Aprēķināšana siltummaiņa: piemērs. Aprēķināšana zonā, spēks siltummaiņa

Aprēķināšana siltummaiņa tagad aizņem mazāk nekā piecas minūtes. Jebkura organizācija, kas ražo un pārdod šādu aprīkojumu parasti dod ikvienam savas iesaistīšanas programma. To var lejupielādēt bez maksas no uzņēmuma mājas lapā vai arī to tehniķis nāks uz jūsu biroju un instalēt to par brīvu. Tomēr, kā rezultātā šādu aprēķinu ir pareiza, mēs varam uzticēties viņu un nav gudrs, ja ražotājs cīnoties konkursā ar saviem konkurentiem? elektroniskais kalkulators pārbaude prasa zināšanas vai vismaz izpratni par mūsdienu metodēm aprēķina siltummaiņu. Mēģināsim atrisināt detaļas.

Kas ir siltummainis

Pirms veicot aprēķinu siltummaiņa, atcerēsimies, un kāda veida šāda ierīce? Teplomassoobmennyh aparāts (aka siltummainis, kas pazīstams arī kā siltumapmaiņas aparātu vai TOA) - ierīci, siltuma pāreju no vienas dzesētāja uz otru. Šajā procesā dzesēšanas šķidruma temperatūras izmaiņas arī mainīt to blīvums, un, attiecīgi, masu indeksu vielas. Tas ir iemesls, kāpēc šie procesi tiek sauktas par siltuma un masas pārneses.

veidu siltuma pārneses

Tagad parunāsim par siltuma pārneses veidi - ir tikai trīs. Starojums - siltuma nodošana starojuma. Piemēram, mēs varam atcerēties sauļoties pludmalē par siltā vasaras dienā. Un pat šie siltummaiņi var atrast tirgū (caurule gaisa sildītājus). Tomēr visbiežāk par mājas apkuri, istabas dzīvoklī, mēs iegādāties eļļu vai elektriskā apkure. Šis ir piemērs citas siltuma pārneses veidu - konvekcijas. Konvekcijas ir dabiska, piespiedu (ekstrakts, un kaste būtu apmainītājs) vai ar mehānisku piedziņu (ar ventilatoru, piemēram). Pēdējais veids ir daudz efektīvāka.

Tomēr visefektīvākais veids siltuma nodošanas - ir siltumvadītspēja, vai, kā to sauc, vadīšanas (vadīšanas angļu valodas - ". Vadītspēju"). Jebkurš inženieris, kurš gatavojas rīkot siltuma dizainu siltummaiņa, vispirms domā par to, kā izvēlēties energoefektīvu iekārtu ar minimālu telpu. Un tas izdodas panākt, ir vadītspēju. Piemērs tam ir visefektīvākais atjaunināta TOA - plākšņu siltummaiņi. Plate TOA pēc definīcijas - siltummaini, kas pārvada siltumu no dzesētāja uz otru caur sienu, kas atdala tos. Maksimālais iespējamais kontakts zona starp divām vidēm, kopā ar īstiem izvēlēto materiālu, un to profila plates biezums izmēri izvēlēti, lai mazinātu aparatūras, vienlaikus saglabājot sākotnējos tehniskos parametrus, kas nepieciešami procesā.

veidu siltummaiņu

Pirms jūs veiktu aprēķinu siltummaiņa nosaka tās veida. Visi TOA var iedalīt divās lielās grupās: atjaunojošu un reģeneratīvās siltummaiņiem. Galvenā atšķirība starp tām ir šāds: In TOA rekuperatīvā siltuma apmaiņa notiek caur sienu, kas atdala divu siltuma vidēja un nonāk kontaktā ar otru divos reģeneratīvās medijos, bieži vien prasa turpmāku sajaukšanu un atdalīšana īpašos atdalītājiem. Reģenerācijas siltummaiņi ir sadalīti siltummaiņiem un sajaukšanu ar sprauslu (stacionārs krītošo vai starpproduktu). Aptuveni runājot, spaini karsta ūdens, safasēti aukstuma vai glāzi karsta tēja, ielieciet atdzesēts ledusskapī (nekad nedara!) - tas ir piemērs šādai maisīšanas TOA. Ielejot tēju apakštase un dzesēšanas to, lai mēs iegūtu piemēru Reģeneratīvs siltummainis ar sprauslu (apakštase, šajā piemērā spēlē sprauslu daļu), kas ir pirmais kontaktam ar apkārtējo gaisu un ņem savu temperatūru, un pēc tam izvēlas daļu no siltumu ielej tajā par karstu tēju meklē gan mediju un rezultāts siltuma līdzsvara režīmā. Tomēr, kā mēs jau konstatēts efektīvāku izmantošanu siltuma vadītspēja nodot siltumu no viena nesēja uz citu, tāpēc, vairāk noderīga ziņā siltuma nodošanu (un plaši izmantots) TOA šodien - protams, rekuperatīvās.

