Izra?unavamo koeficijent ? 1 na strani grija?e pare za slu?aj kondenzacije na snopu od n vertikalnih cijevi visine H:

?
?= 2,04?
= 2,04?
= 6765 W/(m 2 ?K), (10)

ovdje ?, ?, ?, r su fizi?ki parametri kondenzata na temperaturi kondenzatnog filma t k, H – visina cijevi za grijanje, m; ?t – temperaturna razlika izme?u grejne pare i zidova cevi (prihva?ena unutar 3...8 0 C).

Vrijednosti funkcije A t za vodu na temperaturi kondenzacije pare

Ispravnost prora?una ocjenjuje se pore?enjem dobijene vrijednosti ? 1 i njenih grani?nih vrijednosti, koje su date u stavu 1.

Izra?unajmo koeficijent prolaska topline a 2 od zidova cijevi do vode.

Da biste to u?inili, trebate odabrati jednad?bu sli?nosti oblika

Nu = AR m Pr n (11)

Ovisno o vrijednosti Re broja, odre?uje se re?im protoka fluida i odabire se jedna?ina sli?nosti.

(12)

Ovdje je n broj cijevi po taktu;

d int = 0,025 - 2?0,002 = 0,021 m – unutra?nji pre?nik cijevi;

Kod Re > 10 4 imamo stabilan turbulentni re?im kretanja vode. onda:

Nu = 0,023 ? Re 0,8 ? Pr 0,43 (13)

Prandtlov broj karakterizira odnos izme?u fizi?kih parametara rashladne teku?ine:

=
= 3,28. (14)

?, ?, ?, s – gustina, dinami?ki viskozitet, toplotna provodljivost i toplotni kapacitet vode pri t avg.

Nu = 0,023? 26581 0,8 ? 3,28 0,43 = 132,8

Nuseltov broj karakteri?e prenos toplote i povezan je sa koeficijentom ? 2 izrazom:

Nu =
, ? 2 = =
= 4130 W/(m 2 ?K) (15)

Uzimaju?i u obzir vrijednosti ? 1, ? 2, debljinu stijenke cijevi ? = 0,002 m i njenu toplinsku provodljivost ? st, odre?ujemo koeficijent K pomo?u formule (2):

=
= 2309 W/(m 2 ?K)

Dobivenu vrijednost K upore?ujemo sa granicama za koeficijent prolaza topline koje su navedene u paragrafu 1.

Odre?ujemo povr?inu prijenosa topline iz osnovne jedna?ine prijenosa topline koriste?i formulu (3):

=
= 29 m2.

Ponovo, prema tabeli 4, odaberite standardni izmjenjiva? topline:

povr?ina razmjene toplote F = 31 m 2,

pre?nik ku?i?ta D = 400 mm,

pre?nik cevi d = 25x2 mm,

broj poteza z = 2,

ukupan broj cijevi N = 100,

du?ina (visina) cijevi H = 4 m.

Space reserve

(rezerva podru?ja treba da bude unutar 5...25%).

4. Mehani?ki prora?un izmjenjiva?a topline

Prilikom izra?unavanja unutra?njeg pritiska, debljina zida ku?i?ta ? k se provjerava po formuli:

? k =
+ C, (16)

gdje je p – pritisak pare 4·0,098 = 0,39 N/mm 2;

D n – vanjski pre?nik ku?i?ta, mm;

? = 0,9 koeficijent ?vrsto?e zavara;

? dodatno = 87…93 N/mm 2 – dozvoljeno naprezanje za ?elik;

C = 2...8 mm – pove?anje za koroziju.

? k =
+ 5 = 6 mm.

Prihvatamo normalizovanu debljinu zida od 8 mm.

Cijevni limovi su izra?eni od ?eli?nog lima. Debljina ?eli?nih cijevnih limova uzima se u rasponu od 15...35 mm. Odabire se u zavisnosti od pre?nika ?i?anih cevi d n i nagiba cevi ?.

Udaljenost izme?u osi cijevi (nagib cijevi) t se bira ovisno o vanjskom promjeru cijevi d n:

t = (1,2…1,4) d n, ali ne manje od t = d n + 6 mm.

Normalizirani korak za cijevi d n = 25 mm je t = 32 mm.

? p =
.

Sa datim korakom od 32 mm, debljina re?etke mora biti najmanje

? p =
= 17,1 mm.

Kona?no prihvatamo ? p = 25 mm.

Prilikom prora?una prirubni?kih spojeva specificira se veli?ina vijka za odlaganje. Za ure?aje pre?nika D in = 400...2000 mm prihvatamo ?eli?ni vijak M16 u prirubni?kom spoju.

Odredimo dozvoljeno optere?enje na 1 vijak prilikom zatezanja:

q b = (d 1 – c 1) 2 ??, (17)

gdje je d 1 = 14 mm – unutra?nji pre?nik navoja vijka;

sa 1 = 2 mm – strukturni dodatak za vijke od ugljeni?nog ?elika;

? = 90 N/mm 2 – dozvoljeno vla?no naprezanje.

q b = (14 – 2) 2 ? 90 = 10174 N.

Prije kupovine izmjenjiva?a topline, kupci upore?uju ponude razli?itih dobavlja?a i proizvo?a?a, ?alju?i im po?etne podatke. Kompanija Astera, iskusna kompanija, predstavlja ?est karakteristika koje uti?u na kona?nu cenu proizvoda i na koje prvo morate obratiti pa?nju kako se ?elja za u?tedom ne bi pretvorila u duplu potro?nju.

