltig för motflöde med den enda skillnaden som för fallet när C1 C2 Δtb = t" 1 - t'2 och Atm = t'1 - t "2.

Medeltemperaturskillnaden mellan två media, beräknad med formeln (4), kallas den genomsnittliga logaritmiska. temperaturhuvud. Uttrycksformen beror på temperaturförändringens natur längs uppvärmningsytan (krökt beroende). Om beroendet var linjärt, bör temperaturhuvudet bestämmas som ett aritmetiskt medelvärde (figur 3.). Värdet på det aritmetiska medelhuvudet Δtа.av är alltid större än det genomsnittliga logaritmiska Δtl.av. I de fall där temperaturhuvudet längs värmeväxlarens längd ändras obetydligt, det vill säga villkoret Atb / Atm <2 är uppfyllt, kan den genomsnittliga temperaturskillnaden beräknas som ett aritmetiskt medelvärde:

Medelvärdet av temperaturskillnaden för enheter med kors- och blandströmmar kännetecknas av komplexiteten i beräkningarna, därför för ett antal av de vanligaste scheman ges resultaten av lösningar vanligtvis i form av grafer. Isp. Litteratur: 1) Grundläggande värmeteknik, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Minsk, red. 2: a "Higher school", 1976. 3) Värmekonstruktion, utg. 2, under allmän redaktion. I Sushkina, Moskva "Metallurgi", 1973.

Typer av värmeöverföring

Låt oss nu prata om typerna av värmeöverföring - det finns bara tre av dem. Strålning - överföring av värme genom strålning. Som ett exempel kan du tänka dig att sola på stranden en varm sommardag. Och sådana värmeväxlare finns till och med på marknaden (lampvärmare). Men oftast för uppvärmning av bostäder, rum i en lägenhet, köper vi olja eller elektriska radiatorer. Detta är ett exempel på en annan typ av värmeöverföring - konvektion. Konvektion kan vara naturlig, påtvingad (avgashuv, och det finns en rekuperator i lådan) eller mekaniskt inducerad (med en fläkt, till exempel). Den senare typen är mycket effektivare.

Det mest effektiva sättet att överföra värme är dock värmeledningsförmåga, eller, som det också kallas, ledning (från den engelska ledningen - "ledning"). Varje ingenjör som ska genomföra en termisk beräkning av en värmeväxlare, först och främst funderar på att välja effektiv utrustning i minsta möjliga dimensioner. Och detta uppnås just på grund av värmeledningsförmåga. Ett exempel på detta är den mest effektiva TOA idag - plattvärmeväxlare. Platta TOA är per definition en värmeväxlare som överför värme från en kylvätska till en annan genom väggen som separerar dem. Den maximala möjliga kontaktytan mellan två media, tillsammans med korrekt valda material, plattans profil och deras tjocklek, gör att du kan minimera storleken på den utvalda utrustningen samtidigt som du behåller de ursprungliga tekniska egenskaper som krävs i den tekniska processen.

Värmeväxlartyper

Innan värmeväxlaren beräknas bestäms de med dess typ. Alla TOA kan delas in i två stora grupper: rekuperativa och regenerativa värmeväxlare. Huvudskillnaden mellan dem är följande: i rekuperativ TOA sker värmeväxling genom en vägg som separerar två kylvätskor, och i regenerativ TOA har de två medierna direktkontakt med varandra, ofta blandning och kräver efterföljande separation i speciella separatorer. Regenerativa värmeväxlare delas in i blandnings- och värmeväxlare med förpackning (stillastående, fallande eller mellanliggande). Grovt sagt är en hink med varmt vatten utsatt för frost eller ett glas varmt te som placeras i kylen för att svalna (gör det aldrig!) Är ett exempel på en sådan blandning av TOA. Och genom att hälla te i ett fat och kyla det på detta sätt får vi ett exempel på en regenerativ värmeväxlare med ett munstycke (tefatet i det här exemplet spelar rollen som ett munstycke), som först kommer i kontakt med den omgivande luften och tar dess temperatur och tar sedan en del av värmen från det heta teet som hälls i det. För att försöka få båda medierna i termisk jämvikt. Men som vi redan har upptäckt tidigare är det mer effektivt att använda värmeledningsförmåga för att överföra värme från ett medium till ett annat, därför är TOA som är mer användbara när det gäller värmeöverföring (och ofta används) idag, naturligtvis, återställande.

