Berekening van die hitteruiler neem tans nie meer as vyf minute nie. Enige organisasie wat sulke toerusting vervaardig en verkoop, voorsien as 'n reël aan almal hul eie keurprogram. Dit kan gratis van die maatskappy se webwerf afgelaai word, of hul tegnikus kom na jou kantoor en installeer dit gratis. Hoe korrek is die resultaat van sulke berekeninge egter, kan dit vertrou word en is die vervaardiger nie slinks wanneer hy in 'n tender met sy mededingers baklei nie? Om 'n elektroniese sakrekenaar na te gaan, vereis kennis of ten minste 'n begrip van die metodologie vir die berekening van moderne hitteruilers. Kom ons probeer die besonderhede verstaan.
Wat is 'n hitteruiler
Voordat ons die berekening van die hitteruiler uitvoer, laat ons onthou watter soort toestel dit is? 'n Hitte- en massa-oordragapparaat (ook bekend as 'n hitteruiler, ook bekend as 'n hitteruiler, of TOA) is'n toestel om hitte van een koelmiddel na 'n ander oor te dra. In die proses om die temperature van hittedraers te verander, verander hul digthede en dienooreenkomstig die massa-aanwysers van stowwe ook. Daarom word sulke prosesse hitte- en massa-oordrag genoem.
Tipe hitte-oordrag
Kom ons praat nou oor die tipes hitte-oordrag – daar is net drie van hulle. Radiatief - hitte-oordrag as gevolg van straling. Oorweeg byvoorbeeld om op 'n warm somersdag op die strand te sonbaai. En sulke hitteruilers kan selfs op die mark gevind word (buislugverwarmers). Maar, meestal vir die verwarming van residensiële persele, kamers in 'n woonstel, koop ons olie of elektriese verkoelers. Dit is 'n voorbeeld van 'n ander tipe hitte-oordrag - konveksie. Konveksie kan natuurlik, gedwonge (kap, en daar is 'n hitteruiler in die boks) of meganies aangedryf wees (met 'n waaier, byvoorbeeld). Laasgenoemde tipe is baie doeltreffender.
Die doeltreffendste manier om hitte oor te dra is egter geleiding, of, soos dit ook genoem word, geleiding (van die Engels. conduction - "conduction"). Enige ingenieur wat 'n termiese berekening van 'n hitteruiler gaan doen, dink eerstens oor hoe om doeltreffende toerusting in minimum afmetings te kies. En dit is moontlik om dit te bereik juis as gevolg van termiese geleidingsvermoë. 'n Voorbeeld hiervan is die doeltreffendste TOA vandag - plaathitteruilers. 'n Plaathitteruiler, volgens die definisie, is 'n hitteruiler wat hitte van een koelmiddel na 'n ander oordra deur 'n muur wat hulle skei. Maksimumdie moontlike kontakarea tussen die twee media, tesame met korrek geselekteerde materiale, plaatprofiel en dikte, maak dit moontlik om die grootte van die geselekteerde toerusting tot die minimum te beperk, terwyl die oorspronklike tegniese eienskappe wat in die tegnologiese proses vereis word, gehandhaaf word.
Tipe hitteruilers
Voordat die hitteruiler bereken word, word dit met sy tipe bepaal. Alle TOA kan in twee groot groepe verdeel word: herstellende en regeneratiewe hitteruilers. Die belangrikste verskil tussen hulle is soos volg: in regeneratiewe TOA's vind hitte-uitruiling plaas deur 'n muur wat twee koelmiddels skei, terwyl in regeneratiewe twee media direkte kontak met mekaar het, wat dikwels meng en daaropvolgende skeiding in spesiale skeiers vereis. Regeneratiewe hitteruilers word verdeel in meng- en hitteruilers met pakking (stasionêr, dalende of intermediêre). Rofweg gesproke, 'n emmer warm water, blootgestel aan ryp, of 'n glas warm tee, wat in die yskas afkoel (moet dit nooit doen nie!) - dit is 'n voorbeeld van so 'n meng-TOA. En om tee in 'n piering te gooi en dit op hierdie manier af te koel, kry ons 'n voorbeeld van 'n regeneratiewe hitteruiler met 'n mondstuk (die piering in hierdie voorbeeld speel die rol van 'n mondstuk), wat eers met die omringende lug in aanraking kom en sy temperatuur neem, en neem dan 'n deel van die hitte weg van die warm tee wat daarin gegooi word, en probeer om beide media in termiese ewewig te bring. Soos ons egter reeds vroeër uitgevind het, is dit meer doeltreffend om termiese geleidingsvermoë te gebruik om hitte van een medium na 'n ander oor te dra, dusDie meer hitte-oordrag bruikbare (en wyd gebruik) TOA's van vandag is natuurlik regeneratiewes.
