Ο υπολογισμός του εναλλάκτη θερμότητας δεν διαρκεί περισσότερο από πέντε λεπτά. Κάθε οργανισμός που κατασκευάζει και πουλάει τέτοιο εξοπλισμό, κατά κανόνα, παρέχει σε όλους το δικό του πρόγραμμα επιλογής. Μπορείτε να το κατεβάσετε δωρεάν από τον ιστότοπο της εταιρείας, διαφορετικά ο τεχνικός τους θα έρθει στο γραφείο σας και θα τον εγκαταστήσει δωρεάν. Ωστόσο, πόσο σωστό είναι το αποτέλεσμα τέτοιων υπολογισμών, είναι δυνατόν να τον εμπιστευτούμε και δεν είναι πονηρός ο κατασκευαστής όταν αγωνίζεται σε διαγωνισμό με τους ανταγωνιστές του; Ο έλεγχος ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή απαιτεί γνώση ή τουλάχιστον κατανόηση της μεθοδολογίας υπολογισμού για τους σύγχρονους εναλλάκτες θερμότητας. Ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τις λεπτομέρειες.
Τι είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας
Πριν υπολογίσετε τον εναλλάκτη θερμότητας, ας θυμηθούμε, τι είδους συσκευή είναι; Μια συσκευή ανταλλαγής θερμότητας και μάζας (γνωστός και ως εναλλάκτης θερμότητας, γνωστή και ως εναλλάκτης θερμότητας ή TOA) είναι μια συσκευή για τη μεταφορά θερμότητας από έναν φορέα θερμότητας σε έναν άλλο. Κατά τη διαδικασία αλλαγής των θερμοκρασιών των ψυκτικών, η πυκνότητά τους και, κατά συνέπεια, οι δείκτες μάζας των ουσιών αλλάζουν επίσης. Γι 'αυτό τέτοιες διεργασίες ονομάζονται μεταφορά θερμότητας και μάζας.
Κυρίως μενού
Γειά σου! Ένας εναλλάκτης θερμότητας είναι μια συσκευή στην οποία πραγματοποιείται ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ δύο ή περισσοτέρων φορέων θερμότητας ή μεταξύ φορέων θερμότητας και στερεών (ακροφύσιο, τοίχωμα). Ο ρόλος του ψυκτικού μπορεί επίσης να παιχτεί από το περιβάλλον που περιβάλλει τη συσκευή. Ανάλογα με το σκοπό και το σχεδιασμό τους, οι εναλλάκτες θερμότητας μπορεί να είναι πολύ διαφορετικοί, από το απλούστερο (καλοριφέρ) έως το πιο προηγμένο (μονάδα λέβητα). Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, οι εναλλάκτες θερμότητας υποδιαιρούνται σε ανάκτηση, αναγέννηση και ανάμιξη.
Οι συσκευές αναζωογόνησης ονομάζονται συσκευές στις οποίες ρέουν ταυτόχρονα φορείς θερμότητας και ψυχρής θερμότητας, χωρισμένοι από ένα συμπαγές τοίχωμα. Αυτές οι συσκευές περιλαμβάνουν θερμαντήρες, λέβητες, συμπυκνωτές, εξατμιστές κ.λπ.
Συσκευή στην οποία η ίδια επιφάνεια θέρμανσης πλένεται εναλλακτικά με ζεστό και κρύο υγρό ονομάζεται αναγεννητική. Σε αυτήν την περίπτωση, η θερμότητα που συσσωρεύεται από τα τοιχώματα της συσκευής κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασής τους με το θερμό υγρό εκπέμπεται στο ψυχρό υγρό. Ένα παράδειγμα αναγεννητικών συσκευών είναι οι θερμοσίφωνες ανοιχτών εστιών και υψικαμίνων, κλιβάνων θέρμανσης κ.λπ. Σε αναγεννητές, η ανταλλαγή θερμότητας συμβαίνει πάντα υπό μη σταθερές συνθήκες, ενώ οι αναγεννητικές συσκευές λειτουργούν ως επί το πλείστον σε στάση.
Οι αναγεννητικές και αναγεννητικές συσκευές ονομάζονται επίσης επιφανειακές, καθώς η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας σε αυτές συνδέεται αναπόφευκτα με την επιφάνεια ενός στερεού.
Οι αναμικτήρες είναι συσκευές στις οποίες η μεταφορά θερμότητας πραγματοποιείται με άμεση ανάμιξη ζεστών και κρύων υγρών.
Η αμοιβαία κίνηση των φορέων θερμότητας σε εναλλάκτες θερμότητας μπορεί να είναι διαφορετική (Εικ. 1.).
