Ο υπολογισμός του εναλλάκτη θερμότητας δεν διαρκεί επί του παρόντος περισσότερο από πέντε λεπτά. Κάθε οργανισμός που κατασκευάζει και πουλά τέτοιο εξοπλισμό, κατά κανόνα, παρέχει σε όλους το δικό τους πρόγραμμα επιλογής. Μπορείτε να το κατεβάσετε δωρεάν από την ιστοσελίδα της εταιρείας ή ο τεχνικός τους θα έρθει στο γραφείο σας και θα το εγκαταστήσει δωρεάν. Ωστόσο, πόσο σωστό είναι το αποτέλεσμα τέτοιων υπολογισμών, μπορεί να το εμπιστευτεί κανείς και δεν είναι πονηρός ο κατασκευαστής όταν τσακώνεται σε διαγωνισμό με τους ανταγωνιστές του; Ο έλεγχος μιας ηλεκτρονικής αριθμομηχανής απαιτεί γνώση ή τουλάχιστον κατανόηση της μεθοδολογίας υπολογισμού σύγχρονων εναλλάκτη θερμότητας. Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τις λεπτομέρειες.
Τι είναι ο εναλλάκτης θερμότητας
Πριν εκτελέσουμε τον υπολογισμό του εναλλάκτη θερμότητας, ας θυμηθούμε τι είδους συσκευή είναι αυτή; Μια συσκευή μεταφοράς θερμότητας και μάζας (γνωστός και ως εναλλάκτης θερμότητας, γνωστός και ως εναλλάκτης θερμότητας ή TOA) είναιμια συσκευή για τη μεταφορά θερμότητας από το ένα ψυκτικό σε ένα άλλο. Κατά τη διαδικασία αλλαγής των θερμοκρασιών των φορέων θερμότητας, αλλάζουν και οι πυκνότητες τους και, κατά συνέπεια, οι δείκτες μάζας των ουσιών. Γι' αυτό τέτοιες διαδικασίες ονομάζονται μεταφορά θερμότητας και μάζας.
Τύποι μεταφοράς θερμότητας
Τώρα ας μιλήσουμε για τους τύπους μεταφοράς θερμότητας - υπάρχουν μόνο τρεις από αυτούς. Ακτινοβολία - μεταφορά θερμότητας λόγω ακτινοβολίας. Για παράδειγμα, σκεφτείτε την ηλιοθεραπεία στην παραλία μια ζεστή καλοκαιρινή μέρα. Και τέτοιοι εναλλάκτες θερμότητας μπορούν να βρεθούν ακόμη και στην αγορά (σωληνοειδείς θερμοσίφωνες). Ωστόσο, τις περισσότερες φορές για τη θέρμανση οικιστικών χώρων, δωματίων σε διαμέρισμα, αγοράζουμε πετρέλαιο ή ηλεκτρικά καλοριφέρ. Αυτό είναι ένα παράδειγμα άλλου τύπου μεταφοράς θερμότητας - συναγωγής. Η μεταφορά μπορεί να είναι φυσική, εξαναγκασμένη (κουκούλα και υπάρχει εναλλάκτης θερμότητας στο κουτί) ή μηχανικά (με ανεμιστήρα, για παράδειγμα). Ο τελευταίος τύπος είναι πολύ πιο αποτελεσματικός.
Ωστόσο, ο πιο αποτελεσματικός τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι η αγωγιμότητα, ή, όπως λέγεται επίσης, αγωγιμότητα (από τα αγγλικά. conduction - "conduction"). Κάθε μηχανικός που πρόκειται να πραγματοποιήσει έναν θερμικό υπολογισμό ενός εναλλάκτη θερμότητας, πρώτα απ 'όλα, σκέφτεται πώς να επιλέξει αποτελεσματικό εξοπλισμό σε ελάχιστες διαστάσεις. Και αυτό είναι δυνατό να επιτευχθεί ακριβώς λόγω της θερμικής αγωγιμότητας. Ένα παράδειγμα αυτού είναι το πιο αποτελεσματικό TOA σήμερα - πλάκες εναλλάκτες θερμότητας. Ένας πλακοειδής εναλλάκτης θερμότητας, σύμφωνα με τον ορισμό, είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας που μεταφέρει θερμότητα από το ένα ψυκτικό μέσο στο άλλο μέσω ενός τοίχου που τα χωρίζει. Το μέγιστοη πιθανή περιοχή επαφής μεταξύ των δύο μέσων, μαζί με σωστά επιλεγμένα υλικά, το προφίλ πλάκας και το πάχος, επιτρέπει την ελαχιστοποίηση του μεγέθους του επιλεγμένου εξοπλισμού διατηρώντας τα αρχικά τεχνικά χαρακτηριστικά που απαιτούνται στην τεχνολογική διαδικασία.