Termiese en strukturele ontwerp
Enige berekening van 'n herstellende hitteruiler kan uitgevoer word op grond van die resultate van termiese, hidrouliese en sterkteberekeninge. Hulle is fundamenteel, verpligtend in die ontwerp van nuwe toerusting en vorm die basis van die metodologie vir die berekening van daaropvolgende modelle van 'n reeks soortgelyke toestelle. Die hooftaak van die termiese berekening van TOA is om die vereiste area van die hitte-uitruiloppervlak te bepaal vir die stabiele werking van die hitteruiler en die handhawing van die vereiste parameters van die media by die uitlaat. In sulke berekeninge word ingenieurs dikwels arbitrêre waardes gegee van die gewig en grootte eienskappe van die toekomstige toerusting (materiaal, pyp deursnee, plaatafmetings, bondelgeometrie, tipe en materiaal van vinne, ens.), dus, na die termiese berekening, hulle voer gewoonlik 'n konstruktiewe berekening van die hitteruiler uit. Immers, as die ingenieur in die eerste stadium die vereiste oppervlakte vir 'n gegewe pyp deursnee bereken het, byvoorbeeld 60 mm, en die hitteruiler lengte blyk ongeveer sestig meter te wees, dan sou dit meer logies wees om 'n oorgang te aanvaar na 'n meervoudige hitteruiler, of na 'n dop-en-buis tipe, of om die deursnee van die buise te vergroot.
hidrouliese berekening
Hidrouliese of hidromeganiese, sowel as aërodinamiese berekeninge word uitgevoer om hidroulies te bepaal en te optimaliseer(aërodinamiese) drukverliese in die hitteruiler, asook die energiekoste bereken om dit te oorkom. Die berekening van enige pad, kanaal of pyp vir die deurgang van die koelmiddel stel 'n primêre taak vir 'n persoon in - om die hitte-oordragproses in hierdie area te versterk. Dit wil sê, een medium moet oordra, en die ander ontvang soveel hitte as moontlik in die minimum tydperk van sy vloei. Hiervoor word 'n bykomende hitte-uitruilingsoppervlak dikwels gebruik, in die vorm van 'n ontwikkelde oppervlakrif (om die grens laminêre sublaag te skei en vloeiturbulensie te verbeter). Die optimale balansverhouding van hidrouliese verliese, hitte-uitruiloppervlakte, gewig en grootte eienskappe en verwyderde termiese krag is die resultaat van 'n kombinasie van termiese, hidrouliese en strukturele berekening van TOA.
Gaan berekening
Die verifikasieberekening van die hitteruiler word uitgevoer in die geval waar dit nodig is om 'n marge in terme van krag of in terme van die oppervlakte van die hitte-uitruiloppervlak te lê. Die oppervlak word om verskeie redes en in verskillende situasies gereserveer: as dit deur die verwysingsbepalings vereis word, as die vervaardiger besluit om 'n bykomende marge te maak om seker te maak dat so 'n hitteruiler die regime sal bereik en foute wat gemaak word in die berekeninge. In sommige gevalle word oortolligheid vereis om die resultate van konstruktiewe afmetings af te rond, terwyl in ander (verdampers, economizers) 'n oppervlakmarge spesiaal ingestel word in die berekening van die hitteruilerkrag, vir besoedeling deur kompressorolie wat in die verkoelingkring voorkom.. En swak watergeh altein ag geneem moet word. Na 'n geruime tyd van ononderbroke werking van hitteruilers, veral by hoë temperature, sit skaal op die hitte-uitruiloppervlak van die apparaat, wat die hitte-oordragkoëffisiënt verminder en onvermydelik lei tot 'n parasitiese afname in hitteverwydering. Daarom gee 'n bekwame ingenieur, wanneer 'n water-tot-water hitteruiler bereken word, spesiale aandag aan bykomende oortolligheid van die hitte-uitruiloppervlak. 'n Verifikasieberekening word ook uitgevoer om te sien hoe die geselekteerde toerusting in ander, sekondêre modusse sal werk. Byvoorbeeld, in sentrale lugversorgers (toevoereenhede) word die eerste en tweede verwarmingsverwarmers, wat in die koue seisoen gebruik word, dikwels in die somer gebruik om die inkomende lug af te koel, wat koue water aan die lughitteruilerbuise verskaf. Hoe hulle sal funksioneer en watter parameters sal gee, laat jou toe om die verifikasieberekening te evalueer.
