Разлік цеплаабменніка: прыклад. Разлік плошчы, магутнасці цеплаабменніка

Разлік цеплаабменніка ў цяперашні час займае не больш за пяць хвілін. Любая арганізацыя, якая вырабляе і прадае такое абсталяванне, як правіла, прадастаўляе ўсім жадаючым сваю ўласную праграму падбору. Яе можна бясплатна запампаваць з сайта кампаніі, альбо іх тэхнічны спецыяліст прыедзе да вас у офіс і бясплатна яе ўсталюе. Аднак наколькі карэктны вынік такіх разлікаў, ці можна яму давяраць і не хітруе Ці вытворца, змагаючыся ў тэндэры са сваімі канкурэнтамі? Праверка электроннага калькулятара патрабуе наяўнасці ведаў або як мінімум разумення методыкі разліку сучасных цеплаабменнікаў. Паспрабуем разабрацца ў дэталях.

Што такое цеплаабменнік

Перш чым выконваць разлік цеплаабменніка, давайце ўспомнім, а што ж гэта за прылада такое? Цепламасаабменная апарат (ён жа цеплаабменнік, ён жа цеплаабменны апарат, або Тоа) - гэта прылада для перадачы цеплыні ад аднаго цепланосбіта іншаму. У працэсе змены тэмператур цепланосбітаў мяняюцца таксама іх шчыльнасці і, адпаведна, масавыя паказчыкі рэчываў. Менавіта таму такія працэсы называюць цепламасаабменная.

віды цеплаабмену

Зараз пагаворым аб відах цеплаабмену - іх усяго тры. Радыяцыйны - перадача цеплыні за кошт выпраменьвання. Як прыклад, можна ўспомніць прыняцце сонечных ваннаў на пляжы ў цёплы летні дзень. І такія цеплаабменнікі нават можна сустрэць на рынку (лямпавыя награвальны паветра). Аднак часцей за ўсё для абагрэву жылых памяшканняў, пакояў у кватэры мы купляем алейныя або электрычныя радыятары. Гэта прыклад іншага тыпу цеплаабмену - канвекцыйнага. Канвекцыя бывае натуральнай, вымушанай (выцяжка, а ў корабе варта рэкуператар) або з механічным прымушэннем (з вентылятарам, напрыклад). Апошні тып нашмат больш эфектыўна.

Аднак самы эфектыўны спосаб перадачы цеплыні - гэта цеплаправоднасць, або, як яе яшчэ называюць, кондукция (ад англ. Conduction - "праводнасць"). Любы інжынер, які збіраецца правесці цеплавой разлік цеплаабменніка, перш за ўсё задумваецца пра тое, каб выбраць эфектыўнае абсталяванне ў мінімальных габарытах. І дасягнуць гэтага атрымоўваецца менавіта за кошт цеплаправоднасці. Прыкладам таму служаць самыя эфектыўныя на сённяшні дзень Тоа - пласціністыя цеплаабменнікі. Пласціністы Тоа, паводле вызначэння, - гэта цеплаабменны апарат, які перадае цеплыню ад аднаго цепланосбіта іншаму праз падзяляльную іх сценку. Максімальна магчымая плошчу кантакту паміж двума асяроддзямі ў сукупнасці з дакладна падабранымі матэрыяламі, профілем пласцін і іх таўшчынёй дазваляе мінімізаваць памеры выбіраемага абсталявання пры захаванні зыходных тэхнічных характарыстык, неабходных у тэхналагічным працэсе.

