Grunnleggende konsepter for varmeoverføring for beregning av varmevekslere

Beregning av varmeveksleren tar for tiden ikke mer enn fem minutter. Enhver organisasjon som produserer og selger slikt utstyr, gir som regel alle sitt eget utvalgsprogram. Du kan laste den ned gratis fra selskapets nettside, ellers vil deres tekniker komme til kontoret ditt og installere det gratis. Hvor korrekt er imidlertid resultatet av slike beregninger, er det mulig å stole på det, og er produsenten ikke utspekulert når de kjemper i et anbud med sine konkurrenter? Å sjekke en elektronisk kalkulator krever kunnskap eller i det minste forståelse av beregningsmetoden for moderne varmevekslere. La oss prøve å finne ut detaljene.

Hva er en varmeveksler

La oss huske, hva slags enhet er det før vi beregner varmeveksleren? Et varme- og masseutvekslingsapparat (aka en varmeveksler, aka en varmeveksler eller TOA) er en enhet for å overføre varme fra en varmebærer til en annen. I prosessen med å endre temperaturene på kjølevæskene, endres densiteten og følgelig masseindikatorene for stoffer. Derfor kalles slike prosesser varme og masseoverføring.

Hovedmeny

Hallo! En varmeveksler er en innretning der varmeveksling utføres mellom to eller flere varmebærere eller mellom varmebærere og faste stoffer (dyse, vegg). Kjølevæskens rolle kan også spilles av omgivelsene rundt apparatet. I henhold til deres formål og design kan varmevekslere være veldig forskjellige, alt fra den enkleste (radiatoren) til den mest avanserte (kjelenheten). I henhold til driftsprinsippet er varmevekslere delt inn i rekuperativ, regenerativ og blanding.

Recuperative enheter kalles enheter der varme og kalde varmebærere strømmer samtidig, atskilt med en solid vegg. Disse enhetene inkluderer varmeovner, kjeleenheter, kondensatorer, fordampere, etc.

Apparat der den samme varmeoverflaten vekselvis vaskes av varm og kald væske kalles regenerativ. I dette tilfellet blir varmen som akkumuleres av apparatets vegger under deres interaksjon med den varme væsken avgitt til den kalde væsken. Et eksempel på regenerative apparater er luftvarmere til åpen ildsted og masovner, varmeovner osv. I regeneratorer skjer varmeveksling alltid under ikke-stasjonære forhold, mens rekuperasjonsapparater for det meste fungerer i en stasjonær modus.

Recuperative og regenerative enheter kalles også overflate, siden prosessen med varmeoverføring i dem uunngåelig er forbundet med overflaten til et fast stoff.

Blandere er enheter der varmeoverføring utføres ved direkte blanding av varme og kalde væsker.

Den gjensidige bevegelsen av varmebærere i varmevekslere kan være annerledes (figur 1.).

Avhengig av dette skilles det mellom enheter med direkte strømning, motstrøm, kryssflyt og med en kompleks bevegelsesretning for varmebærere (blandet strøm). Hvis kjølevæskene strømmer parallelt i en retning, kalles et slikt bevegelsesmønster foroverstrømning (figur 1.). Med motstrøm beveger kjølevæskene seg parallelt, men mot hverandre. Hvis bevegelsesretningene for væsker krysser hverandre, kalles bevegelsesmønsteret kryssflyt. I tillegg til de nevnte ordningene, brukes også mer komplekse i praksis: samtidig fremoverstrøm og motstrøm, multikorsstrøm osv.

Avhengig av det teknologiske formålet og designfunksjonene, er varmevekslere delt inn i varmtvannsberedere, kondensatorer, kjeleenheter, fordampere osv. Men det vanlige er at de alle tjener til å overføre varme fra en varmebærer til en annen, derfor er de grunnleggende bestemmelsene av termisk beregning er de samme for dem .... Forskjellen kan bare være det endelige formålet med forliket. Når du designer en ny varmeveksler, er beregningsoppgaven å bestemme varmeoverflaten; i verifikasjonens termiske beregning av den eksisterende varmeveksleren, er det nødvendig å finne mengden overført varme og de endelige temperaturene til arbeidsfluidene.

Varmeberegningen er i begge tilfeller basert på varmebalanseligningene og varmeoverføringsligningen.

Varmevekslerligningen til varmeveksleren har formen:

hvor M er massestrømningshastigheten til kjølevæsken, kg / s; cpm - spesifikk masse isobar gjennomsnittlig varmekapasitet for kjølevæsken, J / (kg * ° С).

Heretter angir tegnet "1" verdiene relatert til den varme væsken (primær varmebærer), og tegnet "2" - til den kalde væsken (sekundær varmebærer); ledningen tilsvarer temperaturen på væsken ved innløpet til apparatet, og to linjer - ved utløpet.