Tro?ak izmjenjiva?a topline sastoji se od in?enjerskih tro?kova i komercijalne komponente. Ovaj ?lanak otkriva prvi aspekt.

• Debljina plo?a za prijenos topline i materijal njihove izrade

Debljina plo?e je prva stvar na koju obratite pa?nju pri odabiru izmjenjiva?a topline. ?to je deblji, to je ve?a cijena opreme. To je zbog dva faktora:

• Vi?e metalne mase za proizvodnju plo?a;
• Vi?e plo?a za visokokvalitetan prijenos topline kroz debljinu zida i postizanje potrebne snage.

Prosje?na debljina plo?e je 0,5 mm. Izmjenjiva?i topline velikih standardnih veli?ina sa DN od 150 i koji zahtijevaju visok radni pritisak opremljeni su plo?ama od 0,6 mm. Pri pritisku od 10 kgf/cm? i DU do 150, dozvoljena je debljina od 0,4 mm. ?to su plo?e tanje, to je kra?i vijek trajanja opreme za izmjenu topline.

Naj?e??e se koristi kao materijal za plo?e nehr?aju?i ?elik Marka AISI316. Me?utim, neki proizvo?a?i ga zamjenjuju sortom AISI304. Manje ko?ta, sadr?i manje nikla i molibdena, ?to zna?i da je materijal podlo?niji koroziji. Ako izmjenjiva? topline radi u idealnim uvjetima okoline, onda je to prihvatljivo. Ali kada je u pitanju sistem za snabdevanje toplom vodom (a tu se koristi hlor), postoji rizik da oprema ne?e dugo trajati. Kako biste izbjegli nevolje, preporu?uje se da pa?ljivo prou?ite i vidite od kakvog su ?elika napravljene plo?e.

• Radni pritisak

Vrsta, dimenzije i cijena izmjenjiva?a topline zavise od radnog tlaka. ?to je ni?a, to je oprema jeftinija. Stoga morate unaprijed odlu?iti koji je parametar potreban. Minimum radni pritisak iznosi 6 kgf/cm?. Shodno tome, takav ure?aj je najpristupa?niji, jer koristi tanke plo?e i plo?e.

• Koeficijent prijenosa toplinske energije

Za izra?unavanje koeficijenta prijenosa topline koristi se nekoliko podataka:

• Snaga izmjenjiva?a topline;
• Temperaturna delta;
• Vrijednosti povr?inske rezerve i potro?nje energije;
• Pre?nik priklju?ka;
• Brzina kretanja te?nosti itd.

Ovaj indikator se izra?unava pomo?u formule. ?to je ve?i, to su bolje performanse izmjenjiva?a topline. Kako se pove?ava brzina kretanja teku?ine u kanalima, pove?ava se prijenos topline. Brzina se mo?e pove?ati smanjenjem broja kanala, odnosno plo?a.

Nedostatak velikog protoka fluida je br?e talo?enje kamenca na zidovima. Stoga ?e oprema za grijanje ko?tati manje, ali ?e se tro?kovi rada pove?ati zbog za?epljenja kanala solima magnezija i kalcija. Povremeno ?e biti potrebno ?i??enje prilikom rastavljanja.

Efikasan je, ali njegov koeficijent prijenosa topline u stvarnosti ne prelazi 7000 W/m2 2 K. Stoga, ako proizvo?a? nudi opremu s koeficijentom od 10 000 W/m2 2 K, to bi trebalo biti razlog za zabrinutost.

• Povr?inska rezerva za prijenos topline

Dobar izmenjiva? toplote treba da ima 10-15% rezerve povr?ine razmene toplote. Ako je proizvo?a? sebi postavio cilj da proizvodi jeftinije, tada ?e se ovaj parametar pribli?iti nuli. Prema stru?njacima iz oblasti opreme za izmjenu topline, nulta vrijednost je obmana kupca, jer ako postoji gre?ka u pokazateljima kao ?to je prora?un optere?enja, pregrijavanje do optimalna temperatura rashladne te?nosti, ure?aj mo?da jednostavno ne?e raditi. ?ak i povr?inska kontaminacija ?e negativno utjecati na njegove performanse.

• Gubitak pritiska

D p predstavlja koli?inu gubitka pritiska, ili visinu. Mjeri se u m.v.s. ili u Pa. Kupac u upitniku ozna?ava tra?eni indikator.

Ako radni proces zahtijeva minimalno smanjenje ili gubitak tlaka tijekom rada, tada izmjenjiva? topline mora biti opremljen veliki iznos plo?e Ako promjena tlaka nije od velike va?nosti, tada se mo?ete ograni?iti na kompaktniju, a time i jeftiniju opremu za izmjenu topline.

Kako broj plo?a uti?e na gubitak pritiska? Za ovo postoji prili?no jednostavno obja?njenje. ?to vi?e plo?a, to je vi?e kanala izme?u plo?a. Manji je otpor prolasku odre?ene zapremine te?nosti, pa je gubitak pritiska bezna?ajan.

Prilikom kupovine opreme morate biti oprezni i usporediti indikator gubitka tlaka s podacima navedenim u upitniku. U suprotnom, neki beskrupulozni proizvo?a?i mogu nazna?iti blago napuhane vrijednosti i pojeftiniti opremu za kupca. Ali obi?no je veliki gubitak pritiska vrlo nepo?eljan.