Ανάλογα με αυτό, γίνεται διάκριση μεταξύ συσκευών με άμεση ροή, αντίθετη ροή, εγκάρσια ροή και με πολύπλοκη κατεύθυνση κίνησης φορέων θερμότητας (μικτό ρεύμα). Εάν τα ψυκτικά ρέουν παράλληλα σε μία κατεύθυνση, τότε ένα τέτοιο μοτίβο κίνησης ονομάζεται ροή προς τα εμπρός (Εικ. 1.). Με αντίθετη ροή, τα ψυκτικά κινούνται παράλληλα, αλλά το ένα προς το άλλο. Εάν οι κατευθύνσεις κίνησης των υγρών τέμνονται, τότε το μοτίβο κίνησης ονομάζεται εγκάρσια ροή. Εκτός από τα ονομαζόμενα σχήματα, στην πράξη χρησιμοποιούνται επίσης πιο περίπλοκα: ταυτόχρονη ροή προς τα εμπρός και αντίστροφη ροή, πολλαπλό ρεύμα πολλαπλής ροής κ.λπ.
Ανάλογα με τον τεχνολογικό σκοπό και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού, οι εναλλάκτες θερμότητας υποδιαιρούνται σε θερμοσίφωνες, συμπυκνωτές, μονάδες λέβητα, εξατμιστές κ.λπ. Αλλά το κοινό πράγμα είναι ότι όλοι χρησιμεύουν για τη μεταφορά θερμότητας από ένα φορέα θερμότητας σε άλλο, επομένως, οι βασικές διατάξεις του θερμικού υπολογισμού είναι οι ίδιοι για αυτούς ... Η διαφορά μπορεί να είναι μόνο ο τελικός σκοπός διακανονισμού. Κατά το σχεδιασμό ενός νέου εναλλάκτη θερμότητας, η εργασία υπολογισμού είναι ο προσδιορισμός της επιφάνειας θέρμανσης. Κατά τον έλεγχο θερμικού υπολογισμού του υπάρχοντος εναλλάκτη θερμότητας, απαιτείται η εύρεση της ποσότητας θερμότητας που μεταφέρεται και των τελικών θερμοκρασιών των υγρών εργασίας.
Ο υπολογισμός θερμότητας και στις δύο περιπτώσεις βασίζεται στις εξισώσεις ισοζυγίου θερμότητας και στην εξίσωση μεταφοράς θερμότητας.
Η εξίσωση θερμικής ισορροπίας του εναλλάκτη θερμότητας έχει τη μορφή:
όπου M είναι ο ρυθμός ροής μάζας του ψυκτικού, kg / s · cpm - ειδική μάζα ισοβαρική μέση θερμική ικανότητα του ψυκτικού, J / (kg * ° С).
Εδώ και σε αυτό που ακολουθεί, ο δείκτης "1" υποδηλώνει τις τιμές που σχετίζονται με το θερμό υγρό (πρωτεύων φορέας θερμότητας) και τον δείκτη "2" - για το ψυχρό υγρό (δευτερεύων φορέας θερμότητας). μια γραμμή αντιστοιχεί στη θερμοκρασία του υγρού στην είσοδο προς τη συσκευή και σε δύο γραμμές - στην έξοδο.
Κατά τον υπολογισμό των εναλλακτών θερμότητας, χρησιμοποιείται συχνά η έννοια της συνολικής θερμικής ικανότητας του ρυθμού ροής μάζας του φορέα θερμότητας (ισοδύναμο νερού), ίσο με C = Mav W / ° C. Από την έκφραση (1) προκύπτει ότι
Δηλαδή, η αναλογία μεταβολών θερμοκρασίας μονοφασικών υγρών μεταφοράς θερμότητας είναι αντιστρόφως ανάλογη με την αναλογία της συνολικής θερμικής ικανότητας κατανάλωσης (ισοδύναμα νερού).
Η εξίσωση μεταφοράς θερμότητας γράφεται ως εξής: Q = k * F * (t1 - t2), όπου t1, t2 είναι οι θερμοκρασίες των πρωτογενών και δευτερευόντων φορέων θερμότητας. Το F είναι η επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας.
Κατά τη διάρκεια της ανταλλαγής θερμότητας, στις περισσότερες περιπτώσεις, οι θερμοκρασίες και των δύο φορέων θερμότητας αλλάζουν και, συνεπώς, η κεφαλή θερμοκρασίας Δt = t1 - t2 αλλάζει. Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας πάνω από την επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας θα έχει επίσης μια μεταβλητή τιμή, επομένως, οι μέσες τιμές της διαφοράς θερμοκρασίας Δtav και ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας kcp θα πρέπει να αντικατασταθούν στην εξίσωση μεταφοράς θερμότητας, δηλαδή
Q = kсp * F * Δtcp (3)
Η περιοχή ανταλλαγής θερμότητας F υπολογίζεται με τον τύπο (3), ενώ η θερμική απόδοση Q καθορίζεται. Για να λυθεί το πρόβλημα, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί ο μέσος όρος σε ολόκληρη την επιφάνεια του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας kp και της κεφαλής θερμοκρασίας Δtav.