Verkennende berekeninge
Navorsingsberekeninge van TOA word uitgevoer op grond van die verkry resultate van termiese en verifikasieberekeninge. Hulle is as 'n reël nodig om die laaste wysigings aan die ontwerp van die ontwerpte apparaat aan te bring. Hulle word ook uitgevoer om enige vergelykings wat in die geïmplementeerde berekeningsmodel van TOA geïnkorporeer is, empiries verkry (volgens eksperimentele data) reg te stel. Om navorsingsberekeninge uit te voer behels tientalle en soms honderde berekeninge volgens 'n spesiale plan wat in produksie ontwikkel en geïmplementeer is ooreenkomstigwiskundige teorie van beplanning van eksperimente. Op grond van die resultate word die invloed van verskeie toestande en fisiese hoeveelhede op die TOA-doeltreffendheidsaanwysers onthul.
Ander berekeninge
Wanneer jy die hitteruiler-area bereken, moenie vergeet van die weerstand van materiale nie. TOA-sterkteberekeninge sluit in die nagaan van die ontwerpte eenheid vir spanning, vir torsie, vir die toepassing van die maksimum toelaatbare werksmomente op die onderdele en samestellings van die toekomstige hitteruiler. Met minimum afmetings moet die produk sterk, stabiel wees en veilige werking in verskeie, selfs die mees veeleisende bedryfstoestande waarborg.
Dynamiese berekening word uitgevoer om die verskillende eienskappe van die hitteruiler in veranderlike bedryfsmodusse te bepaal.
Hitteruiler-ontwerptipes
Recuperative TOA deur ontwerp kan in 'n redelike groot aantal groepe verdeel word. Die bekendste en algemeenste gebruik is plaathitteruilers, lug (buisvormige vinne), dop-en-buis, buis-in-pyp hitteruilers, dop-en-plaat en ander. Daar is ook meer eksotiese en hoogs gespesialiseerde tipes, soos spiraal (spoel-hitteruiler) of geskrapte tipe, wat met viskose of nie-Newtoniaanse vloeistowwe werk, asook baie ander tipes.
Pyp-in-pyp hitteruilers
Kom ons kyk na die eenvoudigste berekening van die "pyp in pyp" hitteruiler. Struktureel is hierdie tipe TOA maksimaal vereenvoudig. As 'n reël laat hulle die binneband van die apparaat binnewarm koelmiddel, om verliese te minimaliseer, en 'n verkoelende koelmiddel word in die omhulsel, of in die buitenste pyp gelanseer. Die ingenieur se taak in hierdie geval word gereduseer tot die bepaling van die lengte van so 'n hitteruiler gebaseer op die berekende oppervlakte van die hitte-uitruiloppervlak en die gegewe diameters.
Hier is dit die moeite werd om by te voeg dat in termodinamika die konsep van 'n ideale hitteruiler bekendgestel word, dit wil sê, 'n apparaat van oneindige lengte, waar die hittedraers in teenstroom werk, en die temperatuurverskil heeltemal tussen hulle uitgewerk word. Die pyp-in-pyp-ontwerp is die naaste daaraan om aan hierdie vereistes te voldoen. En as jy die koelmiddels in teenstroom laat loop, sal dit die sogenaamde "regte teenvloei" wees (en nie kruis nie, soos in plaat TOA's). Die temperatuurkop word die effektiefste uitgewerk met so 'n bewegingsorganisasie. By die berekening van die "pyp in pyp" hitteruiler moet 'n mens egter realisties wees en nie vergeet van die logistieke komponent, sowel as die gemak van installasie nie. Die lengte van die eurotrok is 13,5 meter, en nie alle tegniese persele is aangepas vir die gly en installering van toerusting van hierdie lengte nie.