• Nazivni pre?nik

Ovaj indikator se ponekad naziva pre?nik priklju?ka. Mora se odrediti pomo?u formule. Zavisi koje parametre postavlja potencijalni kupac. Metoda prora?una odre?uje da li je potreban jednocifreni DU indikator ili je, kao opcija, mogu?e koristiti drugu veli?inu, koja se razlikuje po nazivnom pre?niku. U drugom slu?aju, ako je manji popre?ni presjek prihvatljiv, oni se tu zaustavljaju. Dakle, izmjenjiva? topline sa DN65 je jeftiniji od opreme sa DN100. To je zbog ?injenice da ?to je ve?i popre?ni presjek, to je ve?a plo?a termi?ka oprema.

Mora se uzeti u obzir sljede?a to?ka: kada se popre?ni presjek u cijevima suzi, brzina protoka fluida se pove?ava. Kao rezultat toga, pritisak ?e dodatno pasti. Ako se termi?ka oprema koristi du?e vrijeme, mo?e se uni?titi plo?a uz proto?ni dio.

Zaklju?ak

Da biste kompetentno uporedili predlo?ene opcije iz tvornica koje proizvode izmjenjiva?e topline, preporu?ujemo da uvijek imate na umu uskla?enost opreme s ciljevima koji su joj postavljeni. naime:

• Debljina ?elika i plo?a: bolji ?elik razreda AISI316 debljine najmanje pola milimetra.
• Pritisak u plo?ama mora zadovoljiti tra?ene karakteristike.
• ?to je koeficijent prolaza toplote bli?i 7000 W/m2 2 K, to bolje.
• Optimalna margina povr?ine je 10-15%.
• Parametar gubitka pritiska zavisi od uslova rada i odre?uje ga kupac.
• Promjer priklju?ka ovisi o zadacima, ali morate imati na umu da ?to je manji daljinski upravlja?, to ?e se izgubiti ve?i pritisak i prije ?e se plo?e istro?iti.

Kompanija Astera se nada da ?e vam ?lanak biti od koristi i da ?ete na osnovu ovih ?est karakteristika napraviti pravi izbor oprema za izmjenu toplote.

Prora?un izmjenjiva?a topline trenutno ne traje vi?e od pet minuta. Svaka organizacija koja proizvodi i prodaje takvu opremu, po pravilu, svakome daje svoj vlastiti program selekcije. Mo?ete ga besplatno preuzeti sa web stranice kompanije ili ?e njihov tehni?ar do?i u va?u kancelariju i besplatno ga instalirati. Me?utim, koliko je ta?an rezultat ovakvih prora?una, mo?e li mu se vjerovati i da li je proizvo?a? neiskren kada se natje?e na tenderu sa svojim konkurentima? Provjera elektronskog kalkulatora zahtijeva znanje ili barem razumijevanje metoda prora?una za moderne izmjenjiva?e topline. Poku?ajmo razumjeti detalje.

?ta je izmjenjiva? topline

Prije izra?una izmjenjiva?a topline, sjetimo se kakav je ovo ure?aj? Ure?aj za izmjenu topline i mase (tako?er poznat kao izmjenjiva? topline, tako?er poznat kao TOA) je ure?aj za prijenos topline s jednog rashladnog sredstva na drugo. Kako se mijenjaju temperature rashladnih sredstava, mijenjaju se i njihove gusto?e i, shodno tome, pokazatelji mase tvari. Zbog toga se takvi procesi nazivaju prijenosom topline i mase.

Vrste razmene toplote

Hajde sada da pri?amo o tome - postoje samo tri. Zra?enje - prijenos topline zbog zra?enja. Kao primjer mo?emo podsjetiti na usvajanje sun?anje na pla?i po toplom ljetnom danu. A takvi izmjenjiva?i topline se ?ak mogu na?i i na tr?i?tu (lampe grija?i zraka). Ipak, naj?e??e kupujemo uljne ili elektri?ne radijatore za grijanje stambenih i prostorija u stanu. Ovo je primjer jo? jedne vrste izmjene topline - mo?e biti prirodna, prisilna (ispuh, a u kutiji je rekuperator) ili mehani?ki pogonjena (sa ventilatorom, na primjer). Potonji tip je mnogo efikasniji.

Me?utim, najvi?e efikasan metod Prijenos topline je toplinska provodljivost, ili, kako se jo? naziva, provodljivost (od engleskog provodljivosti - "provodljivost"). Svaki in?enjer koji planira izvr?iti termi?ki prora?un izmjenjiva?a topline prije svega razmi?lja o odabiru efikasne opreme u minimalne dimenzije. A to se mo?e posti?i upravo zahvaljuju?i toplinskoj provodljivosti. Primjer za to je najefikasniji TOA danas - plo?asti izmjenjiva?i topline. Plo?a TOA, prema definiciji, je izmjenjiva? topline koji prenosi toplinu s jednog rashladnog sredstva na drugo kroz zid koji ih razdvaja. Maksimalna mogu?a kontaktna povr?ina izme?u dva medija, u kombinaciji sa pravilno odabranim materijalima, profilom plo?a i njihovom debljinom, omogu?ava nam da minimiziramo veli?inu odabrane opreme uz zadr?avanje originala tehni?ke karakteristike, neophodno u tehnolo?kom procesu.