Τύποι εναλλάκτη θερμότητας
Πριν τον υπολογισμό του εναλλάκτη θερμότητας, προσδιορίζεται με τον τύπο του. Όλα τα TOA μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες: εναλλάκτες θερμότητας ανάκτησης και αναγέννησης. Η κύρια διαφορά μεταξύ τους είναι η εξής: στα αναγεννητικά TOA, η ανταλλαγή θερμότητας πραγματοποιείται μέσω ενός τοιχώματος που χωρίζει δύο ψυκτικά, ενώ στα αναγεννητικά, δύο μέσα έχουν άμεση επαφή μεταξύ τους, συχνά αναμειγνύονται και απαιτούν επακόλουθο διαχωρισμό σε ειδικούς διαχωριστές. Οι αναγεννητικοί εναλλάκτες θερμότητας χωρίζονται σε εναλλάκτες ανάμειξης και σε εναλλάκτες θερμότητας με συσκευασία (στάσιμοι, πέφτουν ή ενδιάμεσοι). Σε γενικές γραμμές, ένας κουβάς με ζεστό νερό, εκτεθειμένος στον παγετό, ή ένα ποτήρι ζεστό τσάι, ρυθμισμένο να κρυώσει στο ψυγείο (ποτέ μην το κάνετε αυτό!) - αυτό είναι ένα παράδειγμα τέτοιας ανάμειξης TOA. Και ρίχνοντας το τσάι σε ένα πιατάκι και ψύχοντάς το με αυτόν τον τρόπο, παίρνουμε ένα παράδειγμα αναγεννητικού εναλλάκτη θερμότητας με ακροφύσιο (το πιατάκι σε αυτό το παράδειγμα παίζει το ρόλο ενός ακροφυσίου), το οποίο πρώτα έρχεται σε επαφή με τον περιβάλλοντα αέρα και παίρνει τη θερμοκρασία του, και στη συνέχεια αφαιρεί μέρος της θερμότητας από το ζεστό τσάι που χύνεται σε αυτό, επιδιώκοντας να φέρει και τα δύο μέσα σε θερμική ισορροπία. Ωστόσο, όπως έχουμε ήδη ανακαλύψει νωρίτερα, είναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιείται η θερμική αγωγιμότητα για τη μεταφορά θερμότητας από το ένα μέσο στο άλλο, επομένωςΤα πιο χρήσιμα (και ευρέως χρησιμοποιούμενα) TOA σήμερα είναι, φυσικά, αναγεννητικά.
Θερμικός και δομικός σχεδιασμός
Οποιοσδήποτε υπολογισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας ανάκτησης μπορεί να πραγματοποιηθεί με βάση τα αποτελέσματα των υπολογισμών θερμικής, υδραυλικής και αντοχής. Είναι θεμελιώδεις, υποχρεωτικοί στο σχεδιασμό νέου εξοπλισμού και αποτελούν τη βάση της μεθοδολογίας για τον υπολογισμό των επόμενων μοντέλων μιας σειράς παρόμοιων συσκευών. Το κύριο καθήκον του θερμικού υπολογισμού του TOA είναι να προσδιορίσει την απαιτούμενη περιοχή της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας για τη σταθερή λειτουργία του εναλλάκτη θερμότητας και τη διατήρηση των απαιτούμενων παραμέτρων του μέσου στην έξοδο. Πολύ συχνά, σε τέτοιους υπολογισμούς, δίνονται στους μηχανικούς αυθαίρετες τιμές των χαρακτηριστικών βάρους και μεγέθους του μελλοντικού εξοπλισμού (υλικό, διάμετρος σωλήνα, διαστάσεις πλάκας, γεωμετρία δέσμης, τύπος και υλικό πτερυγίων κ.λπ.), επομένως, μετά την θερμικός υπολογισμός, συνήθως πραγματοποιούν εποικοδομητικό υπολογισμό του εναλλάκτη θερμότητας. Εξάλλου, εάν στο πρώτο στάδιο ο μηχανικός υπολόγισε την απαιτούμενη επιφάνεια για μια δεδομένη διάμετρο σωλήνα, για παράδειγμα, 60 mm, και το μήκος του εναλλάκτη θερμότητας ήταν περίπου εξήντα μέτρα, τότε θα ήταν πιο λογικό να υποθέσουμε μια μετάβαση σε εναλλάκτη θερμότητας πολλαπλών διελεύσεων ή σε τύπο κελύφους και σωλήνα ή για αύξηση της διαμέτρου των σωλήνων.