тыпы цеплаабменнікаў

Перш чым праводзіць разлік цеплаабменніка, вызначаюцца з яго тыпам. Усе Тоа можна падзяліць на дзве вялікія групы: рэкуперацыйныя і рэгенератыўныя цеплаабменнікі. Асноўнае адрозненне паміж імі складаецца ў наступным: у рэкуперацыйнае Тоа цеплаабмен адбываецца праз падзяляе два цепланосбіта сценку, а ў рэгенератыўных дзве асяроддзя маюць непасрэдны кантакт паміж сабой, часта змешваючыся і патрабуючы наступнага падзелу ў спецыяльных сепаратара. Рэгенератыўныя цеплаабменнікі падпадзяляюцца на змешвальныя і на цеплаабменнікі з асадкай (стацыянарнай, падаючай або прамежкавай). Груба кажучы, вядро з гарачай вадой, выстаўленае на мароз, ці шклянку з гарачай гарбатай, пастаўлены астужать ў халадзільнік (ніколі так не рабіце!) - гэта і ёсць прыклад такога ЗЬМЯШАЛЬНАГА Тоа. А наліваючы чай у сподак і Студзячы яго такім чынам, мы атрымліваем прыклад рэгенератыўнага цеплаабменніка з асадкай (сподак ў гэтым прыкладзе мае ролю асадкі), якая спачатку кантактуе з навакольным паветрам і прымае яго тэмпературу, а потым адбірае частку цеплыні ад налітай у яго гарачай гарбаты , імкнучыся прывесці абедзве асяроддзя ў рэжым цеплавога раўнавагі. Аднак, як мы ўжо высветлілі раней, больш эфектыўна выкарыстоўваць цеплаправоднасць для перадачы цеплыні ад адной асяроддзя да іншай, таму больш карысныя ў плане цеплаперадачы (і шырока выкарыстоўваюцца) Тоа на сённяшні дзень - вядома ж, рэкуперацыйныя.

Цеплавой і канструктыўны разлік

Любы разлік рэкуперацыйнага цеплаабменніка можна правесці на аснове вынікаў цеплавога, гідраўлічнага і трывальныя вылічэнняў. Яны з'яўляюцца асноватворнымі, абавязковыя пры праектаванні новага абсталявання і кладуцца ў аснову методыкі разліку наступных мадэляў лінейкі аднатыпных апаратаў. Галоўнай задачай цеплавога разліку Тоа з'яўляецца вызначэнне неабходнай плошчы цеплаабменных паверхні для ўстойлівай работы цеплаабменніка і падтрымання неабходных параметраў асяроддзяў на выхадзе. Даволі часта пры такіх разліках інжынеры задаюцца адвольнымі значэннямі масагабарытных характарыстык будучага абсталявання (матэрыял, дыяметр труб, памеры пласцін, геаметрыя пучка, тып і матэрыял оребренной і інш.), Таму пасля цеплавога звычайна праводзяць канструктыўны разлік цеплаабменніка. Бо калі на першай стадыі інжынер палічыў неабходную плошчу паверхні пры зададзеным дыяметры трубы, напрыклад, 60 мм, і даўжыня цеплаабменніка пры гэтым атрымалася парадку шасцідзесяці метраў, то больш лагічна выказаць здагадку пераход да многоходовой цеплаабменніку, альбо да кожухотрубные тыпу, альбо павялічыць дыяметр трубак.

гідраўлічны разлік

Гідраўлічныя або гідрамеханічных, а таксама аэрадынамічныя разлікі праводзяць з мэтай вызначыць і аптымізаваць гідраўлічныя (аэрадынамічныя) страты ціску ў цеплаабменніку, а таксама падлічыць энергетычныя затраты на іх пераадоленне. Разлік любога гасцінца, канала або трубы для праходу цепланосбіта ставіць перад чалавекам першарадную задачу - інтэнсіфікаваць працэс цеплаабмену на дадзеным участку. Гэта значыць адна асяроддзе павінна перадаць, а іншая атрымаць як мага больш цяпла на мінімальным прамежку яго плыні. Для гэтага часта ўжываюць дадатковую паверхню цеплаабмену, у выглядзе развітога оребренной паверхні (для адрыву пагранічнага ламінарным подслоя і ўзмацнення турбулизации патоку). Аптымальнае балансавага суадносіны гідраўлічных страт, плошчы цеплаабменных паверхні, масагабарытных характарыстык і якая здымаецца цеплавой магутнасці з'яўляецца вынікам сукупнасці цеплавога, гідраўлічнага і канструктыўнага разліку Тоа.