Bestämning av mängden värme

Värmeöverföringsekvationen som används för stationära tidsenheter och processer är som följer:

Q = KFtcp (W)

I denna ekvation:

• K är värdet på värmeöverföringskoefficienten (uttryckt i W / (m2 / K));
• tav - den genomsnittliga skillnaden i temperaturindikatorer mellan olika värmebärare (värdet kan anges både i grader Celsius (0С) och i kelvin (K));
• F är värdet på den yta för vilken värmeöverföring sker (värdet anges i m2).

Ekvationen låter dig beskriva processen under vilken värme överförs mellan värmebärare (från varm till kall). Ekvationen tar hänsyn till:

• värmeöverföring från kylvätskan (varm) till väggen;
• väggvärmeledningsförmåga;
• värmeöverföring från väggen till kylvätskan (kall).

Termisk och strukturell beräkning

Varje beräkning av en rekuperativ värmeväxlare kan göras baserat på resultaten av termiska, hydrauliska och hållfasthetsberäkningar. De är grundläggande, obligatoriska vid utformningen av ny utrustning och utgör grunden för beräkningsmetoden för efterföljande modeller av linjen för samma typ av apparater. Huvuduppgiften för den termiska beräkningen av TOA är att bestämma den önskade ytan på värmeväxlarytan för stabil drift av värmeväxlaren och bibehålla de nödvändiga parametrarna för mediet vid utloppet. Ganska ofta ges ingenjörer i sådana beräkningar godtyckliga värden för den framtida utrustningens massa och storlek (material, rördiameter, plattstorlekar, strågeometri, typ och material för finning etc.), därför efter termisk en utförs vanligtvis en konstruktiv beräkning av värmeväxlaren. Om ingenjören i det första steget beräknade den erforderliga ytan för en given rördiameter, till exempel 60 mm, och längden på värmeväxlaren således visade sig vara cirka sextio meter, är det mer logiskt att anta en övergång till en flerpassvärmeväxlare eller till en skal-och-rör-typ, eller för att öka rörens diameter.

Värmeöverföringsmekanismer vid beräkning av värmeväxlare

De tre huvudtyperna av värmeöverföring är konvektion, värmeledning och strålning.

I värmeväxlingsprocesser som fortsätter enligt principerna för mekanismen för värmeledning överförs värmeenergi i form av energiöverföring av elastiska atom- och molekylvibrationer. Överföringen av denna energi mellan olika atomer är i riktning att minska.

Beräkningen av egenskaperna för överföring av termisk energi enligt principen om värmeledningsförmåga utförs enligt Fourier-lagen

Data om ytarea, värmeledningsförmåga, temperaturgradient, flödesperiod används för att beräkna mängden värmeenergi.Begreppet temperaturgradient definieras som temperaturförändringen i riktningen för värmeöverföring med en eller annan längdenhet.

Värmeledningsförmågan är hastigheten för värmeväxlingsprocessen, dvs. mängden termisk energi som passerar genom någon ytenhet per tidsenhet.

Som ni vet kännetecknas metaller av den högsta värmekonduktivitetskoefficienten i förhållande till andra material, vilket måste beaktas vid alla beräkningar av värmeväxlingsprocesser. När det gäller vätskor har de som regel en relativt lägre värmeledningskoefficient jämfört med kroppar i fast aggregeringstillstånd.

Det är möjligt att beräkna mängden överförd termisk energi för beräkning av värmeväxlare, där värmeenergi överförs mellan olika medier genom väggen med Fourier-ekvationen. Det definieras som mängden värmeenergi som passerar genom ett plan som kännetecknas av en mycket liten tjocklek:

Efter att ha utfört några matematiska operationer får vi följande formel

Man kan dra slutsatsen att temperaturfallet inuti väggen utförs i enlighet med lagen om en rak linje.