Siltuma un strukturālās aprēķinu

Visos aprēķinos par reģeneratīvo siltummaini var veikt, pamatojoties uz no termālajiem, hidraulisko un stiprības aprēķinu rezultātiem. Tie ir būtiski, obligāti dizaina jaunās iekārtas un metodes, ir pamats, lai aprēķinātu turpmākos modeļus paša tipa ierīces līnijas. Galvenais uzdevums no termiskās TOA aprēķinus, lai noteiktu nepieciešamo siltuma apmaiņas virsmas laukumu stabilai darbībai siltummaini un uzturēt nepieciešamās parametrus mediju kontaktligzdas. Diezgan bieži šādos aprēķinos inženieri ir dota patvaļīgu vērtības svara un izmēra īpašībām nākotnes iekārtu (materiāls, diametrs caurules, plāksnes, izmēriem, staru ģeometrija, veidu un materiālu spuru atdalīšanas et al.), Tomēr pēc tam, kad karstums parasti tiek veikta konstruktīvo aprēķinu siltummaini. Galu galā, ja pirmais solis inženieris uzskata par nepieciešamu platība noteiktā diametra caurules, piemēram, 60 mm, un garums siltummaiņa tādējādi kļuva par sešdesmit metrus, tas ir loģiski pieņemt pārejas daudzpakāpju siltummaini vai cauruļu saišķis veidam, vai lai palielinātu diametru caurules.

hidraulisko aprēķinu

Hydromechanical vai hidrauliski, kā arī aerodinamiskie aprēķini veikti, lai identificētu un optimizēt hidrauliskām (aerodinamisko) spiediena zudumu siltummaiņa, un lai aprēķinātu enerģijas patēriņu tos pārvarēt. Aprēķināšana jebkuru ceļu, kanālu un cauruļu dzesēšanas plūsmas konfrontē cilvēka galvenais uzdevums - intensificēt siltuma apmaiņas procesu šajā daļā. Tas nozīmē, ka viens medijs ir jānokārto, un otrs ir iegūt tik daudz siltumu minimālo intervālu tā, protams. Tas bieži attiecas papildu siltuma apmaiņas virsmu formā fin virsmu izstrādāti (atdalīšanai ierobežojošā kārtaina apakšslānis un uzlabotu plūsmas turbulenci). Optimālā sakarība hidraulisko zaudējumiem jomas siltuma apmaiņas virsmu, svara un izmēra īpašībām, un izņemto siltumatdevi ir rezultāts kopējā siltuma, hidraulisko un konstruktīvu TOA aprēķinu.