Υδραυλικός υπολογισμός
Υδραυλικοί ή υδρομηχανικοί, καθώς και αεροδυναμικοί υπολογισμοί πραγματοποιούνται για τον προσδιορισμό και τη βελτιστοποίηση του υδραυλικού(αεροδυναμικές) απώλειες πίεσης στον εναλλάκτη θερμότητας, καθώς και υπολογισμός του ενεργειακού κόστους για την αντιμετώπισή τους. Ο υπολογισμός οποιασδήποτε διαδρομής, καναλιού ή σωλήνα για τη διέλευση του ψυκτικού μέσου αποτελεί πρωταρχικό καθήκον για ένα άτομο - να εντείνει τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας σε αυτόν τον τομέα. Δηλαδή, το ένα μέσο πρέπει να μεταφέρει, και το άλλο να δέχεται όσο το δυνατόν περισσότερη θερμότητα στην ελάχιστη περίοδο ροής του. Για αυτό, χρησιμοποιείται συχνά μια πρόσθετη επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας, με τη μορφή μιας ανεπτυγμένης επιφανειακής νευρώσεων (για να διαχωριστεί η οριακή στρωτή υποστιβάδα και να ενισχυθεί ο στροβιλισμός ροής). Ο βέλτιστος λόγος ισορροπίας των υδραυλικών απωλειών, της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας, των χαρακτηριστικών βάρους και μεγέθους και της αφαιρεθείσας θερμικής ισχύος είναι το αποτέλεσμα ενός συνδυασμού θερμικών, υδραυλικών και δομικών υπολογισμών του TOA.
Έλεγχος υπολογισμού
Ο υπολογισμός επαλήθευσης του εναλλάκτη θερμότητας πραγματοποιείται στην περίπτωση που είναι απαραίτητο να τεθεί ένα περιθώριο ως προς την ισχύ ή ως προς την περιοχή της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας. Η επιφάνεια δεσμεύεται για διάφορους λόγους και σε διαφορετικές καταστάσεις: εάν απαιτείται από τους όρους αναφοράς, εάν ο κατασκευαστής αποφασίσει να κάνει ένα επιπλέον περιθώριο για να είναι σίγουρος ότι ένας τέτοιος εναλλάκτης θερμότητας θα φτάσει στο καθεστώς και θα ελαχιστοποιήσει τα σφάλματα τους υπολογισμούς. Σε ορισμένες περιπτώσεις απαιτείται πλεονασμός για να στρογγυλοποιηθούν τα αποτελέσματα των κατασκευαστικών διαστάσεων, ενώ σε άλλες (εξατμιστήρες, εξοικονομητές) εισάγεται ειδικά ένα επιφανειακό περιθώριο στον υπολογισμό της ισχύος του εναλλάκτη θερμότητας, για μόλυνση από λάδι συμπιεστή που υπάρχει στο κύκλωμα ψύξης. Και κακή ποιότητα νερούπρέπει να ληφθούν υπόψη. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα αδιάλειπτης λειτουργίας των εναλλακτών θερμότητας, ειδικά σε υψηλές θερμοκρασίες, τα άλατα κατακάθονται στην επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας της συσκευής, μειώνοντας τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και οδηγώντας αναπόφευκτα σε παρασιτική μείωση της απομάκρυνσης θερμότητας. Επομένως, ένας ικανός μηχανικός, κατά τον υπολογισμό ενός εναλλάκτη θερμότητας από νερό σε νερό, δίνει ιδιαίτερη προσοχή στον πρόσθετο πλεονασμό της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας. Πραγματοποιείται επίσης ένας υπολογισμός επαλήθευσης για να δούμε πώς θα λειτουργεί ο επιλεγμένος εξοπλισμός σε άλλες, δευτερεύουσες λειτουργίες. Για παράδειγμα, στα κεντρικά κλιματιστικά (μονάδες τροφοδοσίας), ο πρώτος και ο δεύτερος θερμαντήρας, που χρησιμοποιούνται την κρύα εποχή, χρησιμοποιούνται συχνά το καλοκαίρι για την ψύξη του εισερχόμενου αέρα, παρέχοντας κρύο νερό στους σωλήνες του εναλλάκτη αέρα. Πώς θα λειτουργήσουν και ποιες παράμετροι θα αποδώσουν, σας επιτρέπει να αξιολογήσετε τον υπολογισμό επαλήθευσης.