Hydraulisk beräkning

Hydrauliska eller hydromekaniska såväl som aerodynamiska beräkningar utförs för att bestämma och optimera de hydrauliska (aerodynamiska) tryckförlusterna i värmeväxlaren, samt för att beräkna energikostnaderna för att övervinna dem. Beräkningen av varje väg, kanal eller rör för kylvätskans passage utgör en primär uppgift för en person - att intensifiera värmeöverföringsprocessen i detta område. Det vill säga det ena mediet ska överföras och det andra ska ta emot så mycket värme som möjligt vid det minsta flödesintervallet. För detta används ofta en extra värmeväxlingsyta i form av en utvecklad ytribbning (för att separera det laminära subskiktet av gränsen och förbättra flödesturbuliseringen). Det optimala balansförhållandet mellan hydrauliska förluster, värmeväxlarens yta, vikt- och storleksegenskaper och borttagen värmeeffekt är resultatet av en kombination av termisk, hydraulisk och konstruktiv beräkning av TOA.

Verifieringsberäkning

Beräkning av värmeväxlaren utförs om det är nödvändigt att lägga en marginal för effekt eller för området för värmeväxlarytan. Ytan är reserverad av olika skäl och i olika situationer: om detta krävs enligt villkoren, om tillverkaren beslutar att lägga till en extra marginal för att vara säker på att en sådan värmeväxlare kommer att gå i drift och för att minimera fel som gjorts i beräkningarna. I vissa fall krävs redundans för att avrunda resultaten av konstruktionsdimensioner, i andra (förångare, ekonomisatorer) införs en ytmarginal speciellt i beräkningen av värmeväxlarens kapacitet för kontaminering med kompressorolja som finns i kylkretsen. Och den låga vattenkvaliteten måste beaktas. Efter en viss tid av oavbruten drift av värmeväxlare, speciellt vid höga temperaturer, sätter sig skalan på apparatens värmeväxlingsyta, vilket minskar värmeöverföringskoefficienten och leder oundvikligen till en parasitisk minskning av värmeavlägsnande. Därför ägnar en kompetent ingenjör, vid beräkning av vatten-till-vatten-värmeväxlaren, särskild uppmärksamhet åt ytterligare redundans av värmeväxlarytan. Verifieringsberäkningen utförs också för att se hur den valda utrustningen fungerar i andra sekundära lägen. Till exempel används i centrala luftkonditioneringsapparater (luftförsörjningsenheter) första och andra värmare, som används under den kalla årstiden, ofta på sommaren för att kyla den inkommande luften genom att tillföra kallt vatten till luftvärmeväxlarens rör.Hur de kommer att fungera och vilka parametrar de ger ut gör att du kan utvärdera verifieringsberäkningen.

Anordning och funktionsprincip

Värmeväxlarutrustning på den moderna marknaden presenteras i ett brett utbud.

Hela det tillgängliga sortimentet av produkter i denna serie kan delas in i två typer, såsom:

• plattaggregat;
• skal-och-rör-enheter.

Den senare sorten, på grund av sin låga effektivitetsgrad, liksom dess stora storlek, säljs nästan inte på marknaden idag. Plattvärmeväxlaren består av identiska korrugerade plattor som är fästa på en robust metallram. Elementen är placerade i en spegelbild relativt varandra och mellan dem finns stål- och gummitätningar. Det användbara värmeväxlingsområdet beror direkt på plattans storlek och antal.

Platenheter kan delas in i två underarter baserat på konfiguration, till exempel:

• lödda enheter;
• packningar med värmeväxlare.

Fällbara enheter skiljer sig från produkter av en lödad monteringstyp genom att enheten så snart som nödvändigt kan uppgraderas och anpassas till personliga behov, till exempel lägga till eller ta bort ett visst antal plattor. Packade värmeväxlare är efterfrågade i områden där hårt vatten används för hushållsbehov, på grund av funktionerna i vilken dryck och olika föroreningar ackumuleras på enhetens element. Dessa neoplasmer påverkar enhetens effektivitet negativt, därför måste de rengöras regelbundet, och tack vare deras konfiguration är det alltid möjligt.