Ved beregning av varmevekslere brukes ofte konseptet med den totale varmekapasiteten til massestrømningshastigheten til varmebæreren (vannekvivalent), lik C = Mav W / ° C. Fra uttrykk (1) følger det

det vil si at forholdet mellom temperaturendringer av enfaset varmeoverføringsfluider er omvendt proporsjonalt med forholdet mellom deres totale forbruk varmekapasitet (vannekvivalenter).

Varmeoverføringsligningen skrives som følger: Q = k * F * (t1 - t2), hvor t1, t2 er temperaturene til de primære og sekundære varmebærerne; F er varmeoverføringsoverflaten.

Under varmeveksling, i de fleste tilfeller, endres temperaturene til begge varmebærerne, og derfor endres temperaturhodet Δt = t1 - t2. Varmeoverføringskoeffisienten over varmevekslingsoverflaten vil også ha en variabel verdi, derfor bør gjennomsnittsverdiene for temperaturforskjellen Δtav og varmeoverføringskoeffisienten kcp erstattes i varmeoverføringsligningen, det vil si

Q = kсp * F * Δtcp (3)

Varmevekslingsområdet F beregnes med formelen (3), mens den termiske ytelsen Q er spesifisert. For å løse problemet er det nødvendig å beregne varmeoverføringskoeffisienten i gjennomsnitt over hele overflaten kсp og temperaturhodet Δtav.

Når man beregner den gjennomsnittlige temperaturforskjellen, er det nødvendig å ta hensyn til arten av endringen i temperaturene til varmebærerne langs varmeveksleroverflaten. Det er kjent fra teorien om varmeledningsevne at temperaturfordelingen langs lengden i en plate eller en sylindrisk stang i nærvær av en temperaturforskjell ved endene (sideflatene er isolert). Hvis varmeutveksling finner sted på sideoverflaten eller systemet har interne varmekilder, er temperaturfordelingen krumlinær. Med en jevn fordeling av varmekilder, vil temperaturendringen langs lengden være parabolsk.

I varmevekslere avviker naturens endring i temperaturene til varmebærerne fra den lineære og bestemmes av den totale varmekapasiteten C1 og C2 for varmestrømmenes massestrømningshastigheter og retningen for deres gjensidige bevegelse. (Fig. 2).

Det kan sees av grafene at temperaturendringen langs overflaten F ikke er den samme. I samsvar med ligning (2), jo større temperaturendring vil være for varmebæreren med den lavere varmekapasiteten til massestrømningshastigheten. Hvis kjølevæskene er de samme, for eksempel i en vann-til-vann-varmeveksler, vil arten av endringen i temperaturene til kjølevæskene helt bestemmes av deres strømningshastigheter, og ved en lavere strømningshastighet, temperaturen endring vil være stor.Ved strømning er sluttemperaturen t "2 for det oppvarmede mediet alltid mindre enn temperaturen t" 1 for oppvarmingsmediet ved utløpet av apparatet, og med motstrøm kan sluttemperaturen t "2 være høyere enn temperaturen t "1 (se for motstrøm i saken når C1> C2). Følgelig kan mediet som skal oppvarmes med motstrøm ved samme innledende temperatur oppvarmes til en høyere temperatur enn med strøm.

Ved strømning endres temperaturhodet langs varmeoverflaten i større grad enn med motstrøm. Samtidig er dens gjennomsnittsverdi i sistnevnte tilfelle større, som et resultat av at oppvarmingsflaten til apparatet med motstrøm vil være mindre. Dermed vil mer varme i dette tilfellet overføres mer varme. Basert på dette, bør enheter med motstrøm foretrekkes.

Som et resultat av en analytisk studie av en varmeveksler som opererer i henhold til direktestrømningsskjemaet, ble det funnet at temperaturhodet langs varmeveksleroverflaten endres eksponentielt, slik at gjennomsnittstemperaturhodet kan beregnes med formelen:

der Δtb er den store temperaturforskjellen mellom den varme og kalde varmebæreren (fra den ene enden av varmeveksleren); Δtm - mindre temperaturforskjell (fra den andre enden av varmeveksleren).

Med en fremoverstrømning, Δtb = t'1 - t'2 og Δtm = t "1 - t" 2 (fig. 2.). Denne formelen er også gyldig for motstrøm med den eneste forskjellen som for tilfellet når C1 C2 Δtb = t" 1 - t'2 og Δtm = t'1 - t "2.