Κατά τον υπολογισμό της μέσης διαφοράς θερμοκρασίας, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η φύση της αλλαγής στις θερμοκρασίες των φορέων θερμότητας κατά μήκος της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας. Είναι γνωστό από τη θεωρία της θερμικής αγωγιμότητας ότι σε μια πλάκα ή μια κυλινδρική ράβδο παρουσία διαφοράς θερμοκρασίας στα άκρα (οι πλευρικές επιφάνειες είναι μονωμένες), η κατανομή θερμοκρασίας κατά μήκος είναι γραμμική. Εάν η ανταλλαγή θερμότητας πραγματοποιείται στην πλευρική επιφάνεια ή το σύστημα έχει εσωτερικές πηγές θερμότητας, τότε η κατανομή θερμοκρασίας είναι καμπυλόγραμμη. Με μια ομοιόμορφη κατανομή πηγών θερμότητας, η μεταβολή της θερμοκρασίας κατά μήκος θα είναι παραβολική.
Έτσι, σε εναλλάκτες θερμότητας, η φύση της μεταβολής των θερμοκρασιών των θερμικών φορέων διαφέρει από τη γραμμική και καθορίζεται από τις συνολικές θερμικές ικανότητες C1 και C2 των ρυθμών ροής μάζας των θερμικών φορέων και την κατεύθυνση της αμοιβαίας κίνησής τους (Εικ. 2).
Από τα γραφήματα φαίνεται ότι η μεταβολή της θερμοκρασίας κατά μήκος της επιφάνειας F δεν είναι η ίδια. Σύμφωνα με την εξίσωση (2), μια μεγαλύτερη αλλαγή θερμοκρασίας θα γίνει στον φορέα θερμότητας με χαμηλότερη θερμική ικανότητα της ροής μάζας. Εάν οι φορείς θερμότητας είναι οι ίδιοι, για παράδειγμα, σε εναλλάκτη θερμότητας νερού-νερού, τότε η φύση της αλλαγής στις θερμοκρασίες των φορέων θερμότητας θα καθοριστεί εξ ολοκλήρου από τους ρυθμούς ροής τους, και με χαμηλότερο ρυθμό ροής η αλλαγή θερμοκρασίας θα είναι μεγάλη.Με τη συν-ροή, η τελική θερμοκρασία t "2 του θερμαινόμενου μέσου είναι πάντα μικρότερη από τη θερμοκρασία t" 1 του θερμαντικού μέσου στην έξοδο της συσκευής και με αντίθετη ροή, η τελική θερμοκρασία t "2 μπορεί να είναι υψηλότερη από την θερμοκρασία t "1 (βλ. αντίστροφη ροή της θήκης όταν C1> C2). Κατά συνέπεια, στην ίδια αρχική θερμοκρασία, το μέσο που θα θερμανθεί με ροή αντίθετου ρεύματος μπορεί να θερμανθεί σε υψηλότερη θερμοκρασία από ό, τι με τη ροή του ρεύματος.
Με τη ροή του ρεύματος, η κεφαλή θερμοκρασίας κατά μήκος της επιφάνειας θέρμανσης αλλάζει σε μεγαλύτερο βαθμό από ό, τι με την αντίθετη ροή. Ταυτόχρονα, η μέση τιμή της στην τελευταία περίπτωση είναι μεγαλύτερη, ως αποτέλεσμα της οποίας η επιφάνεια θέρμανσης της συσκευής με αντίθετη ροή θα είναι μικρότερη. Έτσι, υπό ίσες συνθήκες, στην περίπτωση αυτή, θα μεταφέρεται περισσότερη θερμότητα. Σε αυτή τη βάση, θα πρέπει να δοθεί προτίμηση σε συσκευές με αντίστροφη ροή.
Ως αποτέλεσμα μιας αναλυτικής μελέτης ενός εναλλάκτη θερμότητας που λειτουργεί σύμφωνα με το σχήμα άμεσης ροής, βρέθηκε ότι η κεφαλή θερμοκρασίας κατά μήκος της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας αλλάζει εκθετικά, οπότε η μέση κεφαλή θερμοκρασίας μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο:
όπου Δtb είναι η μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμού και του κρύου φορέα θερμότητας (από το ένα άκρο του εναλλάκτη θερμότητας) · Δtm - μικρότερη διαφορά θερμοκρασίας (από το άλλο άκρο του εναλλάκτη θερμότητας).
Με ροή προς τα εμπρός, Δtb = t'1 - t'2 και Δtm = t "1 - t" 2 (Εικ. 2.). Αυτός ο τύπος ισχύει επίσης για αντίστροφη ροή με τη μόνη διαφορά που ισχύει στην περίπτωση όταν C1
Η μέση διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο μέσων, που υπολογίζεται με τον τύπο (4), ονομάζεται μέσος λογαριθμικός. κεφαλή θερμοκρασίας. Η μορφή της έκφρασης οφείλεται στη φύση της αλλαγής θερμοκρασίας κατά μήκος της επιφάνειας θέρμανσης (καμπυλόγραμμη εξάρτηση). Εάν η εξάρτηση ήταν γραμμική, τότε η κεφαλή θερμοκρασίας πρέπει να προσδιοριστεί ως αριθμητικός μέσος όρος (Εικ. 3.). Η τιμή της αριθμητικής μέσης κεφαλής Δtа.av είναι πάντα μεγαλύτερη από τη μέση λογαριθμική Δtl.av. Ωστόσο, σε περιπτώσεις όπου η κεφαλή θερμοκρασίας κατά μήκος του εναλλάκτη θερμότητας αλλάζει ασήμαντα, δηλαδή, ικανοποιείται η συνθήκη Δtb / Δtm <2, η μέση διαφορά θερμοκρασίας μπορεί να υπολογιστεί ως αριθμητικός μέσος όρος:
Ο μέσος όρος της διαφοράς θερμοκρασίας για συσκευές με διασταυρούμενη ροή και μικτό ρεύμα διακρίνεται από την πολυπλοκότητα των υπολογισμών, επομένως, για ορισμένα από τα πιο κοινά σχήματα, τα αποτελέσματα των λύσεων δίδονται συνήθως με τη μορφή γραφημάτων. ISP. Βιβλιογραφία: 1) Βασικά στοιχεία της μηχανικής θερμικής ενέργειας, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Μινσκ, εκδ. 2ο, "Ανώτατο σχολείο", 1976. 3) Τεχνική θερμότητας, έκδοση 2, υπό τη γενική επιμέλεια του. ΣΟΥΣΚΙΝΑ, Μόσχα "Μεταλλουργία", 1973.