pārbaudot aprēķins

Pārbaude siltummaiņa tiek veikta gadījumos, ja tas ir nepieciešams izstrādāt jaudas rezervi jebkuru siltuma apmaiņas virsmas laukumu. Rezervāta dažādu iemeslu dēļ, un dažādās situācijās virsmas, ja to prasa darba uzdevuma, ja ražotājs nolemj veikt papildu rezerve būt pilnīgi pārliecināts, ka šis siltums tiks izlaists uz režīmu, un, lai samazinātu kļūdas aprēķinos. Dažos gadījumos, jārezervē noapaļošanai strukturālās dimensijas rezultātus citām (iztvaicētāji, economizers) attiecībā aprēķinot jaudas siltummaiņa ir speciāli ieviests šķēru virsmu uz kompresora eļļas piesārņojuma pārstāvēts ar dzesēšanas kontūru. Jā, un slikta ūdens kvalitāte ir jāņem vērā. Pēc kāda laika, netraucētu darbību siltummaiņu, sevišķi augstā temperatūrā, putu nosēžas uz virsmas siltumapmaiņas aparātu, samazinot siltuma caurlaidības koeficients, un neizbēgami noved pie samazināšanos parazītisko siltuma pacelšanās. Tādējādi kompetentā inženieris, aprēķins siltumapmaiņas "ūdens ūdens", pievērš īpašu uzmanību papildu rezervi siltuma apmaiņas virsmas. Pārbaude aprēķinu un tērēt, lai redzētu, kā izvēlētā iekārta darbosies uz citiem, sekundāriem režīmos. Piemēram, centrālo gaisa kondicionieri (gaisa padeves iekārtas) sildītājiem pirmajā un otrajā apkurei izmanto aukstajā sezonā, un bieži es iesaistīt vasaras dzesēšanas padeve gaisa padeves aukstu ūdeni gaisa siltummaiņa caurules. Kā tie darbojas un ko dos parametrus, lai novērtētu standarta aprēķinu.

pētniecības aprēķini

Pētījumi TOA aprēķini veikti, pamatojoties uz termisko un laiduma aprēķinu rezultātiem. Tie ir nepieciešami, kā parasti, lai jaunākos grozījumus struktūrā paredzēti ierīci. Viņi arī veic, lai novērstu jebkādus vienādojumi ir likti aprēķinu modeli īsteno TOA iegūts empīriski (par eksperimentālajiem datiem). Veicot pētījumu ietver aprēķinu desmitiem un dažreiz simtiem aprēķinu ar īpašu plānu, izstrādāts un ieviests ražošanā, saskaņā ar matemātiskās teorijas dizaina eksperimentiem. Saskaņā ar rezultātiem, atklāt ietekmi dažādos apstākļos un fizisko daudzumu uz darbības rādītājiem TOA.

citi aprēķini

No siltummaiņa platību aprēķinu, neaizmirstiet par pretestību materiāliem. Aprēķini uz izturību TOA ietver pārbaudi plānoto struktūrvienību sprieguma, griezes pielikumu uz maksimālo pieļaujamo darba momentiem detaļām un mezgliem nākotni siltummaiņa. Ar minimālas izmēri produkta būtu spēcīga, stabila un nodrošinātu drošu ekspluatāciju, kas dažādu, pat visvairāk spraiga nosacījumiem.

Dynamic aprēķins tiek veikts, lai noteiktu dažādas īpašības siltummaiņa uz mainīgo darbības režīmiem.

Veidi siltummaini dizainu

Rekuperatīvā TOA dizains var iedalīt pietiekami lielu skaitu grupās. Pazīstamākā un plaši izmanto - plākšņveida siltummaini, gaisa (rievotas caurule), Shell un cauruļu siltummaiņi "cauruli caurulē", shell-and-plate, un citi. Ir daudz ļoti specializēti un eksotiskie veidi, piemēram, spirāle (cochlea-siltummaiņa) vai skrāpis, kas strādā ar viskozu vai non-Ņūtona šķidrumiem, un daudzu cita veida.

Siltummainis "caurule caurulē"

Aplūkosim vienkāršāko aprēķinu siltummaiņa "caurule caurulē". Strukturāli šāda veida TOA ir maksimāli vienkāršotas. Laikā uzsākt iekšējo caurule iekārtas, parasti karstā siltuma pārneses šķidrumu, lai samazinātu zaudējumus, un korpusā vai uz ārējās caurules, dzesēšanas šķidruma dzesēšanas palaist. Inženieris Uzdevums šajā gadījumā samazina, lai noteiktu garumu siltummaiņa, balstoties uz aprēķina siltuma apmaiņas virsmas laukumu un iepriekš diametru.