Icke-demonterbara enheter kännetecknas av följande funktioner:

• hög motståndskraft mot höga tryck- och temperaturfluktuationer;
• lång livslängd
• lättviktig.

De lödda enheterna rengörs utan att demontera hela strukturen.

Baserat på beräkningen av enhetens typ och installationsalternativ bör man skilja på två typer av värmeväxlare för varmvatten från uppvärmning.

• Interna värmeväxlare finns i värmeenheterna själva - ugnar, pannor och andra. Installation av detta slag gör att du får maximal effektivitet under drift av produkter, eftersom värmeförlusten för uppvärmning av fodralet är minimal. I regel är sådana anordningar redan inbyggda i pannan vid tillverkning av pannorna. Detta underlättar avsevärt installation och idrifttagning, eftersom du bara behöver justera det önskade driftläget för värmeväxlaren.

• Externa värmeväxlare måste anslutas separat från värmekällan. Sådana anordningar är relevanta för användning i fall där anordningens funktion beror på en fjärrvärmekälla. Hus med centralvärme är ett exempel. I denna utföringsform fungerar hushållsenheten som värmer vattnet som en extern enhet.

Med hänsyn till vilken typ av material som skiljer sig från är det värt att lyfta fram följande modeller:

• värmeväxlare av stål;
• anordningar gjorda av gjutjärn.

Dessutom sticker kopparlödda system ut. De används för fjärrvärme i flerbostadshus.

Följande egenskaper bör övervägas med egenskaperna hos gjutjärnutrustning:

• råvaran svalnar ganska långsamt, vilket sparar driften av hela värmesystemet;
• materialet har hög värmeledningsförmåga, alla gjutjärnsprodukter har inneboende egenskaper där det värms upp mycket snabbt och avger värme till andra element;
• råmaterialet är motståndskraftigt mot skalbildning på basen, dessutom är det mer motståndskraftigt mot korrosion;
• genom att installera ytterligare sektioner kan du öka kraften och funktionaliteten hos enheten som helhet;
• produkter från detta material kan transporteras i delar, bryta det i sektioner, vilket underlättar leveransprocessen, samt installation och underhåll av värmeväxlaren.

Vi föreslår att du bekantar dig med: Vilken sida du ska sätta ångspärren a - DOLGOSTROI.PRO
Liksom alla andra produkter har en sådan beroende enhet följande nackdelar:

• gjutjärn är anmärkningsvärt för sin låga motståndskraft mot skarpa temperaturfluktuationer, sådana fenomen kan vara fyllda med bildandet av sprickor på enheten, vilket kommer att påverka värmeväxlarens prestanda negativt;
• även med stora dimensioner är gjutjärnenheter mycket ömtåliga, därför kan mekaniska skador, särskilt under transport av produkter, allvarligt skada det;
• materialet är utsatt för torr korrosion;
• enhetens stora massa och dimensioner komplicerar ibland utvecklingen och installationen av systemet.

Stålvärmeväxlare för varmvattenförsörjning är anmärkningsvärda för följande fördelar:

• hög värmeledningsförmåga;
• liten massa produkter. Stål gör inte systemet tyngre, därför är sådana enheter det bästa alternativet när en värmeväxlare behövs, vars uppgift är att betjäna ett stort område;
• stålenheter är motståndskraftiga mot mekanisk belastning;
• stålvärmeväxlaren reagerar inte på temperatursvängningar inuti strukturen;
• materialet har goda elasticitetsegenskaper, men långvarig kontakt med ett starkt uppvärmt eller kyld medium kan leda till sprickbildning i svetsområdet.