Τύποι μεταφοράς θερμότητας
Τώρα ας μιλήσουμε για τους τύπους μεταφοράς θερμότητας - υπάρχουν μόνο τρεις από αυτούς. Ακτινοβολία - η μεταφορά θερμότητας μέσω ακτινοβολίας. Ένα παράδειγμα είναι η ηλιοθεραπεία στην παραλία σε μια ζεστή καλοκαιρινή μέρα. Και τέτοιοι εναλλάκτες θερμότητας μπορούν να βρεθούν ακόμη και στην αγορά (θερμοσίφωνες λαμπτήρων). Ωστόσο, τις περισσότερες φορές για θέρμανση χώρων διαμονής, δωματίων σε διαμέρισμα, αγοράζουμε πετρέλαιο ή ηλεκτρικά καλοριφέρ. Αυτό είναι ένα παράδειγμα ενός άλλου τύπου μεταφοράς θερμότητας - μεταφοράς. Η μεταφορά μπορεί να είναι φυσική, εξαναγκασμένη (κουκούλα, και υπάρχει ανακτήτης στο κουτί) ή να προκαλείται μηχανικά (με έναν ανεμιστήρα, για παράδειγμα). Ο τελευταίος τύπος είναι πολύ πιο αποτελεσματικός.
Ωστόσο, ο πιο αποτελεσματικός τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι η θερμική αγωγιμότητα ή, όπως αποκαλείται επίσης, αγωγιμότητα (από την αγγλική αγωγιμότητα - «αγωγιμότητα»). Κάθε μηχανικός που πρόκειται να πραγματοποιήσει θερμικό υπολογισμό εναλλάκτη θερμότητας, πρώτα απ 'όλα, σκέφτεται να επιλέξει αποδοτικό εξοπλισμό στις μικρότερες δυνατές διαστάσεις. Και αυτό επιτυγχάνεται ακριβώς λόγω της θερμικής αγωγιμότητας. Ένα παράδειγμα αυτού είναι ο πιο αποτελεσματικός TOA σήμερα - εναλλάκτες θερμότητας πλάκας. Η πλάκα TOA, εξ ορισμού, είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας που μεταφέρει θερμότητα από το ένα ψυκτικό στο άλλο μέσω του τοιχώματος που τους χωρίζει. Η μέγιστη δυνατή περιοχή επαφής μεταξύ δύο μέσων, μαζί με σωστά επιλεγμένα υλικά, το προφίλ των πλακών και το πάχος τους, σας επιτρέπει να ελαχιστοποιήσετε το μέγεθος του επιλεγμένου εξοπλισμού διατηρώντας παράλληλα τα αρχικά τεχνικά χαρακτηριστικά που απαιτούνται στην τεχνολογική διαδικασία.
Τύποι εναλλάκτη θερμότητας
Πριν από τον υπολογισμό του εναλλάκτη θερμότητας, προσδιορίζονται με τον τύπο του. Όλα τα TOA μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες: αναγεννητικοί και αναγεννητικοί εναλλάκτες θερμότητας. Η κύρια διαφορά μεταξύ τους είναι η ακόλουθη: στον αναγεννητικό ΤΟΑ, η ανταλλαγή θερμότητας συμβαίνει μέσω ενός τοιχώματος που χωρίζει δύο ψυκτικά και στο αναγεννητικό ΤΟΑ, τα δύο μέσα έχουν άμεση επαφή μεταξύ τους, συχνά αναμειγνύονται και απαιτούν επακόλουθο διαχωρισμό σε ειδικούς διαχωριστές. Οι αναγεννητικοί εναλλάκτες θερμότητας χωρίζονται σε ανάμιξη και εναλλάκτες θερμότητας με συσκευασία (στάσιμος, πτώση ή ενδιάμεσος). Σε γενικές γραμμές, ένας κουβάς ζεστού νερού που εκτίθεται στον παγετό ή ένα ποτήρι ζεστό τσάι τοποθετημένο στο ψυγείο για να κρυώσει (ποτέ μην το κάνετε αυτό!) Είναι ένα παράδειγμα ενός τέτοιου TOA ανάμειξης. Και ρίχνοντας τσάι σε ένα πιατάκι και ψύχοντάς τον με αυτόν τον τρόπο, παίρνουμε ένα παράδειγμα ενός αναγεννητικού εναλλάκτη θερμότητας με ένα ακροφύσιο (το πιατάκι σε αυτό το παράδειγμα παίζει το ρόλο ενός ακροφυσίου), ο οποίος πρώτα έρχεται σε επαφή με τον αέρα του περιβάλλοντος και παίρνει τη θερμοκρασία του και στη συνέχεια παίρνει λίγο από τη θερμότητα από το ζεστό τσάι που χύνεται σε αυτό., επιδιώκοντας να φέρει και τα δύο μέσα σε θερμική ισορροπία. Ωστόσο, όπως έχουμε ήδη ανακαλύψει νωρίτερα, είναι πιο αποτελεσματική η χρήση θερμικής αγωγιμότητας για τη μεταφορά θερμότητας από ένα μέσο σε άλλο, επομένως, τα TOA που είναι πιο χρήσιμα όσον αφορά τη μεταφορά θερμότητας (και χρησιμοποιούνται ευρέως) σήμερα, φυσικά, αναρρωτικός.