Vrste izmjenjiva?a topline

Prije izra?una izmjenjiva?a topline odredite njegov tip. Svi TOA se mogu podijeliti u dvije velike grupe: rekuperativni i regenerativni izmjenjiva?i topline. Osnovna razlika izme?u njih je sljede?a: u rekuperativnim TOA-ima razmjena topline se odvija kroz zid koji razdvaja dva rashladna sredstva, a kod regenerativnih dva medija imaju direktan kontakt jedan s drugim, ?esto se mije?aju i zahtijevaju naknadno odvajanje u posebnim separatorima. dijele se na mije?aju?e i izmjenjiva?e topline sa mlaznicom (stacionarne, padaju?e ili srednje). Grubo re?eno, kantu vru?a voda, izlo?ena hladno?i, ili ?a?a toplog ?aja stavljena u fri?ider da se ohladi (nikada to ne radite!) - ovo je primer takvog me?anja TOA. A sipanjem ?aja u tanjir i hla?enjem na ovaj na?in dobijamo primer regenerativni izmjenjiva? topline sa mlaznicom (tanjiri? u ovom primeru igra ulogu mlaznice), koja prvo dolazi u dodir sa okolnim vazduhom i uzima njegovu temperaturu, a zatim oduzima deo toplote toplom ?aju koji je u njega uliven, poku?avaju?i da unese oba okru?enja u toplotnu ravnote?u. Me?utim, kao ?to smo ve? ranije saznali, efikasnije je koristiti toplinsku provodljivost za prijenos topline s jednog medija na drugi, stoga su danas korisniji (i ?iroko kori?teni) TOA u smislu prijenosa topline, naravno, rekuperativni. one.

Toplotni i konstrukcijski prora?uni

Bilo koji prora?un rekuperativnog izmjenjiva?a topline mo?e se izvesti na osnovu rezultata termi?kih, hidrauli?kih i prora?una ?vrsto?e. Oni su fundamentalni, obavezni pri projektovanju nove opreme i predstavljaju osnovu za metodologiju prora?una za naredne modele linije sli?nih ure?aja. Glavni zadatak termi?ki prora?un TOA je da odredi potrebnu povr?inu izmjenjiva?a topline za stabilan rad izmjenjiva?a topline i odr?avanje potrebnih parametara izlaznog medija. ?esto, tokom takvih prora?una, in?enjeri specificiraju proizvoljne vrijednosti te?inskih i veli?inskih karakteristika budu?e opreme (materijal, promjer cijevi, dimenzije plo?e, geometrija grede, vrsta i materijal peraja, itd.), Stoga, nakon termi?ke analize , obi?no se provodi strukturni prora?un izmjenjiva?a topline. Uostalom, ako je u prvoj fazi in?enjer izra?unao potrebnu povr?inu za dati promjer cijevi, na primjer, 60 mm, a ispostavilo se da je du?ina izmjenjiva?a topline oko ?ezdeset metara, onda je logi?nije pretpostaviti da je prelazak na vi?eprolazni izmjenjiva? topline, ili na tip ?koljke i cijevi, ili za pove?anje promjera cijevi.

Hidrauli?ki prora?un

Izvode se hidrauli?ki ili hidromehani?ki, kao i aerodinami?ki prora?uni kako bi se odredili i optimizirali hidrauli?ki (aerodinami?ki) gubici tlaka u izmjenjiva?u topline, kao i izra?unali tro?kovi energije za njihovo savladavanje. Prora?un bilo kojeg trakta, kanala ili cijevi za prolaz rashladne teku?ine predstavlja primarni zadatak za osobu - intenziviranje procesa izmjene topline u datom podru?ju. To jest, jedan medij mora prenijeti, a drugi primiti ?to je vi?e mogu?e topline tokom minimalnog perioda svog protoka. U tu svrhu ?esto se koristi dodatna povr?ina za izmjenu topline, u obliku razvijenih povr?inskih rebara (za odvajanje grani?nog laminarnog podsloja i pove?anje turbulizacije toka). Optimalni omjer ravnote?e hidrauli?nih gubitaka, povr?ine razmjene topline, te?inskih i veli?inskih karakteristika i oduzete toplinske snage rezultat je kombinacije toplinskih, hidrauli?kih i strukturnih prora?una TOA.

Istra?iva?ki prora?uni

Istra?iva?ki prora?uni TOA vr?e se na osnovu dobijenih rezultata termi?kih i verifikacionih prora?una. Oni su, po pravilu, neophodni da bi se izvr?ile najnovije izmene u dizajnu projektovanog aparata. Tako?e se provode sa ciljem korekcije bilo koje jedna?ine uklju?ene u implementirani prora?unski model TOA, dobijenih empirijski (na osnovu eksperimentalnih podataka). Izvo?enje istra?iva?kih prora?una podrazumijeva izvo?enje desetina, a ponekad i stotina prora?una prema posebnom planu, razvijenom i implementiranom u proizvodnju prema matemati?koj teoriji eksperimentalnog planiranja. Rezultati otkrivaju uticaj raznim uslovima I fizi?ke veli?ine na indikatore u?inka TOA.

Ostale kalkulacije

Prilikom izra?unavanja povr?ine izmjenjiva?a topline, ne zaboravite na otpor materijala. ToA prora?uni ?vrsto?e uklju?uju provjeru projektirane jedinice na naprezanje, torziju i primjenu maksimalno dozvoljenih radnih momenata na dijelove i sklopove budu?eg izmjenjiva?a topline. Uz minimalne dimenzije, proizvod mora biti izdr?ljiv, stabilan i sa garancijom bezbedan rad u raznim, ?ak i najintenzivnijim uslovima rada.

Za odre?ivanje se provodi dinami?ki prora?un razne karakteristike izmjenjiva? topline u varijabilnim re?imima rada.

Vrste dizajna izmjenjiva?a topline

Po dizajnu, regenerativni TOA se mo?e podijeliti na prili?no veliki broj grupe. Najpoznatiji i naj?ire kori?teni su plo?asti izmjenjiva?i topline, zra?ni (cijevasto rebrasti), ?koljkasti i cijevni izmjenjiva?i topline, “pipe-in-pipe” izmjenjiva?i topline, ?koljkasti i drugi. Postoje i egzoti?niji i visokospecijalizirani tipovi, na primjer spiralni (scroll izmjenjiva? topline) ili struga?, koji rade sa viskoznim ili kao i mnogim drugim tipovima.