Den gjennomsnittlige temperaturforskjellen mellom to medier, beregnet med formelen (4), kalles den gjennomsnittlige logaritmiske. temperaturhode. Uttrykkets form skyldes naturen til temperaturendringen langs varmeoverflaten (krumlinjeavhengighet). Hvis avhengigheten var lineær, bør temperaturhodet bestemmes som et aritmetisk gjennomsnitt (figur 3.). Verdien av det aritmetiske middelhodet Δtа.av er alltid større enn den gjennomsnittlige logaritmiske Δtl.av. I tilfeller der temperaturhodet langs lengden på varmeveksleren endres ubetydelig, det vil si at tilstanden Δtb / Δtm <2 er oppfylt, kan den gjennomsnittlige temperaturforskjellen beregnes som et aritmetisk gjennomsnitt:

Gjennomsnittet av temperaturforskjellen for enheter med kryss- og blandestrømmer kjennetegnes av kompleksiteten i beregningene, og derfor blir resultatene av løsninger vanligvis gitt i form av grafer for en rekke av de vanligste skjemaene. Isp. Litteratur: 1) Fundamentals of heat power engineering, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Minsk, red. 2. "Higher school", 1976. 3) Heat engineering, red. 2, under hovedredaksjonen. I Sushkina, Moskva "Metallurgy", 1973.

Typer varmeoverføring

La oss nå snakke om typer varmeoverføring - det er bare tre av dem. Stråling - overføring av varme gjennom stråling. Som et eksempel kan du tenke deg å sole deg på stranden en varm sommerdag. Og slike varmevekslere kan til og med bli funnet på markedet (lampe luftvarmer). Imidlertid kjøper vi ofte olje eller elektriske radiatorer for oppvarming av boliger, rom i en leilighet. Dette er et eksempel på en annen type varmeoverføring - konveksjon. Konveksjon kan være naturlig, tvunget (avtrekkshette, og det er en rekuperator i esken) eller mekanisk indusert (med for eksempel en vifte). Sistnevnte type er mye mer effektiv.

Den mest effektive måten å overføre varme på er imidlertid varmeledningsevne, eller, som det også kalles, ledning (fra engelsk ledning - "conduction"). Enhver ingeniør som skal utføre en termisk beregning av en varmeveksler, tenker først og fremst på å velge effektivt utstyr i minst mulig dimensjoner. Og dette oppnås nettopp på grunn av varmeledningsevne. Et eksempel på dette er den mest effektive TOA i dag - platevarmevekslere. Plate TOA er per definisjon en varmeveksler som overfører varme fra ett kjølevæske til et annet gjennom veggen som skiller dem. Det maksimale mulige kontaktarealet mellom to medier, sammen med riktig valgte materialer, platens profil og tykkelse, lar deg minimere størrelsen på det valgte utstyret samtidig som du opprettholder de opprinnelige tekniske egenskapene som kreves i den teknologiske prosessen.

Varmevekslertyper

Før du beregner varmeveksleren, bestemmes de av typen. All TOA kan deles inn i to store grupper: rekuperative og regenerative varmevekslere. Hovedforskjellen mellom dem er som følger: i rekuperativ TOA skjer varmeveksling gjennom en vegg som skiller mellom to kjølevæsker, og i regenerativ TOA har de to media direkte kontakt med hverandre, ofte blanding og krever påfølgende separasjon i spesielle separatorer. Regenerative varmevekslere er delt inn i blanding og varmevekslere med pakking (stasjonær, fallende eller mellomliggende). Grovt sett er en bøtte med varmt vann utsatt for frost eller et glass varm te plassert i kjøleskapet for å kjøle seg ned (aldri gjør det!) Et eksempel på en slik blanding av TOA. Og ved å helle te i et fat og avkjøle det på denne måten, får vi et eksempel på en regenerativ varmeveksler med en dyse (fatet i dette eksemplet spiller rollen som en dyse), som først kommer i kontakt med den omgivende luften og tar temperaturen , og tar deretter noe av varmen fra den varme teen som helles i den. Han prøver å bringe begge medier i termisk likevekt. Imidlertid, som vi allerede har funnet ut tidligere, er det mer effektivt å bruke varmeledningsevne for å overføre varme fra ett medium til et annet, derfor er TOA som er mer nyttige når det gjelder varmeoverføring (og mye brukt) i dag, selvfølgelig rekuperativ.

Bestemmelse av mengden varme

Varmeoverføringsligningen som brukes for steady-state tidsenheter og prosesser er som følger:

Q = KFtcp (W)

I denne ligningen:

• K er verdien av varmeoverføringskoeffisienten (uttrykt i W / (m2 / K));
• tav - den gjennomsnittlige forskjellen i temperaturindikatorer mellom forskjellige varmebærere (verdien kan oppgis både i grader Celsius (0С) og i kelvin (K));
• F er verdien av overflatearealet som varmeoverføring skjer for (verdien er gitt i m2).