Εξερευνητικούς υπολογισμούς
Οι ερευνητικοί υπολογισμοί του TOA πραγματοποιούνται με βάση τα ληφθέντα αποτελέσματα θερμικών και επαληθευτικών υπολογισμών. Είναι απαραίτητα, κατά κανόνα, για να γίνουν οι τελευταίες τροποποιήσεις στο σχεδιασμό της σχεδιασμένης συσκευής. Πραγματοποιούνται επίσης για τη διόρθωση τυχόν εξισώσεων που ενσωματώνονται στο εφαρμοσμένο υπολογιστικό μοντέλο του TOA, που προκύπτει εμπειρικά (σύμφωνα με πειραματικά δεδομένα). Η εκτέλεση ερευνητικών υπολογισμών περιλαμβάνει δεκάδες και μερικές φορές εκατοντάδες υπολογισμούς σύμφωνα με ένα ειδικό σχέδιο που έχει αναπτυχθεί και εφαρμόζεται στην παραγωγή σύμφωνα μεμαθηματική θεωρία πειραμάτων προγραμματισμού. Με βάση τα αποτελέσματα, αποκαλύπτεται η επίδραση διαφόρων συνθηκών και φυσικών μεγεθών στους δείκτες απόδοσης TOA.
Άλλοι υπολογισμοί
Κατά τον υπολογισμό της περιοχής του εναλλάκτη θερμότητας, μην ξεχνάτε την αντίσταση των υλικών. Οι υπολογισμοί αντοχής TOA περιλαμβάνουν έλεγχο της σχεδιασμένης μονάδας για καταπόνηση, για στρέψη, για εφαρμογή των μέγιστων επιτρεπόμενων ροπών εργασίας στα μέρη και τα συγκροτήματα του μελλοντικού εναλλάκτη θερμότητας. Με ελάχιστες διαστάσεις, το προϊόν πρέπει να είναι ισχυρό, σταθερό και να εγγυάται την ασφαλή λειτουργία σε διάφορες, ακόμη και τις πιο απαιτητικές συνθήκες λειτουργίας.
Ο δυναμικός υπολογισμός πραγματοποιείται για να προσδιοριστούν τα διάφορα χαρακτηριστικά του εναλλάκτη θερμότητας σε μεταβλητούς τρόπους λειτουργίας.
Τύποι σχεδίασης εναλλάκτη θερμότητας
Το Recuperative TOA βάσει σχεδίου μπορεί να χωριστεί σε αρκετά μεγάλο αριθμό ομάδων. Οι πιο διάσημοι και ευρέως χρησιμοποιούμενοι είναι οι εναλλάκτες θερμότητας πλάκας, ο αέρας (σωληνοειδές πτερύγιο), οι εναλλάκτες θερμότητας με κέλυφος και σωλήνας, σωλήνας σε σωλήνα, κέλυφος και πλάκα και άλλοι. Υπάρχουν επίσης πιο εξωτικοί και εξαιρετικά εξειδικευμένοι τύποι, όπως σπειροειδής (εναλλάκτης θερμότητας πηνίου) ή αποξεσμένος τύπος, που λειτουργούν με παχύρρευστα ή μη νευτώνεια ρευστά, καθώς και με πολλούς άλλους τύπους.