Izmjenjiva?i topline "cijev u cijevi"

Razmotrimo najjednostavniji prora?un izmjenjiva?a topline „cijevi u cijevi“. Strukturno ovaj tip TOA je pojednostavljena ?to je vi?e mogu?e. U pravilu se vru?a rashladna teku?ina dopu?ta u unutra?nju cijev aparata kako bi se gubici minimizirali, te u ku?i?te, ili u vanjska cijev, pokrenite rashladnu te?nost. Zadatak in?enjera u ovom slu?aju svodi se na odre?ivanje du?ine takvog izmjenjiva?a topline na osnovu izra?unate povr?ine povr?ine izmjenjiva?a topline i zadanih promjera.

Ovdje je vrijedno dodati da se u termodinamiku uvodi koncept idealnog izmjenjiva?a topline, odnosno aparata beskona?ne du?ine, gdje rashladne teku?ine rade u suprotnoj struji, a temperaturni tlak izme?u njih se potpuno aktivira. Dizajn „pipe-in-pipe” najvi?e odgovara ovim zahtjevima. A ako rashladne teku?ine pokrenete u suprotnom smjeru, onda ?e to biti takozvani "pravi protutok" (a ne popre?ni tok, kao na plo?i TOA). Temperaturni pritisak se najefikasnije pokre?e ovakvom organizacijom pokreta. Me?utim, kada izra?unavate izmjenjiva? topline "cijev u cijevi", trebali biste biti realni i ne zaboraviti na logisti?ku komponentu, kao i na jednostavnost ugradnje. Du?ina eurokamiona je 13,5 metara, a nisu sve tehni?ke prostorije pogodne za transport i ugradnju opreme takve du?ine.

Izmjenjiva?i topline sa ?koljkama i cijevima

Stoga se vrlo ?esto prora?un takvog aparata glatko ulijeva u prora?un izmjenjiva?a topline s ?koljkom i cijevi. Ovo je aparat u kojem se snop cijevi nalazi u jednom ku?i?tu (ku?i?tu), koje se ispiru raznim rashladnim teku?inama, ovisno o namjeni opreme. U kondenzatorima, na primjer, rashladno sredstvo se potiskuje u ?koljku, a voda u cijevi. Sa ovom metodom pomicanja medija, prakti?nije je i efikasnije kontrolisati rad aparata. U ispariva?ima, naprotiv, rashladno sredstvo klju?a u cijevima, a istovremeno se ispiru ohla?enom teku?inom (voda, salamuri, glikoli itd.). Stoga se prora?un izmjenjiva?a topline s ?koljkom i cijevi svodi na minimiziranje dimenzija opreme. Igranje sa pre?nikom ku?i?ta, pre?nikom i koli?inom unutra?nje cijevi i du?ine aparata, in?enjer dolazi do izra?unate vrednosti povr?ine izmenjiva?a toplote.

Izmjenjiva?i topline zraka

Jedan od naj?e??ih danas izmjenjiva?i topline- Ovo su cijevni rebrasti izmjenjiva?i topline. Nazivaju se i zavojnicama. Gdje god da su ugra?eni, po?ev?i od fan coil (od engleskog fan + coil, tj. "fan" + "coil") do unutra?nje jedinice split sistemi i zavr?avaju?i sa ogromnim rekuperatorima dimnih gasova(va?enje topline iz vru?eg dimnog plina i prijenos za potrebe grijanja) u kotlarnicama termoelektrana. Zato prora?un izmjenjiva?a topline zavojnice ovisi o primjeni u kojoj ?e se ovaj izmjenjiva? topline koristiti. Industrijski hladnjaci vazduha (IAC) instalirani u komorama za brzo zamrzavanje mesa, u zamrziva?i niske temperature i druga postrojenja za hla?enje hrane zahtijevaju odre?ene karakteristike dizajna u njegovom nastupu. Udaljenost izme?u lamela (peraja) treba biti maksimalna kako bi se vrijeme produ?ilo kontinuirani rad izme?u ciklusa odmrzavanja. Ispariva?i za data centre (centre za obradu podataka), naprotiv, napravljeni su ?to je mogu?e kompaktnije, ?ime se razmaci izme?u lamela ste?u na minimum. Takvi izmjenjiva?i topline rade u “?istim zonama”, okru?eni finim filterima (do HEPA klase), pa se ovaj prora?un provodi s naglaskom na minimiziranju dimenzija.

Plo?asti izmjenjiva?i topline

Trenutno su plo?asti izmjenjiva?i topline u stabilnoj potra?nji. Na svoj na?in dizajn potpuno su rastavljeni i poluzavareni, lemljeni bakrom i niklom, zavareni i difuzno lemljeni (bez lema). Termi?ki dizajn plo?astog izmjenjiva?a topline je prili?no fleksibilan i ne predstavlja velike pote?ko?e za in?enjera. U procesu odabira mo?ete se igrati sa vrstom plo?a, dubinom utiskivanja kanala, vrstom rebara, debljinom ?elika, razli?itih materijala, i ?to je najva?nije - brojni modeli standardne veli?ine ure?aja razli?itih veli?ina. Ovi izmenjiva?i toplote mogu biti niski i ?iroki (za parno zagrevanje vode) ili visoki i uski (razdelni izmenjiva?i toplote za sisteme klimatizacije). ?esto se koriste za medije s promjenom faza, odnosno kao kondenzatori, ispariva?i, odogreja?i, predkondenzatori, itd. Izvo?enje termi?kog prora?una izmjenjiva?a topline koji radi u dvofaznom krugu je malo te?e od izmjenjiva?a topline teku?ina-te?nost , ali za iskusnog in?enjera ovaj zadatak je rje?iv i ne predstavlja velike pote?ko?e. Da bi olak?ali takve prora?une, moderni dizajneri koriste in?enjerske kompjuterske baze podataka u kojima mo?ete prona?i mnogo toga potrebne informacije, uklju?uju?i dijagrame stanja bilo kojeg rashladnog sredstva u bilo kojem rasporedu, na primjer, program CoolPack.