Ligningen lar deg beskrive prosessen der varme overføres mellom varmebærere (fra varm til kald). Ligningen tar hensyn til:

• varmeoverføring fra kjølevæsken (varm) til veggen;
• vegg termisk ledningsevne parametere;
• varmeoverføring fra veggen til kjølevæsken (kald).

Termisk og strukturell beregning

Enhver beregning av en gjenopprettende varmeveksler kan gjøres basert på resultatene av termiske, hydrauliske og styrkeberegninger. De er grunnleggende, obligatoriske i utformingen av nytt utstyr og danner grunnlaget for beregningsmetoden for påfølgende modeller av linjen til samme type apparater. Hovedoppgaven med termisk beregning av TOA er å bestemme det nødvendige området av varmeveksleroverflaten for stabil drift av varmeveksleren og opprettholde de nødvendige parametrene til mediet ved utløpet. Ofte, i slike beregninger, får ingeniører vilkårlige verdier av masse og størrelsesegenskaper for det fremtidige utstyret (materiale, rørdiameter, platestørrelser, bjelkegeometri, type og materiale til finning, etc.), derfor etter termisk, utføres vanligvis en konstruktiv beregning av varmeveksleren. Faktisk, hvis ingeniøren i det første trinnet beregnet det nødvendige overflatearealet for en gitt rørdiameter, for eksempel 60 mm, og lengden på varmeveksleren således viste seg å være omtrent seksti meter, er det mer logisk å anta en overgang til en multi-pass varmeveksler, eller til en shell-and-tube type, eller for å øke diameteren på rørene.

Varmeoverføringsmekanismer i beregningen av varmevekslere

De tre hovedtypene for varmeoverføring er konveksjon, varmeledning og stråling.

I varmevekslingsprosesser som fortsetter i samsvar med prinsippene for mekanismen for varmeledning, overføres varmeenergi i form av energioverføring av elastiske atom- og molekylvibrasjoner. Overføringen av denne energien mellom forskjellige atomer er i retning av å avta.

Beregningen av egenskapene til overføring av termisk energi i henhold til prinsippet om varmeledningsevne utføres i henhold til Fourier-loven

Data om overflateareal, varmeledningsevne, temperaturgradient, strømningsperiode brukes til å beregne mengden varmeenergi.Konseptet med en temperaturgradient er definert som temperaturendringen i retning av varmeoverføring med en eller annen lengdeenhet.

Varmeledningsevnen er hastigheten på varmevekslingsprosessen, dvs. mengden termisk energi som går gjennom en hvilken som helst overflatenhet per tidsenhet.

Som du vet, er metaller preget av den høyeste koeffisienten for varmeledningsevne i forhold til andre materialer, som må tas i betraktning i alle beregninger av varmevekslingsprosesser. Når det gjelder væsker, har de som regel en relativt lavere koeffisient for varmeledningsevne sammenlignet med legemer i solid tilstand av aggregering.

Det er mulig å beregne mengden overført termisk energi for beregning av varmevekslere, der varmeenergi overføres mellom forskjellige medier gjennom veggen ved hjelp av Fourier-ligningen. Det er definert som mengden varmeenergi som passerer gjennom et plan som er preget av en veldig liten tykkelse:

Etter å ha utført noen matematiske operasjoner, får vi følgende formel

Det kan konkluderes med at temperaturfallet inne i veggen utføres i samsvar med loven om en rett linje.

Hydraulisk beregning

Hydrauliske eller hydromekaniske så vel som aerodynamiske beregninger utføres for å bestemme og optimalisere det hydrauliske (aerodynamiske) trykktapet i varmeveksleren, samt for å beregne energikostnadene for å overvinne dem. Beregningen av en hvilken som helst bane, kanal eller rør for gjennomføring av kjølevæsken utgjør en primær oppgave for en person - å intensivere varmeoverføringsprosessen i dette området. Det vil si at det ene mediet skal overføres, og det andre skal motta så mye varme som mulig ved minimumsintervallet for strømningen. For dette brukes ofte en ekstra varmevekslingsoverflate, i form av en utviklet overflateribbing (for å skille det laminære underlaget av grensen og forbedre turbulisering av strømmen). Det optimale balanseforholdet mellom hydrauliske tap, varmeveksleroverflate, vekt og størrelsesegenskaper og fjernet varmeeffekt er resultatet av en kombinasjon av termisk, hydraulisk og konstruktiv beregning av TOA.