Προσδιορισμός της ποσότητας θερμότητας
Η εξίσωση μεταφοράς θερμότητας που χρησιμοποιείται για μονάδες χρόνου και διαδικασιών σταθερής κατάστασης έχει ως εξής:
Q = KFtcp (Π)
Σε αυτήν την εξίσωση:
- K είναι η τιμή του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας (εκφραζόμενη σε W / (m2 / K)) ·
- tav - η μέση διαφορά στους δείκτες θερμοκρασίας μεταξύ διαφορετικών φορέων θερμότητας (η τιμή μπορεί να δοθεί τόσο σε βαθμούς Κελσίου (0С) όσο και σε kelvin (K)) ·
- F είναι η τιμή της επιφάνειας για την οποία πραγματοποιείται μεταφορά θερμότητας (η τιμή δίνεται σε m2).
Η εξίσωση σάς επιτρέπει να περιγράψετε τη διαδικασία κατά την οποία η θερμότητα μεταφέρεται μεταξύ θερμικών φορέων (από θερμό σε κρύο). Η εξίσωση λαμβάνει υπόψη:
- μεταφορά θερμότητας από το ψυκτικό (ζεστό) στον τοίχο.
- παράμετροι θερμικής αγωγιμότητας τοίχου
- μεταφορά θερμότητας από τον τοίχο στο ψυκτικό (κρύο).
Θερμικός και δομικός υπολογισμός
Οποιοσδήποτε υπολογισμός ενός ανακτήσιμου εναλλάκτη θερμότητας μπορεί να γίνει με βάση τα αποτελέσματα υπολογισμών θερμικής, υδραυλικής και αντοχής. Είναι θεμελιώδεις, υποχρεωτικές στο σχεδιασμό νέου εξοπλισμού και αποτελούν τη βάση της μεθόδου υπολογισμού για τα επόμενα μοντέλα της γραμμής του ίδιου τύπου συσκευών. Ο κύριος στόχος του θερμικού υπολογισμού του TOA είναι ο προσδιορισμός της απαιτούμενης περιοχής της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας για τη σταθερή λειτουργία του εναλλάκτη θερμότητας και τη διατήρηση των απαιτούμενων παραμέτρων του μέσου στην έξοδο. Πολύ συχνά, σε αυτούς τους υπολογισμούς, οι μηχανικοί λαμβάνουν αυθαίρετες τιμές των χαρακτηριστικών μάζας και μεγέθους του μελλοντικού εξοπλισμού (υλικό, διάμετρος σωλήνων, μεγέθη πλάκας, γεωμετρία δέσμης, τύπος και υλικό φινιρίσματος κ.λπ.), επομένως, μετά την θερμικός, πραγματοποιείται συνήθως ένας εποικοδομητικός υπολογισμός του εναλλάκτη θερμότητας. Πράγματι, εάν στο πρώτο στάδιο ο μηχανικός υπολόγιζε την απαιτούμενη επιφάνεια για μια δεδομένη διάμετρο σωλήνα, για παράδειγμα, 60 mm και το μήκος του εναλλάκτη θερμότητας αποδείχθηκε περίπου εξήντα μέτρα, τότε είναι πιο λογικό να υποθέσουμε μια μετάβαση σε εναλλάκτη θερμότητας πολλαπλής διέλευσης, ή σε τύπο κελύφους και σωλήνων, ή για αύξηση της διαμέτρου των σωλήνων.
Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας στον υπολογισμό των εναλλάκτη θερμότητας
Οι τρεις κύριοι τύποι μεταφοράς θερμότητας είναι η μεταφορά, η αγωγή θερμότητας και η ακτινοβολία.