праверачным разлік

Праверачным разлік цеплаабменніка праводзяць у выпадку, калі трэба закласці запас па магутнасці альбо па плошчы цеплаабменных паверхні. Паверхню рэзервуюць па розных прычынах і ў розных сітуацыях: калі так патрабуецца па техзаданию, калі вытворца вырашае ўнесці дадатковы запас для таго, каб быць сапраўды упэўненым у тым, што такі цеплаабменнік выйдзе на рэжым, і мінімізаваць памылкі, дапушчаныя пры разліках. У нейкіх выпадках рэзерваванне патрабуецца для акруглення вынікаў канструктыўных памераў, у іншых жа (выпарнікі, эканамайзера) у разлік магутнасці цеплаабменніка спецыяльна ўводзяць запас па паверхні, на забруджванне кампрэсарным маслам, прысутным у халадзільным контуры. Ды і нізкая якасць вады неабходна прымаць да ўвагі. Праз некаторы час бесперабойнай работы цеплаабменнікаў, асабліва пры высокіх тэмпературах, накіп асядае на цеплаабменных паверхні апарата, зніжаючы каэфіцыент цеплаперадачы і немінуча прыводзячы да паразітных зніжэння теплосъёма. Таму пісьменны інжынер, праводзячы разлік цеплаабменніка «вада-вада», надае асаблівую ўвагу дадатковым рэзерваванні паверхні цеплаабмену. Праверачным разлік таксама праводзяць для таго, каб паглядзець, як абранае абсталяванне будзе працаваць на іншых, другасных рэжымах. Напрыклад, у цэнтральных кандыцыянерах (прытокавых устаноўках) каларыферы першага і другога падагрэву, якія выкарыстоўваюцца ў халодны перыяд года, нярэдка задзейнічаюць і летам для астуджэння паступае паветра, падаючы ў трубкі паветранага цеплаабменніка халодную ваду. Як яны будуць функцыянаваць і якія будуць выдаваць параметры, дазваляе ацаніць праверачным разлік.

даследчыя разлікі

Даследчыя разлікі Тоа праводзяць на аснове атрыманых вынікаў цеплавога і праверачным разлікаў. Яны неабходныя, як правіла, для ўнясення апошніх паправак у канструкцыю праектаванага апарата. Іх таксама праводзяць з мэтай карэкціроўкі якіх-небудзь раўнанняў, закладваюцца ў рэалізуемай разліковай мадэлі Тоа, атрыманай эмпірычным шляхам (па эксперыментальным дадзеным). Выкананне даследчых разлікаў прадугледжвае правядзенне дзесяткаў, а часам і соцень вылічэнняў па спецыяльным плане, распрацаваным і ўкаранёны на вытворчасці згодна матэматычнай тэорыі планавання эксперыментаў. Па выніках выяўляюць уплыў розных умоў і фізічных велічынь на паказчыкі эфектыўнасці Тоа.

іншыя разлікі

Выконваючы разлік плошчы цеплаабменніка, не варта забываць і пра супраціў матэрыялаў. Трывальныя разлікі Тоа ўключаюць праверку праектаванага агрэгата на напружанне, на скрут, на прыкладанне максімальна дапушчальных рабочых момантаў да дэталяў і вузлоў будучага цеплаабменніка. Пры мінімальных габарытах выраб павінна быць трывалым, устойлівым і гарантаваць бяспечную працу ў розных, нават самых напружаных умовах эксплуатацыі.

Дынамічны разлік праводзіцца з мэтай вызначэння розных характарыстык цеплаабменных апарата на зменных рэжымах яго працы.

Тыпы канструкцыі цеплаабменнікаў

Рэкуперацыйныя Тоа па канструкцыі можна падзяліць на досыць вялікая колькасць груп. Самыя вядомыя і шырока прымяняюцца - гэта пласціністыя цеплаабменнікі, паветраныя (трубчастыя оребрённые), кожухотрубные, цеплаабменнікі "труба ў трубе", кажух-пласціністыя і іншыя. Існуюць і больш экзатычныя і вузкаспецыялізаваныя тыпы, напрыклад, спіральныя (цеплаабменнік-слімак) або скребковые, якія працуюць з вязкімі або неньютоновскими вадкасцямі, а таксама многія іншыя тыпы.

Цеплаабменнікі «труба ў трубе»

Разгледзім самы просты разлік цеплаабменніка «труба ў трубе». Канструктыўна дадзены тып Тоа максімальна спрошчаны. Ва ўнутраную трубу апарата пускаюць, як правіла, гарачы цепланосбіт, для мінімізацыі страт, а ў кажух, або ў вонкавую трубу, запускаюць астуджальны цепланосбіт. Задача інжынера ў гэтым выпадку зводзіцца да вызначэння даўжыні такога цеплаабменніка зыходзячы з разлічанай плошчы цеплаабменных паверхні і зададзеных дыяметраў.