Primjer prora?una izmjenjiva?a topline

Glavna svrha prora?una je izra?unati potrebnu povr?inu povr?ine za izmjenu topline. Toplinska (rashladna) snaga je obi?no navedena u projektnom zadatku, ali u na?em primjeru ?emo je izra?unati i, da tako ka?em, da provjerimo sam projektni zadatak. Ponekad se desi da se gre?ka uvu?e u izvorne podatke. Jedan od zadataka kompetentnog in?enjera je da prona?e i ispravi ovu gre?ku. Kao primjer, izra?unajmo plo?asti izmjenjiva? topline tipa "te?nost-te?nost". Neka ovo bude prekida? pritiska visoka zgrada. Kako bi se smanjio pritisak na opremu, ovaj pristup se ?esto koristi prilikom izgradnje nebodera. Na jednoj strani izmjenjiva?a topline nalazi se voda sa ulaznom temperaturom Tin1 = 14 ?C i izlaznom temperaturom Tout1 = 9 ?C, te sa protokom G1 = 14.500 kg/h, a sa druge - tako?er voda, ali samo sa slede?i parametri: Tin2 = 8 ?C, Tout2 = 12 ?S, G2 = 18,125 kg/h.

Izra?unavamo potrebnu snagu (Q0) koriste?i formulu toplotni bilans(vidi gornju sliku, formula 7.1), gdje je Cp specifi?ni toplinski kapacitet (tabelarna vrijednost). Radi jednostavnosti prora?una uzimamo datu vrijednost toplotnog kapaciteta Srv = 4,187 [kJ/kg*?S]. ra?unamo:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [kJ/h] = 84321,53 W = 84,3 kW - na prvoj strani i

Q2 = 18,125 * (12 - 8) * 4,187 = 303557,5 [kJ/h] = 84321,53 W = 84,3 kW - na drugoj strani.

Imajte na umu da je, prema formuli (7.1), Q0 = Q1 = Q2, bez obzira na kojoj strani se vr?i prora?un.

Zatim, koriste?i osnovnu jednad?bu prijenosa topline (7.2), nalazimo potrebnu povr?inu (7.2.1), gdje je k koeficijent prolaza topline (uzet jednak 6350 [W/m 2 ]), i DTav.log. - prosje?na logaritamska razlika temperature, izra?unata prema formuli (7.3):

DT avg.log. = (2 - 1) / ln (2 / 1) = 1 / ln2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F tada = 84321 / 6350 * 1,4428 = 9,2 m2.

U slu?aju kada je koeficijent prolaza toplote nepoznat, prora?un plo?astog izmenjiva?a toplote postaje malo komplikovaniji. Koriste?i formulu (7.4), izra?unavamo Reynoldsov kriterijum, gdje je r gustina, [kg/m 3 ], i dinami?ka viskoznost, [N*s/m 2 ], v je brzina medija u kanalu , [m/s], d cm - navla?eni pre?nik kanala [m].

Pomo?u tabele tra?imo vrednost Prandtlovog kriterijuma koji nam je potreban i pomo?u formule (7.5) dobijamo Nusseltov kriterijum, gde je n = 0,4 - u uslovima zagrevanja te?nosti, a n = 0,3 - u uslovima hla?enja te?nosti .

Zatim, koriste?i formulu (7.6), izra?unavamo koeficijent prijenosa topline od svake rashladne teku?ine do zida, a pomo?u formule (7.7) izra?unavamo koeficijent prijenosa topline, koji zamjenjujemo u formulu (7.2.1) kako bismo izra?unali povr?inu povr?inu za izmjenu topline.

U navedenim formulama, l je koeficijent toplinske provodljivosti, gj je debljina stijenke kanala, a1 i a2 su koeficijenti prijenosa topline od svakog rashladnog sredstva do zida.

Izmjenjiva? topline- ovo je ure?aj koji osigurava prijenos topline izme?u sredina koje se razlikuju po temperaturi. Da bi se osigurali toplinski tokovi razli?itih koli?ina, dizajnirani su razli?iti ure?aji za izmjenu topline. Mo?da imaju razli?itih oblika i dimenzije u zavisnosti od potrebnih performansi, ali glavni kriterij za odabir jedinice je njena povr?ina radna povr?ina. Odre?uje se termi?kim prora?unima izmjenjiva?a topline tokom njegovog stvaranja ili rada.

Prora?un mo?e biti projektantske (konstrukcijske) ili testne prirode.

Krajnji rezultat projektnog prora?una je odre?ivanje povr?ine za izmjenu topline potrebne da bi se osigurali specificirani toplinski tokovi.

Verifikacioni prora?un, naprotiv, slu?i za utvr?ivanje kona?nih temperatura radnih rashladnih te?nosti, odnosno toplotnih tokova za raspolo?ivu povr?inu razmene toplote.

U skladu s tim, prilikom kreiranja ure?aja vr?i se prora?un dizajna, a tokom rada vr?i se verifikacijski prora?un. Oba prora?una su identi?na i zapravo su recipro?na.