Nackdelarna med enheter inkluderar följande funktioner:

• känslighet för elektrokemisk korrosion. Därför, med konstant kontakt med en aggressiv miljö, kommer enhetens livslängd att minskas avsevärt;
• enheterna har inte förmågan att öka arbetseffektiviteten;
• stålenheten tappar värme mycket snabbt, vilket är fylld med ökad bränsleförbrukning för produktiv drift;
• låg nivå av underhållsförmåga. Det är nästan omöjligt att reparera enheten med egna händer;
• slutmonteringen av stålvärmeväxlaren utförs under förhållandena på verkstaden där den tillverkades. Enheterna är monolitiska block av stor storlek, på grund av vilka det finns svårigheter med leveransen.

Vissa tillverkare täcker dess inre väggar med gjutjärn för att öka kvaliteten på stålvärmeväxlare och ökar därmed konstruktionens tillförlitlighet.

Moderna värmeväxlare är enheter vars drift bygger på olika principer:

• bevattning;
• nedsänkbar;
• lödda;
• ytlig;
• hopfällbar;
• ribbad lamell;
• blandning;
• skal-och-rör och andra.

Men plattvärmeväxlare för varmvattenförsörjning och uppvärmning skiljer sig positivt från ett antal andra. Dessa är genomströmningsvärmare. Installationer är en serie plattor, mellan vilka två kanaler bildas: varma och kalla. De är åtskilda av en stål- och gummipackning, så blandning av media elimineras.

Plattorna är monterade i ett block. Denna faktor bestämmer enhetens funktionalitet. Plattorna är identiska i storlek, men ligger i en sväng på 180 grader, vilket är anledningen till att det bildas håligheter genom vilka vätskor transporteras. Så här bildas växlingen av kalla och heta kanaler och en värmeväxlingsprocess bildas.

Återcirkulation i denna typ av utrustning är intensiv. Förhållandena under vilka värmeväxlaren för varmvattenförsörjningssystem kommer att användas beror på packningens material, antalet plattor, deras storlek och typ. Installationer som förbereder varmvatten är utrustade med två kretsar: en för varmvatten och en för rymdvärme. Plattmaskiner är säkra, produktiva och används inom följande områden:

• beredning av en värmebärare i varmvattenförsörjnings-, ventilations- och värmesystem;
• kylning av livsmedelsprodukter och industriella oljor;
• varmvattenförsörjning för duschar på företag;
• för beredning av värmebäraren i golvvärmesystem;
• för beredning av en värmebärare inom livsmedels-, kemisk och farmaceutisk industri;
• uppvärmning av poolvatten och andra värmeväxlingsprocesser.

Forskningsberäkningar

Forskningsberäkningar av TOA utförs på grundval av de erhållna resultaten av termiska och verifieringsberäkningar. Som regel är de nödvändiga för att göra de senaste ändringarna av den projicerade apparaten. De utförs också för att korrigera alla ekvationer som anges i den implementerade beräkningsmodellen TOA, erhållna empiriskt (enligt experimentella data). Att utföra forskningsberäkningar involverar tiotals och ibland hundratals beräkningar enligt en speciell plan som utvecklats och implementerats i produktionen enligt den matematiska teorin om experimentplanering. Enligt resultaten avslöjas påverkan av olika förhållanden och fysiska kvantiteter på TOA: s prestationsindikatorer.

Andra beräkningar

Glöm inte materialets motstånd när du beräknar värmeväxlarens yta. TOA-hållfasthetsberäkningarna inkluderar kontroll av den konstruerade enheten med avseende på spänning, vridning, för att tillämpa maximalt tillåtna driftmoment på delar och enheter i den framtida värmeväxlaren. Med minimala dimensioner måste produkten vara hållbar, stabil och garantera säker drift under olika, även de mest stressande driftsförhållandena.

Dynamisk beräkning utförs för att bestämma de olika egenskaperna hos värmeväxlaren vid olika driftsätt.

Tube-in-tube värmeväxlare

Låt oss överväga den enklaste beräkningen av en rör-i-rör-värmeväxlare. Strukturellt är denna typ av TOA förenklad så mycket som möjligt. Som regel släpps ett hett kylvätska in i apparatens inre rör för att minimera förluster och ett kylvätska matas in i höljet eller in i det yttre röret. I detta fall är ingenjörens uppgift reducerad till att bestämma längden på en sådan värmeväxlare baserat på den beräknade ytan på värmeväxlarytan och angivna diametrar.