Verifiseringsberegning

Beregning av varmeveksleren utføres i tilfelle når det er nødvendig å legge en margin for kraft eller for området av varmeveksleroverflaten. Overflaten er reservert av forskjellige grunner og i forskjellige situasjoner: hvis dette er nødvendig i henhold til vilkårene, hvis produsenten bestemmer seg for å legge til en ekstra margin for å være sikker på at en slik varmeveksler vil gå i drift, og for å minimere feil gjort i beregningene. I noen tilfeller er det nødvendig med redundans for å avrunde resultatene av dimensjoner, i andre (fordampere, økonomisatorer), er en overflatemargin spesielt innført i beregningen av varmevekslerens kapasitet for forurensning med kompressorolje i kjølekretsen. Og den lave vannkvaliteten må tas i betraktning. Etter en tid med uavbrutt drift av varmevekslere, spesielt ved høye temperaturer, legger kalk seg på apparatets varmeveksleroverflate, noe som reduserer varmeoverføringskoeffisienten og fører uunngåelig til en parasittisk reduksjon i varmefjerning. Derfor legger en kompetent ingeniør særlig vekt på ytterligere redundans i varmeveksleroverflaten når den beregner vann-til-vann-varmeveksleren. Verifiseringsberegningen utføres også for å se hvordan det valgte utstyret vil fungere i andre sekundære modus. For eksempel brukes i sentrale klimaanlegg (luftforsyningsenheter) første og andre varmeovner, som brukes i den kalde årstiden, ofte om sommeren for å kjøle ned den innkommende luften ved å tilføre kaldt vann til rørene til luftvarmeveksleren.Hvordan de vil fungere og hvilke parametere de vil gi ut, lar deg evaluere bekreftelsesberegningen.

Enhet og driftsprinsipp

Varmevekslerutstyr på det moderne markedet presenteres i et bredt utvalg.

Hele det tilgjengelige sortimentet av produkter fra denne linjen kan deles inn i to typer, for eksempel:

• plateaggregater;
• skall-og-rør-enheter.

Sistnevnte sort, på grunn av den lave effektivitetsgraden, så vel som den store størrelsen, blir nesten ikke solgt på markedet i dag. Platevarmeveksleren består av identiske bølgeplater som er festet til en solid metallramme. Elementene er plassert i et speilbilde i forhold til hverandre, og mellom dem er det stål- og gummipakninger. Det nyttige varmevekslingsområdet avhenger direkte av platens størrelse og antall.

Plateenheter kan deles inn i to underarter basert på konfigurasjon, for eksempel:

• loddede enheter;
• tetnings varmevekslere.

Sammenleggbare enheter skiller seg fra produkter av loddet monteringstype ved at enheten så snart som mulig kan oppgraderes og tilpasses personlige behov, for eksempel legge til eller fjerne et visst antall plater. Varmevekslere med tetning er etterspurt i områder der hardt vann brukes til husholdningsbehov, på grunn av funksjonene som drikke og forskjellige forurensninger samler seg på enhetens elementer. Disse neoplasmene påvirker enhetens effektivitet negativt, derfor må de rengjøres regelmessig, og takket være konfigurasjonen er dette alltid mulig.

Ikke-demonterbare enheter kjennetegnes av følgende funksjoner:

• høyt motstandsnivå mot svingninger i høyt trykk og temperatur;
• lang levetid;
• lett vekt.

De loddede enhetene rengjøres uten å demontere hele strukturen.

Basert på beregningen av enhetens type og installasjonsalternativ, skal det skilles mellom to typer varmevekslere for varmt vann fra oppvarming.

• Interne varmevekslere er plassert i selve varmeenhetene - ovner, kjeler og andre. Installasjon av denne typen lar deg få maksimal effektivitet under driften av produktene, siden varmetapet for oppvarming av saken vil være minimalt. Som regel er slike enheter allerede innebygd i kjelen på det tidspunktet kjelene produseres. Dette forenkler installasjon og igangkjøring i stor grad, siden du bare trenger å justere den nødvendige driftsmodusen til varmeveksleren.

• Eksterne varmevekslere må kobles til separat fra varmekilden. Slike enheter er relevante for bruk i tilfeller der driften av enheten er avhengig av en ekstern varmekilde. Hus med sentralvarme er et eksempel. I denne utførelsen fungerer husholdningsenheten som varmer opp vannet som en ekstern enhet.

Tatt i betraktning typen materiale som avskjedene er laget av, er det verdt å markere følgende modeller:

• stål varmevekslere;
• innretninger laget av støpejern.

I tillegg skiller kobberloddede systemer seg ut. De brukes til fjernvarme i bygårder.

Følgende egenskaper bør vurderes som egenskapene til støpejernutstyr:

• råvaren avkjøles ganske sakte, noe som sparer driften av hele varmesystemet;
• materialet har høy varmeledningsevne, alle støpejernsprodukter har iboende egenskaper der det varmes opp veldig raskt og avgir varme til andre elementer;
• råmaterialet er motstandsdyktig mot dannelse av skala på basen, i tillegg er det mer motstandsdyktig mot korrosjon;
• ved å installere flere seksjoner, kan du øke kraften og funksjonaliteten til enheten som helhet;
• produkter fra dette materialet kan transporteres i deler, dele det opp i seksjoner, noe som letter leveringsprosessen, samt installasjon og vedlikehold av varmeveksleren.