Osnove termi?kog prora?una izmjenjiva?a topline

Osnova za prora?un izmjenjiva?a topline su jednad?be prijenosa topline i ravnote?e topline.

Ima sljede?i oblik:

Q = F?k?Dt, gdje je:

• Q - veli?ina toplotni tok, W;
• F - radna povr?ina, m2;
• k - koeficijent prolaza toplote;
• Dt je razlika izme?u temperatura nosa?a na izlazu u aparat i na izlazu iz njega. Koli?ina se tako?e naziva temperaturna razlika.

Kao ?to vidite, vrijednost F, koja je cilj prora?una, odre?ena je precizno kroz jednad?bu prijenosa topline. Izvedemo formulu za odre?ivanje F:

Jedna?ina toplotnog bilansa uzima u obzir dizajn samog ure?aja. Gledaju?i ga, mo?ete odrediti vrijednosti t1 i t2 za daljnje izra?unavanje F. Jedna?ina izgleda ovako:

Q = G 1 c p 1 (t 1 in -t 1 out) = G 2 c p 2 (t 2 out -t 2 in), gdje je:

• G 1 i G 2 - maseni protok grija?eg i zagrijanog medija, respektivno, kg/h;
• c p 1 i c p 2 - specifi?ni toplotni kapaciteti (prihva?eni prema standardnim podacima), kJ/kg? ?S.

U procesu razmjene toplinske energije, nosioci mijenjaju svoje temperature, odnosno svaki od njih ulazi u ure?aj na jednoj temperaturi, a izlazi na drugoj. Ove vrijednosti (t 1 in; t 1 out i t 2 in; t 2 out) su rezultat verifikacionog izra?una s kojim se uspore?uju stvarne vrijednosti indikatori temperature rashladne te?nosti.

U isto vrijeme veliki zna?aj imaju koeficijente prijenosa topline nosivog medija, kao i karakteristike dizajna jedinice. Tokom detaljnih prora?una dizajna izra?uju se dijagrami izmjenjiva?a topline, ?iji je poseban element dijagram toka rashladnih teku?ina. Slo?enost prora?una ovisi o promjeni koeficijenata prijenosa topline k na radnoj povr?ini.

Da bi se ove promjene uzele u obzir, jednad?ba prijenosa topline poprima diferencijalni oblik:

Podaci kao ?to su koeficijenti prolaza toplote nosa?a, kao i standardne veli?ine elementi prilikom projektovanja aparata ili prilikom verifikacionih prora?una, uzimaju se u obzir u relevantnim regulatorni dokumenti(GOST 27590).

Primjer izra?una

Radi ve?e jasno?e, predstavimo primjer projektnog prora?una prijenosa topline. Ovaj prora?un ima pojednostavljeni oblik i ne uzima u obzir gubitke topline i karakteristike dizajna izmjenjiva?a topline.

Po?etni podaci:

• Temperatura medija za grijanje na ulazu t 1 in = 14 ?S;
• Temperatura medija za grijanje na izlazu t 1 out = 9 ?S;
• Temperatura zagrejanog medija na ulazu t 2 in = 8 ?S;
• Temperatura zagrejanog medija na izlazu t 2 out = 12 ?S;
• Masovna potro?nja srednjeg grijanja G 1 = 14000 kg/h;
• Potro?nja mase grijanog nosa?a G 2 = 17500 kg/h;
• Normativna vrijednost specifi?ni toplotni kapacitet sa r =4,2 kJ/kg? ?S;
• Koeficijent prolaza toplote k = 6,3 kW/m2.

1) Odredimo performanse izmjenjiva?a topline koriste?i jednad?bu toplinskog bilansa:

Qin = 14000?4,2?(14 - 9) = 294000 kJ/h

Qout = 17500?4,2?(12 - 8) = 294000 kJ/h

Qin = Qout. Uslovi toplotnog bilansa su ispunjeni. Pretvorimo rezultuju?u vrijednost u mjernu jedinicu W. Pod uslovom da je 1 W = 3,6 kJ/h, Q = Qin = Qout = 294000/3,6 = 81666,7 W = 81,7 kW.

2) Odrediti vrijednost pritiska t. Odre?uje se formulom:

3) Odredimo povr?inu razmjene topline pomo?u jedna?ine prijenosa topline:

F = 81,7/6,3?1,4 = 9,26 m2.

U pravilu, pri izvo?enju prora?una ne ide sve glatko, jer je potrebno uzeti u obzir sve vrste vanjskih i unutra?nji faktori, uti?e na proces razmene toplote:

• karakteristike dizajna i rada ure?aja;
• gubitak energije tokom rada ure?aja;
• koeficijenti prijenosa topline toplinskih nosa?a;
• razlike u radu razli?itim oblastima povr?ine (diferencijalne prirode) itd.

Za najprecizniji i najpouzdaniji prora?un, in?enjer mora razumjeti su?tinu procesa prijenosa topline s jednog tijela na drugo. Tako?e, treba mu ?to vi?e obezbijediti potrebnu normativnu i nau?nu literaturu, jer su na osnovu mnogih koli?ina izra?eni odgovaraju?i standardi kojih se specijalista mora pridr?avati.

zaklju?ci

?ta dobijemo kao rezultat prora?una i koja je njegova specifi?na primjena?

Recimo da kompanija primi narud?bu. Potrebno je proizvesti termi?ki aparat sa zadatom povr?inom za izmjenu topline i performansama. Odnosno, preduze?e se ne suo?ava sa pitanjem veli?ine ure?aja, ve? pitanjem materijala koji ?e obezbediti potrebne performanse sa datim radnim podru?jem.