Σε διαδικασίες ανταλλαγής θερμότητας που προχωρούν σύμφωνα με τις αρχές του μηχανισμού αγωγής θερμότητας, η θερμική ενέργεια μεταφέρεται με τη μορφή μεταφοράς ενέργειας ελαστικών ατομικών και μοριακών δονήσεων. Η μεταφορά αυτής της ενέργειας μεταξύ διαφορετικών ατόμων είναι προς την κατεύθυνση της μείωσης.
Ο υπολογισμός των χαρακτηριστικών της μεταφοράς θερμικής ενέργειας σύμφωνα με την αρχή της θερμικής αγωγιμότητας πραγματοποιείται σύμφωνα με το νόμο Fourier
Τα δεδομένα για την επιφάνεια, τη θερμική αγωγιμότητα, την κλίση της θερμοκρασίας, την περίοδο ροής χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ποσότητας θερμικής ενέργειας.Η έννοια της διαβάθμισης θερμοκρασίας ορίζεται ως η αλλαγή της θερμοκρασίας στην κατεύθυνση της μεταφοράς θερμότητας κατά μία ή άλλη μονάδα μήκους.
Η θερμική αγωγιμότητα είναι ο ρυθμός της διαδικασίας ανταλλαγής θερμότητας, δηλ. την ποσότητα θερμικής ενέργειας που διέρχεται από οποιαδήποτε μονάδα επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου.
Όπως γνωρίζετε, τα μέταλλα χαρακτηρίζονται από τον υψηλότερο συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας σε σχέση με άλλα υλικά, το οποίο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε οποιονδήποτε υπολογισμό των διαδικασιών ανταλλαγής θερμότητας. Όσον αφορά τα υγρά, κατά κανόνα, έχουν σχετικά χαμηλότερο συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας σε σύγκριση με σώματα σε στερεά κατάσταση συσσωμάτωσης.
Είναι δυνατόν να υπολογιστεί η ποσότητα της θερμικής ενέργειας που μεταφέρεται για τον υπολογισμό των εναλλάκτη θερμότητας, στην οποία η θερμική ενέργεια μεταφέρεται μεταξύ διαφορετικών μέσων μέσω του τοίχου, χρησιμοποιώντας την εξίσωση Fourier. Ορίζεται ως η ποσότητα θερμικής ενέργειας που διέρχεται από ένα επίπεδο που χαρακτηρίζεται από πολύ μικρό πάχος:
Μετά την εκτέλεση ορισμένων μαθηματικών πράξεων, λαμβάνουμε τον ακόλουθο τύπο
Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η πτώση της θερμοκρασίας μέσα στον τοίχο πραγματοποιείται σύμφωνα με το νόμο μιας ευθείας γραμμής.
Υδραυλικός υπολογισμός
Πραγματοποιούνται υδραυλικοί ή υδρομηχανικοί, καθώς και αεροδυναμικοί υπολογισμοί για τον προσδιορισμό και τη βελτιστοποίηση των υδραυλικών (αεροδυναμικών) απωλειών πίεσης στον εναλλάκτη θερμότητας, καθώς και για τον υπολογισμό του ενεργειακού κόστους για την αντιμετώπισή τους. Ο υπολογισμός οποιασδήποτε διαδρομής, καναλιού ή σωλήνα για τη διέλευση του ψυκτικού αποτελεί πρωταρχικό καθήκον για ένα άτομο - να εντείνει τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας σε αυτήν την περιοχή. Δηλαδή, το ένα μέσο πρέπει να μεταφερθεί και το άλλο θα πρέπει να λαμβάνει όσο το δυνατόν περισσότερη θερμότητα στο ελάχιστο διάστημα της ροής του. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται συχνά μια επιπρόσθετη επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας, με τη μορφή μιας ανεπτυγμένης επιφανειακής ραβδώσεως (για τον διαχωρισμό του οριακού στρωματοειδούς υποστρώματος και την ενίσχυση της αναταραχής ροής). Η βέλτιστη αναλογία ισορροπίας υδραυλικών απωλειών, επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας, χαρακτηριστικών βάρους και μεγέθους και αφαιρεθείσας θερμικής ισχύος είναι το αποτέλεσμα ενός συνδυασμού θερμικού, υδραυλικού και εποικοδομητικού υπολογισμού του ΤΟΑ
Υπολογισμός επαλήθευσης