Det bör tilläggas här att konceptet med en idealisk värmeväxlare introduceras i termodynamik, det vill säga en apparat med oändlig längd, där kylvätskorna arbetar i ett motflöde och temperaturskillnaden utlöses helt mellan dem. Rör-i-rör-designen kommer närmast att uppfylla dessa krav. Och om du kör kylvätskorna i ett motflöde kommer det att vara det så kallade "riktiga motflödet" (och inte tvärflöde, som i plattan TOA). Temperaturhuvudet utlöses mest effektivt med en sådan rörelseorganisation. Men när man beräknar en rör-i-rör-värmeväxlare bör man vara realistisk och inte glömma bort logistikkomponenten, liksom installationens lätthet. Eurotruckens längd är 13,5 meter, och inte alla tekniska rum är anpassade för att glida och installera utrustning av denna längd.

Hur man beräknar värmeväxlaren

Det är absolut nödvändigt att beräkna spolvärmeväxlaren, annars kanske dess termiska effekt inte räcker för att värma upp rummet. Värmesystemet är konstruerat för att kompensera för värmeförlust. Följaktligen kan vi bara ta reda på den exakta mängden erforderlig värmeenergi baserat på byggnadens värmeförlust. Det är ganska svårt att göra en beräkning, därför tar de i genomsnitt 100 W per 1 kvadratmeter med en takhöjd på 2,7 m.

Det måste finnas ett gap mellan svängarna.

Följande värden krävs också för beräkningen:

• Pi;
• rörets diameter som finns (ta 10 mm);
• lambdas värmeledningsförmåga av metall (för koppar 401 W / m * K);
• tillförsel- och returtemperaturen på kylvätskan (20 grader).

För att bestämma rörets längd måste du dela den totala termiska effekten i W efter produkten av ovanstående faktorer.Låt oss överväga att använda exemplet på en kopparvärmeväxlare med en erforderlig termisk effekt på 3 kW - det här är 3000 W.

3000 / 3.14 (Pi) * 401 (värmeledningsförmåga lambda) * 20 (temperatur delta) * 0.01 (rördiameter i meter)

Från denna beräkning visar det sig att du behöver 11,91 m kopparrör med en diameter på 10 mm för att värmen från spolen ska vara 3 kW.

Skal och rörvärmeväxlare

Därför flyter beräkningen av en sådan apparat mycket ofta smidigt till beräkningen av en skal-och-rörvärmeväxlare. Detta är en apparat i vilken ett rörpaket är placerat i ett enda hölje (hölje), tvättat av olika kylvätskor, beroende på syftet med utrustningen. I kondensorer, till exempel, körs köldmediet in i manteln och vattnet in i rören. Med denna metod för att flytta mediet är det bekvämare och effektivare att styra apparatens funktion. I förångare kokar tvärtom köldmediet i rören och samtidigt tvättas de av den kylda vätskan (vatten, saltlösning, glykoler etc.). Därför reduceras beräkningen av en skal-och-rörvärmeväxlare för att minimera storleken på utrustningen. När han leker med höljets diameter, diametern och antalet inre rör och apparatens längd når ingenjören det beräknade värdet av ytan på värmeväxlarytan.

Luftvärmeväxlare

En av de vanligaste värmeväxlarna idag är de rörformiga värmeväxlarna. De kallas också spolar. Varhelst de inte är installerade, med början från fläktspoleenheter (från engelska fläkt + spole, dvs "fläkt" + "spole") i de inre blocken i delade system och slutar med jätte rökgasåtervinnare (värmeutvinning från varm rökgas och överför den för värmebehov) i pannanläggningar vid kraftvärme. Därför beror utformningen av en spolvärmeväxlare på applikationen där värmeväxlaren kommer att gå i drift. Industriella luftkylare (VOP), installerade i kylda kylkamrar, i frysar med låga temperaturer och vid andra föremål för livsmedelskylning, kräver vissa designfunktioner för att de ska kunna fungera. Avståndet mellan lamellerna (fenorna) bör vara så stort som möjligt för att öka den kontinuerliga driftstiden mellan avfrostningscykler. Tvärtom är förångare för datacenter (databehandlingscentraler) så kompakta som möjligt och spänner avståndet till ett minimum. Sådana värmeväxlare arbetar i "rena zoner" omgivna av fina filter (upp till HEPA-klassen), därför utförs en sådan beräkning av den rörformiga värmeväxlaren med betoning på att minimera storleken.