Da bi se rije?io ovaj problem, vr?i se termi?ki prora?un, odnosno odre?uju se temperature rashladnih sredstava na ulazu i izlazu iz ure?aja. Na temelju ovih podataka odabiru se materijali za izradu elemenata ure?aja.

Na kraju, mo?emo re?i da su radna povr?ina i temperatura medija na ulazu i izlazu iz aparata glavni me?usobno povezani pokazatelji kvaliteta rada ma?ine za izmjenu topline. Nakon ?to ih termi?kim prora?unom odredi, in?enjer ?e mo?i da razvije osnovna rje?enja za projektovanje, popravku, kontrolu i odr?avanje izmjenjiva?a topline.

U sljede?em ?lanku ?emo se osvrnuti na svrhu i karakteristike, pa se pretplatite na na? e-mail newsletter i vijesti na dru?tvenim mre?ama kako ne biste propustili objavu.

Objavljeno 23.10.2013

Ove preporuke za odabir plo?asti izmjenjiva?i topline ima za cilj da pomogne dizajneru za pravi izbor izmjenjiva? topline prema klju?nim kriterijima, kao ?to su hidrauli?ki otpor, povr?ina izmjene topline, temperaturni re?im i karakteristike dizajna.

Hexact program se koristi za odabir i simulaciju rada Danfoss plo?astih izmjenjiva?a topline. Namenjen je lemljenim plo?astim izmenjiva?ima toplote tipa XB i zaptivnim plo?astim izmenjiva?ima toplote tipa XG. Za odabir izmjenjiva?a topline unesite sljede?e po?etne podatke:

Snaga izmenjiva?a toplote - toplotnu snagu, koji se mora prenijeti iz teku?ine za grijanje (sa vi?a temperatura) na zagrejanu rashladnu te?nost;

Temperaturni re?im – po?etne temperature zagrijanih i zagrijanih rashladnih te?nosti, kao i ?eljene kona?ne temperature rashladnih sredstava (temperature rashladnih sredstava na izlazu iz izmenjiva?a toplote);

Vrsta rashladne te?nosti;

Rezerva grija?e povr?ine;

Maksimalni dozvoljeni hidrauli?ki otpor hoda izmjenjiva?a topline.

Od gore navedenih podataka, prva tri ne izazivaju pote?ko?e. Ali parametri kao ?to su povr?ina i hidrauli?ki otpor, koji na prvi pogled mogu izgledati bezna?ajni, unose zna?ajne pote?ko?e pri odabiru izmjenjiva?a topline. Ove parametre mora postaviti projektant, koji mo?da nije specijalista u oblasti izmjenjiva?a topline. Pogledajmo bli?e ove parametre.

Maksimalni dozvoljeni hidrauli?ki otpor

Prilikom odabira izmjenjiva?a topline potrebno je ne samo postaviti cilj osiguranja prijenosa topline, ve? i razmotriti sistem u cjelini, procjenjuju?i utjecaj izmjenjiva?a topline na hidrauli?ki na?in rada sistema. Ako pita? velika vrijednost hidrauli?ki otpor - ukupni otpor sistema ?e se zna?ajno pove?ati, ?to ?e dovesti do potrebe za kori?tenjem cirkulacijske pumpe sa nerazumno velikom snagom. Ovo je posebno va?no ako su pumpe dio pojedinca grejna ta?ka stambena zgrada. Stvaraju sna?nije pumpe vi?i nivo buka, vibracije, ?to mo?e dovesti do naknadnih pritu?bi stanara. Osim toga, s velikom vjerovatno?om, pumpe ?e raditi u suboptimalnom re?imu, kada je potrebno osigurati visok pritisak uz mali protok. Ovaj na?in rada dovodi do smanjenja efikasnosti i radnog vijeka pumpi, ?to zauzvrat pove?ava tro?kove rada.

S druge strane, visok hidrauli?ki otpor plo?astih izmjenjiva?a topline ukazuje na veliku brzinu rashladnog sredstva u kanalima izmjenjiva?a topline; ako su to ?isti izmjenjiva?i topline - bez kamenca i naslaga. Ovo ima pozitivan u?inak na koeficijent prijenosa topline, ?to rezultira manjom potrebnom povr?inom prijenosa topline, ?to smanjuje cijenu izmjenjiva?a topline.

Zadatak odabira pravog hidrauli?kog otpora svodi se na pronala?enje optimuma izme?u cijene izmjenjiva?a topline i njegovog u?inka na ukupni otpor sistema.

Stru?njaci Danfoss TOV preporu?uju postavljanje maksimalnog hidrauli?kog otpora od 2 m vode za plo?aste izmjenjiva?e topline. Art. (20 kPa) za sisteme grijanja i tople vode i 4 m vode. st (40 kPa) za rashladne sisteme.

Rezerva grejne povr?ine

Glavni zadatak dodatne povr?ine za izmjenu topline je da obezbijedi izra?unatu snagu izmjene topline kada se koeficijent prijenosa topline smanji zbog kontaminacije povr?ina za izmjenu topline. Izmjenjiva?i topline sistema za opskrbu toplom vodom u kojima se grije najvi?e su podlo?ni kontaminaciji i stvaranju kamenca. voda iz ?esme sa, po pravilu, visokim sadr?ajem soli. Zbog toga izmjenjiva?i topline sistema za opskrbu toplom vodom zahtijevaju ve?u rezervu grijne povr?ine od izmjenjiva?a topline sistema grijanja i hla?enja, u kojima se tretirana voda koristi kao rashladno sredstvo.