Ir vērts piebilst, ka termodinamikā ievieš jēdzienu ideālu siltummaini, kas ir bezgalīga garuma vienību, kur dzesēšanas strādāt letes, un starp pilnībā izraisīja temperatūras starpību. Dizains "caurule caurulē" vistuvāk atbilst šīm prasībām. Un, ja palaist pretplūsmu siltuma pārneses šķidruma, tas būs tā sauktā "counter-real" (atšķirībā no pārrobežu kā plāksnes TOA). Temperatūras spiediens visefektīvāk aktivizēti, satiksmes organizāciju. Taču veicot "caurule caurulē" aprēķinu siltummaiņa jābūt reāli un neaizmirst par loģistikas komponents, kā arī atvieglotu uzstādīšanu. evrofury garums - 13,5 m, un ne visas tehniskās iespējas, kas pielāgotas slīdēt un uzstādīšana šāda garuma.

Shell un cauruļu siltummaiņi

Tādēļ, tā ir daļa no aprēķina šādu ierīci vienmērīgi ieplūst aprēķinot apvalka un cauruļu siltummaini. Šis aparāts, kas atšķiras ar to caurule saišķa ir vienā korpusā (korpusa), mazgā ar dažādiem dzesēšanas šķidrumiem, atkarībā no galamērķa aprīkojumu. Kondensatoru, piemēram, palaist dzesējošās jaka, un ūdens - mēģenē. Ar šo metodi satiksmes vidēm vieglāk un efektīvāk kontrolēt darbību vienības. In iztvaicētāja, pretēji, dzesējošās vielas viršanas temperatūras caurules un tie ir mazgāti ar atdzesētu šķidrumu (ūdeni, SĀLĪJUMA, glikolu, uc). Tāpēc aprēķinu, cauruļu siltummainis tiek samazināta, lai samazinātu iekārtu izmēru. Spēlējot ar diametru no korpusa, caurmēra un skaita un garuma iekšējās caurules aparātu inženieris iekļūst aprēķinātā vērtība siltumapmaiņas virsmas laukuma.

gaisa siltummaiņi

Viens no populārākajiem atjauninātu siltummaiņiem - a rievotas caurules siltummaiņiem. Tie ir sauc spoles. Ja tās ir ne tikai noteikt no gaisa pūtējiem (no angļu valodas. Fan + spoli, ti, "ventilators" + "spole"), iekšējos blokos split sistēmas uz milzu dūmgāzu rekuperators (atlases siltumu no karsto dūmgāzu un nodošanu tā par apkuri), katlu pie koģenerācijā. Tas ir iemesls, kāpēc aprēķinot spoles siltummaiņa atkarīgs no pieteikumu, kur siltuma iet ekspluatācijā. Rūpnieciskās gaisa dzesētāji (VOPy), kas uzstādīti kamerām šoka sasaldētas gaļas, saldētavās, pie zemām temperatūrām un citiem objektiem, pārtikas saldēšanas pieprasīt konkrētas strukturālas iezīmes savā dizainā. būtu maksimāli Attālums starp lameles (fin), lai palielinātu laiku nepārtrauktas darbības starp atkausējiet cikliem. Iztvaicētāji DCs (datu centrs), gluži pretēji, padara iespējamu kompaktāku fiksējošo mezhlamelnye attālumu līdz minimumam. Šādas siltummaiņi darbojas ar "tīru zonu", ko ieskauj skaistas filtru (līdz HEPA klases), tomēr šis aprēķins tiek veikts no cauruļveida siltummainim ar uzsvaru uz samazinot gabarītizmēri.

plākšņu siltummaiņi

Pašlaik stabils pieprasījums pēc plate siltummaiņiem. Saskaņā ar tās konstruktīvo dizains, tie ir pilnīgi blīvējamiem un daļēji metinātas, un mednopayanymi nikelpayanymi, metināts un pielodēti difūzijas metodi (bez lodēt). Termiskā dizains plākšņu siltummaiņa ir pietiekami elastīga un nav īpaši grūti inženieris. Atlases process var būt tipa plāksnes, dziļi kanāli formēšanai, fin tipa, tērauda biezumu, dažādiem materiāliem un, pats galvenais - daudz standarta izmēra modeļiem ierīču dažāda lieluma. Šādi siltummaiņi ir zems un plats (par tvaika apkures ūdens) vai augstu un šauru (atdalīšanas siltummaiņu gaisa kondicionēšanas sistēmās). Tos bieži izmanto, un saskaņā ar vidi, ar pārejas fāzes, ti, kā kondensatori, iztvaicētāji, tvaika dzesētāji, predkondensatorov un tā tālāk. D. Veikt siltuma dizainu siltummaiņa darbojas ar divfāzu modeli, nedaudz sarežģītāka nekā spole tipa "šķidruma", bet pieredzējis inženieris šī problēma ir atrisināma, un nav īpaši grūti. Lai atvieglotu šos aprēķinus mūsdienu inženieru dizaineri izmanto elektronisku datu bāzi, kur var atrast daudz nepieciešamo informāciju, tostarp fāžu diagrammu jebkuru dzesētājviela jebkādā svītru režīmā, piemēram, programma CoolPack.