Vi foreslår at du gjør deg kjent med: Hvilken side du vil sette dampsperren a - DOLGOSTROI.PRO
Som et hvilket som helst annet produkt har en slik avhengig enhet følgende ulemper:

• støpejern er bemerkelsesverdig for sin lave motstand mot skarpe temperatursvingninger, slike fenomener kan være fulle av dannelse av sprekker på enheten, noe som vil påvirke ytelsen til varmeveksleren negativt;
• Selv om de har store dimensjoner, er støpejernsenheter veldig skjøre, og derfor kan mekaniske skader, spesielt under transport av produkter, skade det alvorlig;
• materialet er utsatt for tørr korrosjon;
• enhetens store masse og dimensjoner kompliserer noen ganger utviklingen og installasjonen av systemet.

Stålvarmevekslere for varmtvannsforsyning er bemerkelsesverdige for følgende fordeler:

• høy varmeledningsevne;
• liten masse produkter. Stål gjør ikke systemet tyngre, derfor er slike enheter det beste alternativet når det er behov for en varmeveksler, hvis oppgave er å betjene et stort område;
• stålenheter er motstandsdyktige mot mekanisk belastning;
• stålvarmeveksleren reagerer ikke på temperatursvingninger inne i konstruksjonen;
• materialet har gode elastisitetsegenskaper, men langvarig kontakt med et høyt oppvarmet eller avkjølt medium kan føre til dannelse av sprekker i sveiseområdet.

Ulempene med enheter inkluderer følgende funksjoner:

• følsomhet for elektrokjemisk korrosjon. Derfor, med konstant kontakt med et aggressivt miljø, vil levetiden til enheten bli redusert betydelig;
• enhetene ikke har mulighet til å øke arbeidseffektiviteten;
• stålenheten mister varmen veldig raskt, som er fylt med økt drivstofforbruk for produktiv drift;
• lavt vedlikeholdsnivå. Det er nesten umulig å reparere enheten med egne hender;
• sluttmonteringen av stålvarmeveksleren utføres under forholdene på verkstedet der den ble produsert. Enhetene er monolitiske blokker av stor størrelse, på grunn av hvilke det er vanskeligheter med levering.

Noen produsenter, for å øke kvaliteten på stålvarmevekslere, dekker de indre veggene med støpejern, og øker dermed påliteligheten av strukturen.

Moderne varmevekslere er enheter hvis drift er basert på forskjellige prinsipper:

• irrigasjon;
• nedsenkbar;
• loddet;
• overfladisk;
• sammenleggbar;
• ribbet lamellær;
• blande;
• shell-and-tube og andre.

Men platevarmevekslere for varmtvannsforsyning og oppvarming skiller seg gunstig fra en rekke andre. Dette er gjennomstrømningsovner. Installasjoner er en serie plater, mellom hvilke to kanaler dannes: varme og kalde. De er atskilt med en stål- og gummipakning, så blanding av media elimineres.

Platene er samlet i en blokk. Denne faktoren bestemmer enhetens funksjonalitet. Platene er identiske i størrelse, men ligger ved en sving på 180 grader, noe som er årsaken til dannelsen av hulrom som væsker transporteres gjennom. Slik dannes vekslingen mellom kalde og varme kanaler og en varmevekslingsprosess dannes.

Resirkulering i denne typen utstyr er intensiv. Forholdene der varmeveksleren for varmtvannsforsyningssystemer skal brukes, avhenger av pakningens materiale, antall plater, størrelse og type. Installasjoner som forbereder varmt vann er utstyrt med to kretser: den ene for varmtvann, den andre for romoppvarming. Platemaskiner er sikre, produktive og brukes i følgende områder:

• klargjøring av varmebærer i varmtvannsforsyning, ventilasjon og varmesystemer;
• kjøling av matvarer og industrielle oljer;
• varmtvannsforsyning for dusjer på bedrifter;
• for fremstilling av varmebæreren i gulvvarmesystemer;
• for fremstilling av en varmebærer i næringsmiddelindustrien, kjemisk og farmasøytisk industri;
• oppvarming av bassengvann og andre varmevekslingsprosesser.

Forskningsberegninger

Forskningsberegninger av TOA utføres på grunnlag av de oppnådde resultatene av termiske beregninger og verifikasjonsberegninger. Som regel er de nødvendige for å gjøre de siste endringene i utformingen av det projiserte apparatet. De blir også utført for å korrigere ligninger som er nedfelt i den implementerte beregningsmodellen TOA, oppnådd empirisk (ifølge eksperimentelle data). Å utføre forskningsberegninger involverer titalls, og noen ganger hundrevis av beregninger i henhold til en spesiell plan utviklet og implementert i produksjon i henhold til den matematiske teorien om eksperimentplanlegging. I følge resultatene avsløres påvirkning av forskjellige forhold og fysiske størrelser på ytelsesindikatorene til TOA.