Ο υπολογισμός του εναλλάκτη θερμότητας πραγματοποιείται στην περίπτωση που είναι απαραίτητο να καθοριστεί ένα περιθώριο ισχύος ή για την επιφάνεια της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας. Η επιφάνεια διατηρείται για διάφορους λόγους και σε διαφορετικές καταστάσεις: εάν αυτό απαιτείται σύμφωνα με τους όρους αναφοράς, εάν ο κατασκευαστής αποφασίσει να προσθέσει ένα πρόσθετο περιθώριο προκειμένου να είναι σίγουρος ότι ένας τέτοιος εναλλάκτης θερμότητας θα τεθεί σε λειτουργία και να ελαχιστοποιηθούν τα σφάλματα γίνονται στους υπολογισμούς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτείται πλεονασμός για την ολοκλήρωση των αποτελεσμάτων των διαστάσεων σχεδιασμού, σε άλλες (εξατμιστές, εξοικονομητές), ένα περιθώριο επιφάνειας εισάγεται ειδικά στον υπολογισμό της ικανότητας του εναλλάκτη θερμότητας για μόλυνση από λάδι συμπιεστή που υπάρχει στο κύκλωμα ψύξης. Και η χαμηλή ποιότητα του νερού πρέπει να ληφθεί υπόψη. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα αδιάκοπης λειτουργίας των εναλλάκτη θερμότητας, ειδικά σε υψηλές θερμοκρασίες, η κλίμακα καθιερώνεται στην επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας της συσκευής, μειώνοντας τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και αναπόφευκτα οδηγεί σε μια παρασιτική μείωση της αφαίρεσης θερμότητας. Επομένως, ένας αρμόδιος μηχανικός, κατά τον υπολογισμό του εναλλάκτη θερμότητας νερού-νερού, δίνει ιδιαίτερη προσοχή στην πρόσθετη πλεονασματικότητα της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας. Ο υπολογισμός επαλήθευσης πραγματοποιείται επίσης για να δούμε πώς θα λειτουργεί ο επιλεγμένος εξοπλισμός σε άλλους, δευτερεύοντες τρόπους. Για παράδειγμα, στα κεντρικά κλιματιστικά (μονάδες παροχής αέρα), οι θερμαντήρες της πρώτης και της δεύτερης θέρμανσης, οι οποίοι χρησιμοποιούνται στην κρύα εποχή, χρησιμοποιούνται συχνά το καλοκαίρι για να κρυώσουν τον εισερχόμενο αέρα παρέχοντας κρύο νερό στους σωλήνες του αέρα εναλλάκτης θερμότητας.Πώς θα λειτουργήσουν και ποιες παράμετροι θα σας επιτρέψουν να αξιολογήσετε τον υπολογισμό επαλήθευσης.
Συσκευή και αρχή λειτουργίας
Ο εξοπλισμός ανταλλαγής θερμότητας στη σύγχρονη αγορά παρουσιάζεται σε μεγάλη ποικιλία.
Η ολόκληρη διαθέσιμη ποικιλία προϊόντων αυτής της σειράς μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους, όπως:
- αδρανή πλακών ·
- συσκευές με κέλυφος και σωλήνες.
Η τελευταία ποικιλία, λόγω του χαμηλού ποσοστού απόδοσης, καθώς και του μεγάλου μεγέθους της, σχεδόν δεν πωλείται στην αγορά σήμερα. Ο εναλλάκτης θερμότητας πλάκας αποτελείται από ίδιες κυματοειδείς πλάκες, οι οποίες στερεώνονται σε ένα ανθεκτικό μεταλλικό πλαίσιο. Τα στοιχεία είναι τοποθετημένα σε καθρέφτη μεταξύ τους και μεταξύ τους υπάρχουν χαλύβδινοι και ελαστικοί σφραγίδες. Η αποτελεσματική περιοχή ανταλλαγής θερμότητας εξαρτάται άμεσα από το μέγεθος και τον αριθμό των πλακών.
Οι συσκευές πλάκας μπορούν να χωριστούν σε δύο υποείδη βάσει διαμόρφωσης, όπως:
- συγκολλημένες μονάδες
- εναλλάκτες θερμότητας με φλάντζα.
Οι πτυσσόμενες συσκευές διαφέρουν από τα προϊόντα του συγκολλημένου τύπου συναρμολόγησης, καθώς, το συντομότερο δυνατό, η συσκευή μπορεί να αναβαθμιστεί και να προσαρμοστεί στις προσωπικές ανάγκες, για παράδειγμα, να προσθέσετε ή να αφαιρέσετε έναν ορισμένο αριθμό πλακών. Οι εναλλάκτες θερμότητας με φλάντζες είναι σε ζήτηση σε περιοχές όπου χρησιμοποιείται σκληρό νερό για οικιακές ανάγκες, λόγω των χαρακτηριστικών των οποίων συσσωρεύονται ποτά και διάφοροι ρύποι στα στοιχεία της μονάδας. Αυτά τα νεοπλάσματα επηρεάζουν δυσμενώς την απόδοση της συσκευής, επομένως, πρέπει να καθαρίζονται τακτικά, και χάρη στη διαμόρφωσή τους, αυτό είναι πάντα δυνατό.
Οι μη αποσυναρμολογούμενες συσκευές διακρίνονται από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- υψηλό επίπεδο αντίστασης σε διακυμάνσεις υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας ·
- μεγάλη διάρκεια ζωής?
- ελαφρύ βάρος.
Τα συγκολλημένα συγκροτήματα καθαρίζονται χωρίς αποσυναρμολόγηση ολόκληρης της δομής.
Με βάση τον υπολογισμό του τύπου και της επιλογής εγκατάστασης της μονάδας, πρέπει να διακρίνονται δύο τύποι εναλλακτών θερμότητας για ζεστό νερό από τη θέρμανση.