Aprēķināšana Example siltummainis

Galvenais mērķis aprēķinu ir aprēķins par nepieciešamo siltuma apmaiņas virsmas laukumu. Heat (dzesēšana) jauda parasti ir noteikts darba uzdevumā, bet mūsu piemērā, mēs aprēķināsim, un viņu, jo, teiksim, čeku par prasību specifikācijas. Dažreiz tā arī notiek, ka sākotnējie dati var rāpot kļūda. Viens no uzdevumiem ir kompetenta inženiera - šī kļūda, lai atrastu un novērstu. Kā piemēru var minēt, veikt aprēķinu siltummaiņa plāksnes no "šķidruma - šķidruma". Let tas ir atdalītājs ķēdes (spiediena slēdzis) daudzstāvu ēkas. Lai atvieglotu spiedienu uz iekārtu, būvniecības debesskrāpju ļoti bieži izmanto šo pieeju. Uz vienu pusi no siltummaiņa ir ūdens pie ieejas Tvh1 = 14 ᵒS un iziet Tvyh1 = 9 ᵒS un plūsmas ātruma G1 = 14 500 kg / h, un, no otras puses - ir arī ūdens, bet šeit ar šādiem parametriem: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

Nepieciešams jauda (Q0) aprēķina siltuma bilances formulu (skat iepriekš skaitlis, formulu 7.1 ..), kur Cp - īpaša siltuma jauda (galda vērtību). Vienkāršības aprēķinu Šīs vērtības veikt siltuma jaudas EOT = 4.187 [kJ / kg * ᵒS]. Mēs uzskatām, ka:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84.3 84321,53 kW - uz pirmās puses, un

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84.3 84321,53 kW - uz otrā pusē.

Jāņem vērā, ka, saskaņā ar formulu (7.1), Q0 = Q1 = Q2, neatkarīgi no tā, kurā pusē veicamajā aprēķinā.

Turklāt, galvenajā siltuma pārneses vienādojuma (7.2), mēs atrast nepieciešamo virsmas laukumu (7.2.1), kur k - siltuma pārneses koeficients (pieņemts vienāds ar 6350 [W / ^m2]), un ΔTsr.log. - vidējais temperatūras starpība, tiek aprēķināta pēc formulas (7.3):

? T sr.log. = (2 - 1), / ln (2/1) = 1 / LN2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F ir = 84321/6350 * 1,4428 = 9.2 m ^2.

Gadījumā, ja siltuma pārneses koeficients ir zināms, aprēķināšana ir nedaudz sarežģītāks Plākšņveida siltummainis. Formula (7.4), tiek uzskatīti Reynolds numurs kur ρ - blīvums [kg / ^m3], η - dinamiskā viskozitāte, [n * s / m ^2], v - ātrums no vidējā kanālā [m / s], d cm - samitrināms urbuma diametrs [m].

No tabulas mēs cenšas vēlamo vērtību Prandtl [Pr], un pēc formulas (7.5), iegūstam Nusselt numuru, kur n = 0,4 - šķidra apkures apstākļos, un n = 0,3 - dzesēšanas šķidrās apstākļos.

Turklāt formula (7.6) aprēķina siltuma caurlaidības koeficients no dzesētāja uz katras sienas, un formula (7.7) ir pieņemts siltuma pārneses koeficients, kas ir aizvietota ar formulu (7.2.1), lai aprēķinātu siltuma apmaiņas virsmas laukumu.

Iepriekš minētajās formulās, λ - siltuma vadīšanas koeficients, ϭ - biezums kanāla sienas, α1 un α2 - siltuma pārneses koeficientu katrs no siltuma pārneses sienas.