Andre beregninger

Når du beregner arealet til varmeveksleren, ikke glem materialets motstand. TOA-styrkeberegningene inkluderer å sjekke den konstruerte enheten for spenning, vridning, for å bruke maksimalt tillatte driftsmomenter på delene og samlingene til den fremtidige varmeveksleren. Med minimale dimensjoner må produktet være holdbart, stabilt og garantere sikker drift under forskjellige, selv under de mest belastende driftsforholdene.

Dynamisk beregning utføres for å bestemme de forskjellige egenskapene til varmeveksleren ved varierende modus for driften.

Tube-in-tube varmevekslere

La oss vurdere den enkleste beregningen av en rør-i-rør-varmeveksler. Strukturelt er denne typen TOA forenklet så mye som mulig. Som regel slippes et varmt kjølevæske inn i det indre røret av apparatet for å minimere tap, og et kjølevæske skylles inn i huset eller inn i det ytre røret. Oppgaven til ingeniøren er i dette tilfellet redusert til å bestemme lengden på en slik varmeveksler basert på det beregnede arealet på varmeveksleroverflaten og gitt diametre.

Det skal legges til her at konseptet med en ideell varmeveksler introduseres i termodynamikk, det vil si et apparat med uendelig lengde, hvor kjølevæskene fungerer i motstrøm, og temperaturforskjellen utløses fullt mellom dem. Rør-i-rør-designen kommer nærmest til å oppfylle disse kravene. Og hvis du kjører kjølevæskene i en motstrøm, så vil det være den såkalte "virkelige motstrømmen" (og ikke kryssstrøm, som i plate TOA). Temperaturhodet utløses mest effektivt med en slik organisering av bevegelse. Imidlertid, når man beregner en rør-i-rør-varmeveksler, bør man være realistisk og ikke glemme logistikkomponenten, samt enkel installasjon. Lengden på eurotruck er 13,5 meter, og ikke alle tekniske rom er tilpasset skrens og installasjon av utstyr av denne lengden.

Hvordan beregne varmeveksleren

Det er viktig å beregne varmeveksleren, ellers er det ikke sikkert at den termiske effekten er nok til å varme opp rommet. Varmesystemet er designet for å kompensere for varmetap. Følgelig kan vi bare finne ut den nøyaktige mengden nødvendig varmeenergi basert på varmetapet i bygningen. Det er ganske vanskelig å beregne, derfor tar de i gjennomsnitt 100 W per 1 kvadratmeter med en takhøyde på 2,7 m.

Det må være et gap mellom svingene.

Følgende verdier er også nødvendige for beregningen:

• Pi;
• diameteren på røret som er tilgjengelig (ta 10 mm);
• lambda varmeledningsevne av metall (for kobber 401 W / m * K);
• tilførsels- og returtemperaturen til kjølevæsken (20 grader).

For å bestemme lengden på røret, må du dele den totale termiske effekten i W av produktet av de ovennevnte faktorene.La oss vurdere å bruke eksemplet på en kobbervarmeveksler med en ønsket termisk effekt på 3 kW - dette er 3000 W.

3000 / 3.14 (Pi) * 401 (varmeledningsevne lambda) * 20 (temperatur delta) * 0.01 (rørdiameter i meter)

Fra denne beregningen viser det seg at du trenger 11,91 m kobberrør med en diameter på 10 mm for at varmeeffekten til spolen skal være 3 kW.

Varmevekslere av skall og rør

Derfor flyter beregningen av et slikt apparat jevnt inn i beregningen av en skall-og-rør-varmeveksler. Dette er et apparat der et rørbunt er plassert i et enkelt foringsrør (foringsrør), vasket av forskjellige kjølevæsker, avhengig av formålet med utstyret. I kondensatorer kjøres kjølemediet for eksempel inn i kappen og vannet inn i rørene. Med denne metoden for å flytte media er det mer praktisk og effektivt å kontrollere driften av apparatet. Tvert imot koker kjølemediet i rørene i fordampere, og samtidig vaskes de av den avkjølte væsken (vann, saltlake, glykoler, etc.). Derfor blir beregningen av en skall-og-rør-varmeveksler redusert for å minimere størrelsen på utstyret. Mens du leker med foringsrørets diameter, diameteren og antallet av indre rør og lengden på apparatet, når ingeniøren den beregnede verdien av området for varmeveksleroverflaten.