Dop-en-buis-hitteruilers
Daarom vloei die berekening van so 'n apparaat baie gereeld glad in die berekening van 'n dop-en-buis-hitteruiler in. Dit is 'n apparaat waarin 'n bondel pype in 'n enkele behuising (omhulsel) geleë is, gewas deur verskillende koelmiddels, afhangende van die doel van die toerusting. In kondensators, byvoorbeeld, word die koelmiddel in die dop geloop, en die water word in die buise ingevoer. Met hierdie metode van mediabeweging is dit geriefliker en doeltreffender om te beheerwerking van die apparaat. In verdampers, inteendeel, kook die koelmiddel in die buise, terwyl dit deur die afgekoelde vloeistof (water, pekel, glikole, ens.) gewas word. Daarom word die berekening van 'n dop-en-buis-hitteruiler verminder tot die vermindering van die afmetings van die toerusting. Speel met die dopdeursnee, die deursnee en aantal interne pype en die lengte van die apparaat, bereik die ingenieur die berekende waarde van die hitte-uitruilingsoppervlakte.
Lughitteruilers
Een van die mees algemene hitteruilers vandag is buisvormige vinne hitteruilers. Hulle word ook slange genoem. Waar hulle nie net geïnstalleer word nie, vanaf waaierspoeleenhede (van die Engelse waaier + spoel, d.w.s. "fan" + "coil") in die binnenshuise eenhede van gesplete stelsels en eindigend met reuse rookgasrecuperators (hitte-onttrekking van warm rookgas) en transmissie vir verwarmingsbehoeftes) in ketelaanlegte by WKK. Dit is hoekom die berekening van 'n spoel-hitteruiler afhang van die toepassing waar hierdie hitteruiler in werking sal gaan. Industriële lugverkoelers (HOP's) wat in vleisontploffingsvrieskamers, laetemperatuur-vrieskaste en ander voedselverkoelingsfasiliteite geïnstalleer word, vereis sekere ontwerpkenmerke in hul ontwerp. Die spasiëring tussen die lamelle (vinne) moet so groot as moontlik wees om die tyd van aaneenlopende werking tussen ontdooi-siklusse te verleng. Verdampers vir datasentrums (dataverwerkingsentrums), inteendeel, word so kompak moontlik gemaak deur die interlamellêr vas te klemminimum afstand. Sulke hitteruilers werk in "skoon sones", omring deur fyn filters (tot HEPA-klas), daarom word so 'n berekening van 'n buisvormige hitteruiler uitgevoer met die klem op die minimalisering van afmetings.
Plaathitteruilers
Tans is daar 'n stabiele aanvraag vir plaathitteruilers. Volgens hul ontwerp is hulle heeltemal opvoubaar en semi-gesweis, koper- en nikkel-gesoldeer, gesweis en gesoldeer deur diffusie (sonder soldeersel). Die termiese berekening van 'n plaathitteruiler is redelik buigsaam en bied geen besondere moeilikheid vir 'n ingenieur nie. In die seleksieproses kan jy speel met die tipe plate, die diepte van smeekanale, die tipe vinne, die dikte van staal, verskillende materiale, en bowenal, talle standaardgrootte modelle van toestelle van verskillende groottes. Sulke hitteruilers is laag en wyd (vir stoomverhitting van water) of hoog en smal (skeidingswarmteruilers vir lugversorgingstelsels). Hulle word ook dikwels gebruik vir faseveranderingsmedia, dit wil sê as kondensators, verdampers, desuperheaters, voorkondensators, ens. Die termiese berekening van 'n tweefase hitteruiler is egter effens meer ingewikkeld as 'n vloeistof-vloeistof hitteruiler, maar vir ervare ingenieur, hierdie taak is oplosbaar en bied geen besondere moeilikheid nie. Om sulke berekeninge te vergemaklik, gebruik moderne ontwerpers ingenieursrekenaardatabasisse, waar u baie nodige inligting kan vind, insluitend toestanddiagramme van enige koelmiddel in enige vee, byvoorbeeld 'n programCoolPack.