Тут варта дадаць, што ў тэрмадынаміцы ўводзіцца паняцце ідэальнага цеплаабменніка, то ёсць апарата бясконцай даўжыні, дзе цепланосбіты працуюць у противотоке, і паміж імі цалкам спрацоўваецца тэмпературны напор. Канструкцыя «труба ў трубе» бліжэй за ўсё задавальняе гэтым патрабаванням. І калі запусціць цепланосбіты ў противотоке, то гэта будзе так званы «рэальны противоток» (а не на перакрыжаваны, як у пласціністых Тоа). Тэмпературны напор максімальна эфектыўна спрацоўваецца пры такой арганізацыі руху. Аднак выконваючы разлік цеплаабменніка «труба ў трубе», варта быць рэалістамі і не забываць аб лагістычнай складнікам, а таксама аб зручнасці мантажу. Даўжыня еврофуры - 13,5 метраў, ды і не ўсе тэхнічныя памяшканні прыстасаваны да намеці і мантажу абсталявання такой даўжыні.

кожухотрубные цеплаабменнікі

Таму вельмі часта разлік такога апарата плаўна перацякае ў разлік кожухотрубного цеплаабменніка. Гэта апарат, у якім пучок труб знаходзіцца ў адзіным корпусе (кажусе), абмываецца рознымі цепланосбіта, у залежнасці ад прызначэння абсталявання. У кандэнсатарах, напрыклад, хладагент запускаюць у кажух, а ваду - у трубкі. Пры такім спосабе руху асяроддзяў зручней і больш эфектыўна кантраляваць працу апарата. У выпарніку, наадварот, хладагент кіпіць у трубках, а яны пры гэтым абмываюцца охлаждаемой вадкасцю (вадой, расоламі, гліколь і інш.). Таму разлік кожухотрубного цеплаабменніка зводзіцца да мінімізацыі габарытаў абсталявання. Гуляючы пры гэтым дыяметрам кажуха, дыяметрам і колькасцю ўнутраных труб і даўжынёй апарата, інжынер выходзіць на разліковае значэнне плошчы цеплаабменных паверхні.

паветраныя цеплаабменнікі

Адзін з самых распаўсюджаных на сённяшні дзень цеплаабменных апаратаў - гэта трубчастыя оребрённые цеплаабменнікі. Іх яшчэ называюць змеявік. Дзе іх толькі не усталёўваюць, пачынаючы ад фанкойлов (ад англ. Fan + coil, г.зн. "вентылятар" + "змеявік") ва ўнутраных блоках спліт-сістэм і заканчваючы гіганцкімі Рекуператор дымавых газаў (адбор цеплыні ад гарачага дымавога газу і перадача яго на патрэбы ацяплення) у кацельных устаноўках на ЦЭЦ. Вось чаму разлік змеевикового цеплаабменніка залежыць ад таго прымянення, куды гэты цеплаабменнік пойдзе ў эксплуатацыю. Прамысловыя паветраахаладжальнік (ВОПы), якія ўсталёўваюцца ў камерах шокавай замаразкі мяса, у маразільных камерах нізкіх тэмператур і на іншых аб'ектах харчовага холадазабеспячэння, патрабуюць пэўных канструктыўных асаблівасцяў у сваім выкананні. Адлегласці паміж ламелей (оребреніем) павінна быць максімальным, для павелічэння часу бесперапыннай працы паміж цыкла оттайка. Выпарнікі для Цодов (цэнтраў апрацоўкі дадзеных), наадварот, робяць як мага больш кампактнымі, заціскаючы межламельные адлегласці да мінімуму. Такія цеплаабменнікі працуюць у «чыстых зонах», акружаныя фільтрамі тонкай ачысткі (аж да класа HEPA), таму такі разлік трубчастага цеплаабменніка праводзяць з упорам на мінімізацыю габарытаў.

пласціністыя цеплаабменнікі

У цяперашні час стабільным попытам карыстаюцца пласціністыя цеплаабменнікі. Па сваім канструктыўным выкананні яны бываюць цалкам разборнымі і полусварными, меднопаяными і никельпаяными, зварнымі і злітаванымі дыфузійнага метадам (без прыпоя). Цеплавой разлік пласціністага цеплаабменніка дастаткова гнуткі і не ўяўляе асаблівай складанасці для інжынера. У працэсе падбору можна гуляць тыпам пласцін, глыбінёй штампоўкі каналаў, тыпам оребренной, таўшчынёй сталі, рознымі матэрыяламі, а самае галоўнае - шматлікімі тыпапамерны мадэлямі апаратаў розных габарытаў. Такія цеплаабменнікі бываюць нізкімі і шырокімі (для паравога нагрэву вады) або высокімі і вузкімі (раздзяляльныя цеплаабменнікі для сістэм кандыцыянавання). Іх часта выкарыстоўваюць і пад асяроддзя з фазавым пераходам, гэта значыць у якасці кандэнсатараў, выпарнікаў, пароохладителей, предконденсаторов і т. Д. Выканаць цеплавой разлік цеплаабменніка, які працуе па двухфазнай схеме, крыху больш складана, чым цеплаабменніка тыпу «вадкасць-вадкасць», аднак для вопытнага інжынера гэтая задача адрозная і не ўяўляе асаблівай складанасці. Для палягчэння такіх разлікаў сучасныя праекціроўшчыкі выкарыстоўваюць інжынерныя кампутарныя базы, дзе можна знайсці шмат патрэбнай інфармацыі, у тым ліку дыяграмы стану любога холадагенту ў любой разгорткай, напрыклад, праграму CoolPack.