Εναλλάκτες θερμότητας Pipe-in-pipe
Ας εξετάσουμε τον απλούστερο υπολογισμό του εναλλάκτη θερμότητας "pipe in pipe". Δομικά, αυτός ο τύπος TOA απλοποιείται στο μέγιστο. Κατά κανόνα, εισχωρούν στον εσωτερικό σωλήνα της συσκευήςζεστό ψυκτικό, για να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες, και ένα ψυκτικό υγρό εκτοξεύεται στο περίβλημα ή στον εξωτερικό σωλήνα. Το καθήκον του μηχανικού σε αυτή την περίπτωση περιορίζεται στον προσδιορισμό του μήκους ενός τέτοιου εναλλάκτη θερμότητας με βάση την υπολογισμένη επιφάνεια της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας και τις δεδομένες διαμέτρους.
Εδώ αξίζει να προσθέσουμε ότι στη θερμοδυναμική εισάγεται η έννοια του ιδανικού εναλλάκτη θερμότητας, δηλαδή μιας συσκευής απεριόριστου μήκους, όπου οι φορείς θερμότητας λειτουργούν σε αντίθετο ρεύμα και η διαφορά θερμοκρασίας υπολογίζεται πλήρως μεταξύ τους. Ο σχεδιασμός σωλήνα σε σωλήνα είναι πιο κοντά στην ικανοποίηση αυτών των απαιτήσεων. Και αν τρέχετε τα ψυκτικά σε αντίθετο ρεύμα, τότε θα είναι η λεγόμενη "πραγματική αντίθετη ροή" (και όχι σταυρωτή, όπως στα TOA πλάκας). Η κεφαλή θερμοκρασίας επεξεργάζεται πιο αποτελεσματικά με μια τέτοια οργάνωση κίνησης. Ωστόσο, κατά τον υπολογισμό του εναλλάκτη θερμότητας "pipe in pipe", πρέπει να είστε ρεαλιστές και να μην ξεχνάτε το στοιχείο logistics, καθώς και την ευκολία εγκατάστασης. Το μήκος του eurotruck είναι 13,5 μέτρα και δεν είναι όλοι οι τεχνικοί χώροι προσαρμοσμένοι για την ολίσθηση και την εγκατάσταση εξοπλισμού αυτού του μήκους.
Εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων
Επομένως, πολύ συχνά ο υπολογισμός μιας τέτοιας συσκευής ρέει ομαλά στον υπολογισμό ενός εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα. Πρόκειται για μια συσκευή στην οποία μια δέσμη σωλήνων βρίσκεται σε ένα ενιαίο περίβλημα (περίβλημα), που πλένεται από διάφορα ψυκτικά μέσα, ανάλογα με το σκοπό του εξοπλισμού. Στους συμπυκνωτές, για παράδειγμα, το ψυκτικό διοχετεύεται στο κέλυφος και το νερό διοχετεύεται στους σωλήνες. Με αυτήν τη μέθοδο κίνησης μέσων, είναι πιο βολικό και πιο αποτελεσματικό στον έλεγχολειτουργία της συσκευής. Στους εξατμιστές, αντίθετα, το ψυκτικό βράζει στους σωλήνες, ενώ πλένονται από το ψυχρό υγρό (νερό, άλμη, γλυκόλες κ.λπ.). Επομένως, ο υπολογισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα μειώνεται στην ελαχιστοποίηση των διαστάσεων του εξοπλισμού. Παίζοντας με τη διάμετρο του κελύφους, τη διάμετρο και τον αριθμό των εσωτερικών σωλήνων και το μήκος της συσκευής, ο μηχανικός φτάνει στην υπολογισμένη τιμή της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας.