Voorbeeld van hitteruilerberekening
Die hoofdoel van die berekening is om die vereiste oppervlakte van die hitte-uitruiloppervlak te bereken. Termiese (verkoeling) krag word gewoonlik in die verwysingsraamwerk gespesifiseer, maar in ons voorbeeld sal ons dit so te sê bereken om die opdrag self na te gaan. Soms gebeur dit ook dat 'n fout by die brondata kan insluip. Een van die take van 'n bevoegde ingenieur is om hierdie fout te vind en reg te stel. As 'n voorbeeld, kom ons bereken 'n plaathitteruiler van die "vloeistof-vloeistof" tipe. Laat dit 'n drukbreker in 'n hoë gebou wees. Om toerusting deur druk af te laai, word hierdie benadering baie dikwels in die konstruksie van wolkekrabbers gebruik. Aan die een kant van die hitteruiler het ons water met 'n inlaattemperatuur Tin1=14 ᵒС en 'n uitlaattemperatuur Тout1=9 ᵒС, en met 'n vloeitempo G1=14 500 kg / h, en aan die ander kant - ook water, maar slegs met die volgende parameters: Тin2=8 ᵒС, Тout2=12 ᵒС, G2=18 125 kg/h.
Ons bereken die vereiste drywing (Q0) deur die hittebalansformule te gebruik (sien die figuur hierbo, formule 7.1), waar Ср die spesifieke hittekapasiteit (tabelwaarde) is. Vir die eenvoud van berekeninge neem ons die verminderde waarde van die hittekapasiteit Срв=4.187 [kJ/kgᵒС]. Tel:
Q1=14 500(14 - 9)4, 187=303557. 5 [kJ/h]=84321, 53 W=84. 3 kW - aan die eerste kant en
Q2=18 125(12 - 8)4, 187=303557. 5 [kJ/h]=84321, 53 W=84. 3 kW - aan die tweede kant.
Let daarop dat, volgens formule (7.1), Q0=Q1=Q2, ongeag vanaan watter kant die berekening gemaak is.
Verder, deur die hoofhitte-oordragvergelyking (7.2) te gebruik, vind ons die vereiste oppervlakte (7.2.1), waar k die hitte-oordragkoëffisiënt is (gelyk geneem aan 6350 [W/m geneem) 2]), en ΔТav.log. - gemiddelde logaritmiese temperatuurverskil, bereken volgens die formule (7.3):
ΔT gemiddelde logboek.=(2 - 1) / ln (2 / 1)=1 / ln2=1 / 0, 6931=1, 4428;
F dan=84321 / 63501, 4428=9.2 m2.
Wanneer die hitte-oordragkoëffisiënt onbekend is, is die berekening van die plaathitteruiler 'n bietjie meer ingewikkeld. Volgens formule (7.4) bereken ons die Reynolds-kriterium, waar ρ die digtheid is, [kg/m3], η is die dinamiese viskositeit, [Ns/m 2], v is die snelheid van die medium in die kanaal, [m/s], d cm is die nat deursnee van die kanaal [m].
Volgens die tabel soek ons die waarde van die Prandtl-kriterium [Pr] wat ons benodig en, deur formule (7.5) te gebruik, kry ons die Nusselt-kriterium, waar n=0.4 - onder toestande van vloeistofverhitting, en n=0.3 - onder toestande van vloeistofverkoeling.
Volgende, met behulp van formule (7.6), bereken ons die hitte-oordragkoëffisiënt van elke koelmiddel na die muur, en met behulp van formule (7.7), bereken ons die hitte-oordragkoëffisiënt, wat ons in formule (7.2.1) vervang. om die oppervlakte van die hitteruiloppervlak te bereken.
In die aangeduide formules is λ die termiese geleidingskoëffisiënt, ϭ is die kanaalwanddikte, α1 en α2 is die hitte-oordragkoëffisiënte vanaf elk van die hittedraers na die muur.