Прыклад разліку цеплаабменніка

Асноўнай мэтай правядзення разліку з'яўляецца вылічэнне неабходнай плошчы цеплаабменных паверхні. Цеплавая (халадзільная) магутнасць звычайна задаецца ў техзадании, аднак у нашым прыкладзе мы разлічым і яе, для, скажам так, праверкі самага техзадания. Часам бывае і так, што ў зыходныя дадзеныя можа закрасціся памылка. Адна з задач пісьменнага інжынера - гэтую памылку знайсці і выправіць. У якасці прыкладу выканаем разлік пласціністага цеплаабменніка тыпу «вадкасць - вадкасць». Хай гэта будзе падзельнік контураў (pressure breaker) у вышынным будынку. Для таго каб разгрузіць абсталяванне па ціску, пры будаўніцтве хмарачосаў вельмі часта ўжываецца такі падыход. З аднаго боку цеплаабменніка маем ваду з тэмпературай ўваходу Твх1 = 14 ᵒС і выхаду Твых1 = 9 ᵒС, і з выдаткам G1 = 14 500 кг / ч, а з другога - таксама ваду, але толькі вось з такімі параметрамі: Твх2 = 8 ᵒС, Твых2 = 12 ᵒС, G2 = 18 125 кг / ч.

Неабходную магутнасць (Q0) разлічым па формуле цеплавога балансу (гл. Мал. Вышэй, формула 7.1), дзе Ср - удзельная цеплаёмістасцю (таблічныя значэнне). Для прастаты разлікаў возьмем прыведзенае значэнне цеплаёмістасцю СРВ = 4,187 [кДж / кг * ᵒС]. лічым:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [кДж / ч] = 84321,53 Вт = 84,3 кВт - па першаму боку і

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4,187 = 303557,5 [кДж / ч] = 84321,53 Вт = 84,3 кВт - па другому боку.

Звярніце ўвагу, што, згодна з формулай (7.1), Q0 = Q1 = Q2, незалежна ад таго, па якім баку праведзены разлік.

Далей па асноўным раўнанні цеплаперадачы (7.2) знаходзім неабходную плошчу паверхні (7.2.1), дзе k - каэфіцыент цеплаперадачы (прымаем роўным 6350 [Вт / м ^2]), а ΔТср.лог. - среднелогарифмический тэмпературны напор, лічыць па формуле (7.3):

ΔТ ср.лог. = (2 - 1) / ln (2/1) = 1 / ln2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F то = 84321/6350 * 1,4428 = 9,2 м ^2.

У выпадку калі каэфіцыент цеплаперадачы невядомы, разлік пласціністага цеплаабменніка трохі ўскладняецца. Па формуле (7.4) лічым крытэрый Рейнольдса, дзе ρ - шчыльнасць, [кг / м ^3], η - дынамічная глейкасць, [Н * с / м ^2], v - хуткасць асяроддзя ў канале, [м / с], d см - змочвае дыяметр канала [м].

Па табліцы шукаем неабходнае нам значэнне крытэра Прандтля [Pr] і па формуле (7.5) атрымліваем крытэрый Нуссельта, дзе n = 0,4 - ва ўмовах нагрэву вадкасці, і n = 0,3 - ва ўмовах астуджэння вадкасці.

Далей па формуле (7.6) вылічаецца каэфіцыент цеплааддачы ад кожнага цепланосбіта да сценкі, а па формуле (7.7) лічым каэфіцыент цеплаперадачы, які і падстаўляем у формулу (7.2.1) для вылічэння плошчы цеплаабменных паверхні.

У названых формулах λ - каэфіцыент цеплаправоднасці, ϭ - таўшчыня сценкі канала, α1 і α2 - каэфіцыенты цеплааддачы ад кожнага з цепланосбітаў сценкі.