Εναλλάκτες θερμότητας αέρα
Ένας από τους πιο συνηθισμένους εναλλάκτες θερμότητας σήμερα είναι οι σωληνοειδείς εναλλάκτες θερμότητας με πτερύγια. Λέγονται και φίδια. Όπου όχι μόνο εγκαθίστανται, ξεκινώντας από μονάδες fan coil (από το αγγλικό fan + coil, δηλ. "fan" + "coil") στις εσωτερικές μονάδες των split συστημάτων και τελειώνοντας με γιγαντιαίους ανακτητές καυσαερίων (εξαγωγή θερμότητας από θερμά καυσαέρια και μεταφορά για τις ανάγκες θέρμανσης) σε λεβητοστάσια στη ΣΗΘ. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο υπολογισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας πηνίου εξαρτάται από την εφαρμογή όπου θα τεθεί σε λειτουργία αυτός ο εναλλάκτης θερμότητας. Οι βιομηχανικοί ψύκτες αέρα (HOP) που είναι εγκατεστημένοι σε θαλάμους κατάψυξης κρέατος, σε καταψύκτες χαμηλής θερμοκρασίας και σε άλλες εγκαταστάσεις ψύξης τροφίμων απαιτούν ορισμένα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά στο σχεδιασμό τους. Η απόσταση μεταξύ των ελασμάτων (πτερυγίων) πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη, ώστε να αυξάνεται ο χρόνος συνεχούς λειτουργίας μεταξύ των κύκλων απόψυξης. Οι εξατμιστές για κέντρα δεδομένων (κέντρα επεξεργασίας δεδομένων), αντίθετα, κατασκευάζονται όσο το δυνατόν πιο συμπαγείς με τη σύσφιξη του ενδιάμεσου φύλλουελάχιστη απόσταση. Τέτοιοι εναλλάκτες θερμότητας λειτουργούν σε «καθαρές ζώνες», που περιβάλλονται από λεπτά φίλτρα (μέχρι κατηγορίας HEPA), επομένως, ένας τέτοιος υπολογισμός ενός σωληνωτού εναλλάκτη θερμότητας πραγματοποιείται με έμφαση στην ελαχιστοποίηση των διαστάσεων.
Εναλλάκτες θερμότητας πλάκας
Επί του παρόντος, οι εναλλάκτες θερμότητας με πλάκες έχουν σταθερή ζήτηση. Σύμφωνα με το σχεδιασμό τους, είναι πλήρως πτυσσόμενα και ημι-συγκολλημένα, συγκολλημένα με χαλκό και νικέλιο, συγκολλημένα και συγκολλημένα με διάχυση (χωρίς συγκόλληση). Ο θερμικός υπολογισμός ενός πλακιδίου εναλλάκτη θερμότητας είναι αρκετά ευέλικτος και δεν παρουσιάζει ιδιαίτερη δυσκολία για έναν μηχανικό. Στη διαδικασία επιλογής, μπορείτε να παίξετε με τον τύπο των πλακών, το βάθος των καναλιών σφυρηλάτησης, τον τύπο των πτερυγίων, το πάχος του χάλυβα, τα διάφορα υλικά και το πιο σημαντικό, πολλά μοντέλα κανονικού μεγέθους συσκευών διαφορετικών μεγεθών. Τέτοιοι εναλλάκτες θερμότητας είναι χαμηλοί και φαρδιοί (για θέρμανση νερού με ατμό) ή ψηλοί και στενοί (διαχωριστές εναλλάκτες θερμότητας για συστήματα κλιματισμού). Χρησιμοποιούνται επίσης συχνά για μέσα αλλαγής φάσης, δηλαδή ως συμπυκνωτές, εξατμιστές, απουπερθερμαντήρες, προσυμπυκνωτές, κ.λπ. αυτό το έργο είναι επιλύσιμο και δεν παρουσιάζει ιδιαίτερη δυσκολία. Για τη διευκόλυνση τέτοιων υπολογισμών, οι σύγχρονοι σχεδιαστές χρησιμοποιούν βάσεις δεδομένων μηχανικών υπολογιστών, όπου μπορείτε να βρείτε πολλές απαραίτητες πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένων διαγραμμάτων κατάστασης οποιουδήποτε ψυκτικού μέσου σε οποιαδήποτε σάρωση, για παράδειγμα, ένα πρόγραμμαCoolPack.