Luftvarmevekslere

En av de vanligste varmevekslerne i dag er de finnede rørformede varmevekslerne. De kalles også spoler. Uansett hvor de ikke er installert, starter du fra viftekonvektorenheter (fra den engelske viften + spolen, dvs. "vifte" + "spolen") i de indre blokkene i delte systemer og slutter med gigantiske røykgassrekuperatorer (varmeutvinning fra varm røykgass og overfør den til oppvarmingsbehov) i kjeleanlegg ved kraftvarmeproduksjon. Derfor avhenger utformingen av en spiralvarmeveksler av applikasjonen hvor varmeveksleren vil gå i drift. Industrielle luftkjølere (VOP), installert i frysekamre av kjøtt, i frysere med lave temperaturer og andre gjenstander for kjøling av mat, krever visse designfunksjoner for å oppnå dem. Avstanden mellom lamellene (finnene) skal være så stor som mulig for å øke den kontinuerlige driftstiden mellom avrimingssyklusene. Fordampere for datasentre (databehandlingssentre) er tvert imot laget så kompakte som mulig, og klemmer avstanden til et minimum. Slike varmevekslere opererer i "rene soner" omgitt av fine filtre (opp til HEPA-klassen). Derfor blir en slik beregning av den rørformede varmeveksleren utført med vekt på å minimere størrelsen.

Typer av varmevekslere

En oppvarmet håndklestang er også en varmeveksler.

Du kan lage en spiral med egne hender av forskjellige design og fra flere typer metall (stål, kobber, aluminium, støpejern). Produkter av aluminium og støpejern er stemplet i fabrikker, siden de nødvendige forholdene for arbeid med disse metallene bare kan oppnås under produksjonsforhold. Uten dette vil det være mulig å bare arbeide med stål eller kobber. Det er best å bruke kobber, da det er formbart og har en høy grad av varmeledningsevne. Det er to ordninger for å lage en spole:

• skru;
• parallell.

Den spiralformede skjemaet innebærer plasseringen av spiralsvingene langs en spiralformet linje. Kjølevæsken i slike varmevekslere beveger seg i en retning. Hvis det er nødvendig, for å øke varmeeffekten, kan flere spiraler kombineres i henhold til "rør i rør" -prinsippet.

For å minimere varmetapet så mye som mulig, må du velge hva slags isolasjon som er best for å isolere huset utenfra. Det avhenger også av materialet på veggene.

Det er nødvendig å velge isolasjon for et trehus basert på dampgjennomtrengelighet av varmeisolasjonen.

I en parallell krets endrer kjølevæsken kontinuerlig sin bevegelsesretning. En slik varmeveksler er laget av rette rør forbundet med en 180 graders albue.I noen tilfeller, for eksempel for fremstilling av et oppvarmingsregister, kan det hende at svingbare knær ikke brukes. I stedet for dem installeres en direkte bypass, som kan være plassert både i den ene og i begge ender av røret.

Metoder for varmeoverføring

Prinsippet for drift av en varmeveksler er å varme opp et stoff på bekostning av varmen til et annet. Dermed kan vannet i varmeveksleren varmes opp med åpen flamme. I dette tilfellet vil det fungere som en kjøleribbe. Men også selve spolen kan fungere som varmekilde. For eksempel når et kjølevæske strømmer gjennom rørene, oppvarmet i en kjele eller ved hjelp av et innebygd elektrisk varmeelement, og varmen overføres til vann fra varmesystemet. I utgangspunktet er det endelige formålet med varmeoverføring å varme inneluften.

Plate varmevekslere

For tiden er platevarmevekslere i stabil etterspørsel. I henhold til utformingen er de helt sammenleggbare og halvsveisede, kobberloddede og nikkelloddede, sveisede og loddede ved diffusjonsmetoden (uten lodding). Den termiske utformingen av en platevarmeveksler er fleksibel nok og ikke spesielt vanskelig for en ingeniør. I utvelgelsesprosessen kan du leke med platetypen, stansedybden til kanalene, typen ribbering, tykkelsen på stål, forskjellige materialer og viktigst av alt - en rekke standardstørrelsesmodeller av enheter med forskjellige dimensjoner. Slike varmevekslere er lave og brede (for dampoppvarming av vann) eller høye og smale (skille varmevekslere for klimaanlegg). De brukes ofte til faseendringsmedier, det vil si kondensatorer, fordampere, varmeovner, forkondensatorer osv. Det er litt vanskeligere å utføre termisk beregning av en varmeveksler som arbeider i henhold til et tofaseskjema enn en væske -til flytende varmeveksler, men for en erfaren ingeniør er denne oppgaven løsbar og ikke spesielt vanskelig. For å lette slike beregninger bruker moderne designere tekniske databaser, hvor du kan finne mye nødvendig informasjon, inkludert diagrammer over tilstanden til ethvert kjølemiddel i en hvilken som helst skanning, for eksempel CoolPack-programmet.