Typer av värmeväxlare

En handdukstork är också en spolvärmeväxlare.

Du kan skapa en spole med egna händer av olika mönster och av flera typer av metall (stål, koppar, aluminium, gjutjärn). Produkter i aluminium och gjutjärn är stämplade i fabriker, eftersom de förutsättningar som krävs för att arbeta med dessa metaller endast kan uppnås under produktionsförhållanden. Utan detta är det möjligt att bara arbeta med stål eller koppar. Det är bäst att använda koppar eftersom det är smidigt och har hög värmeledningsförmåga. Det finns två system för att skapa en spole:

• skruva;
• parallell.

Det spiralformade schemat innebär att spiralvarvningarna ligger längs en spiralformad linje. Kylvätskan i sådana värmeväxlare rör sig i en riktning. För att öka värmeeffekten kan vid behov flera spiraler kombineras enligt principen "rör i rör".

För att minimera värmeförlusten så mycket som möjligt måste du välja vilken typ av isolering som är bäst för att isolera huset från utsidan. Det beror också på väggarnas material.

Det är nödvändigt att välja isolering för ett trähus baserat på värmeisoleringens ånggenomsläpplighet.

I en parallell krets ändrar kylvätskan ständigt sin rörelseriktning. En sådan värmeväxlare är gjord av raka rör förbundna med en 180 graders armbåge.I vissa fall, till exempel för tillverkning av ett värmeregister, kan svängbara knän inte användas. Istället för dem installeras en direkt förbikoppling som kan placeras både i ena och i båda ändar av röret.

Värmeöverföringsmetoder

Principen för en spolvärmeväxlare är att värma ett ämne på bekostnad av värme från ett annat. Således kan vattnet i värmeväxlaren värmas upp med öppen eld. I det här fallet fungerar det som en kylfläns. Men även själva spolen kan fungera som värmekälla. Till exempel när ett kylvätska strömmar genom rören, värms upp i en panna eller med hjälp av ett inbyggt elvärmeelement och dess värme överförs till vatten från värmesystemet. I grund och botten är det yttersta syftet med värmeöverföring att värma inomhusluften.

Plattvärmeväxlare

För närvarande är plattvärmeväxlare i stabil efterfrågan. Enligt sin design är de helt hopfällbara och halvsvetsade, kopparlödda och nickellödda, svetsade och lödda med diffusionsmetoden (utan lödning). Den termiska utformningen av en plattvärmeväxlare är tillräckligt flexibel och inte särskilt svår för en ingenjör. I urvalsprocessen kan du spela med typen av plattor, stansdjupet på kanalerna, typen av ribbning, ståltjockleken, olika material och viktigast av allt - många standardstorleksmodeller av enheter med olika dimensioner. Sådana värmeväxlare är låga och breda (för ånguppvärmning av vatten) eller höga och smala (separerande värmeväxlare för luftkonditioneringssystem). De används ofta för fasändringsmedier, det vill säga som kondensorer, förångare, avvärmare, förkondensorer etc. Det är lite svårare att utföra termisk beräkning av en värmeväxlare som arbetar enligt ett tvåfasschema än en vätska - till flytande värmeväxlare, men för en erfaren ingenjör är denna uppgift lösbar och inte särskilt svår. För att underlätta sådana beräkningar använder moderna designers tekniska datorbaser, där du kan hitta mycket nödvändig information, inklusive diagram över tillståndet för alla köldmedier i varje skanning, till exempel programmet CoolPack.