Παράδειγμα υπολογισμού εναλλάκτη θερμότητας
Ο κύριος σκοπός του υπολογισμού είναι να υπολογιστεί η απαιτούμενη περιοχή της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας. Η θερμική (ψυκτική) ισχύς προσδιορίζεται συνήθως στους όρους αναφοράς, ωστόσο, στο παράδειγμά μας, θα την υπολογίσουμε, ας πούμε, για να ελέγξουμε τους ίδιους τους όρους αναφοράς. Μερικές φορές συμβαίνει επίσης ότι ένα σφάλμα μπορεί να εισχωρήσει στα δεδομένα προέλευσης. Ένα από τα καθήκοντα ενός ικανού μηχανικού είναι να βρει και να διορθώσει αυτό το σφάλμα. Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε έναν πλακοειδή εναλλάκτη θερμότητας τύπου "υγρό-υγρό". Αφήστε αυτό να είναι διακόπτης πίεσης σε ένα ψηλό κτίριο. Για την εκφόρτωση του εξοπλισμού με πίεση, αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται πολύ συχνά στην κατασκευή ουρανοξυστών. Στη μία πλευρά του εναλλάκτη θερμότητας, έχουμε νερό με θερμοκρασία εισόδου Tin1=14 ᵒС και θερμοκρασία εξόδου Тout1=9 ᵒС, και με ταχύτητα ροής G1=14.500 kg / h, και από την άλλη - επίσης νερό, αλλά μόνο με τις ακόλουθες παραμέτρους: Тin2=8 ᵒС, Тout2=12 ᵒС, G2=18 125 kg/h.
Υπολογίζουμε την απαιτούμενη ισχύ (Q0) χρησιμοποιώντας τον τύπο του ισοζυγίου θερμότητας (δείτε το παραπάνω σχήμα, τύπος 7.1), όπου Ср είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα (τιμή πίνακα). Για απλότητα των υπολογισμών, λαμβάνουμε τη μειωμένη τιμή της θερμοχωρητικότητας Срв=4,187 [kJ/kgᵒС]. Μετρώντας:
Q1=14.500(14 - 9)4, 187=303557. 5 [kJ/h]=84321, 53 W=84. 3 kW - στην πρώτη πλευρά και
Q2=18 125(12 - 8)4, 187=303557. 5 [kJ/h]=84321, 53 W=84. 3 kW - στη δεύτερη πλευρά.
Σημειώστε ότι, σύμφωνα με τον τύπο (7.1), Q0=Q1=Q2, ανεξάρτητα απόαπό ποια πλευρά έγινε ο υπολογισμός.
Περαιτέρω, χρησιμοποιώντας την κύρια εξίσωση μεταφοράς θερμότητας (7.2), βρίσκουμε την απαιτούμενη επιφάνεια (7.2.1), όπου k είναι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας (λαμβανόμενος ίσος με 6350 [W/m 2]), και ΔТav.log. - μέση λογαριθμική διαφορά θερμοκρασίας, υπολογισμένη σύμφωνα με τον τύπο (7.3):
ΔT μέσος όρος καταγραφής.=(2 - 1) / ln (2 / 1)=1 / ln2=1 / 0, 6931=1, 4428;
F τότε=84321 / 63501, 4428=9,2 m2.
Όταν ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι άγνωστος, ο υπολογισμός του εναλλάκτη θερμότητας πλάκας είναι λίγο πιο περίπλοκος. Σύμφωνα με τον τύπο (7.4), υπολογίζουμε το κριτήριο Reynolds, όπου ρ είναι η πυκνότητα, [kg/m3], η είναι το δυναμικό ιξώδες, [Ns/m 2], v είναι η ταχύτητα του μέσου στο κανάλι, [m/s], d cm είναι η διαβρεγμένη διάμετρος του καναλιού [m].
Σύμφωνα με τον πίνακα, αναζητούμε την τιμή του κριτηρίου Prandtl [Pr] που χρειαζόμαστε και, χρησιμοποιώντας τον τύπο (7.5), λαμβάνουμε το κριτήριο Nusselt, όπου n=0,4 - σε συνθήκες υγρής θέρμανσης, και n=0,3 - υπό συνθήκες υγρής ψύξης.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τον τύπο (7.6), υπολογίζουμε τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας από κάθε ψυκτικό στον τοίχο και χρησιμοποιώντας τον τύπο (7.7), υπολογίζουμε τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, τον οποίο αντικαθιστούμε στον τύπο (7.2.1) για να υπολογίσετε το εμβαδόν της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας.
Στους υποδεικνυόμενους τύπους, λ είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, ϭ είναι το πάχος του τοιχώματος του καναλιού, α1 και α2 είναι οι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας από κάθε έναν από τους φορείς θερμότητας στον τοίχο.