- Οι εσωτερικοί εναλλάκτες θερμότητας βρίσκονται στις συσκευές θέρμανσης - φούρνοι, λέβητες και άλλα. Η εγκατάσταση αυτού του είδους σας επιτρέπει να έχετε τη μέγιστη απόδοση κατά τη λειτουργία των προϊόντων, καθώς η απώλεια θερμότητας για θέρμανση της θήκης θα είναι ελάχιστη. Κατά κανόνα, τέτοιες συσκευές είναι ήδη ενσωματωμένες στο λέβητα στο στάδιο κατασκευής των λέβητων. Αυτό διευκολύνει σημαντικά την εγκατάσταση και τη θέση σε λειτουργία, καθώς χρειάζεται μόνο να προσαρμόσετε τον απαιτούμενο τρόπο λειτουργίας του εναλλάκτη θερμότητας.
- Οι εξωτερικοί εναλλάκτες θερμότητας πρέπει να συνδέονται ξεχωριστά από την πηγή θερμότητας. Τέτοιες συσκευές είναι κατάλληλες για χρήση σε περιπτώσεις όπου η λειτουργία της συσκευής εξαρτάται από μια πηγή απομακρυσμένης θέρμανσης. Τα σπίτια με κεντρική θέρμανση είναι ένα παράδειγμα. Σε αυτήν την υλοποίηση, η οικιακή μονάδα που θερμαίνει το νερό δρα ως εξωτερική συσκευή.
Λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο υλικού από το οποίο γίνονται χωρίσματα, αξίζει να επισημάνετε τα ακόλουθα μοντέλα:
- εναλλάκτες θερμότητας από χάλυβα
- συσκευές κατασκευασμένες από χυτοσίδηρο.
Επιπλέον, τα χαλκοσυγκολλημένα συστήματα ξεχωρίζουν. Χρησιμοποιούνται για τηλεθέρμανση σε πολυκατοικίες.
Τα ακόλουθα χαρακτηριστικά πρέπει να ληφθούν υπόψη τα χαρακτηριστικά του εξοπλισμού από χυτοσίδηρο:
- η πρώτη ύλη ψύχεται αρκετά αργά, γεγονός που εξοικονομεί τη λειτουργία ολόκληρου του συστήματος θέρμανσης ·
- το υλικό έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα, όλα τα προϊόντα από χυτοσίδηρο έχουν εγγενείς ιδιότητες στις οποίες θερμαίνεται πολύ γρήγορα και εκπέμπει θερμότητα σε άλλα στοιχεία ·
- η πρώτη ύλη είναι ανθεκτική στο σχηματισμό κλίμακας στη βάση, επιπλέον, είναι πιο ανθεκτική στη διάβρωση.
- εγκαθιστώντας πρόσθετες ενότητες, μπορείτε να αυξήσετε την ισχύ και τη λειτουργικότητα της μονάδας στο σύνολό της.
- προϊόντα από αυτό το υλικό μπορούν να μεταφερθούν σε μέρη, χωρίζοντάς τα σε τμήματα, γεγονός που διευκολύνει τη διαδικασία παράδοσης, καθώς και εγκατάσταση και συντήρηση του εναλλάκτη θερμότητας.
Σας προτείνουμε να εξοικειωθείτε με: Ποια πλευρά να τοποθετήσετε το φράγμα ατμών a - DOLGOSTROI.PRO
Όπως οποιοδήποτε άλλο προϊόν, μια τέτοια εξαρτημένη συσκευή έχει τα ακόλουθα μειονεκτήματα:
- Ο χυτοσίδηρος είναι αξιοσημείωτος για τη χαμηλή του αντίσταση στις απότομες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, τέτοια φαινόμενα μπορεί να γεμίσουν με το σχηματισμό ρωγμών στη συσκευή, η οποία θα επηρεάσει αρνητικά την απόδοση του εναλλάκτη θερμότητας.
- Ακόμη και με μεγάλες διαστάσεις, οι μονάδες από χυτοσίδηρο είναι πολύ εύθραυστες, επομένως οι μηχανικές ζημιές, ειδικά κατά τη μεταφορά των προϊόντων, μπορούν να την καταστρέψουν σοβαρά.
- το υλικό είναι επιρρεπές σε ξηρή διάβρωση ·
- Η μεγάλη μάζα και οι διαστάσεις της συσκευής μερικές φορές περιπλέκουν την ανάπτυξη και την εγκατάσταση του συστήματος.
Οι χαλύβδινοι εναλλάκτες θερμότητας για παροχή ζεστού νερού είναι αξιοσημείωτο για τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
- υψηλή θερμική αγωγιμότητα
- μικρή μάζα προϊόντων. Ο χάλυβας δεν κάνει το σύστημα βαρύτερο, επομένως τέτοιες συσκευές είναι η καλύτερη επιλογή όταν απαιτείται ένας εναλλάκτης θερμότητας, του οποίου στόχος είναι η συντήρηση ενός μεγάλου χώρου.
- οι χαλύβδινες μονάδες είναι ανθεκτικές στη μηχανική πίεση
- ο χαλύβδινος εναλλάκτης θερμότητας δεν αντιδρά στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας μέσα στη δομή ·
- το υλικό έχει καλά χαρακτηριστικά ελαστικότητας, ωστόσο, η παρατεταμένη επαφή με ένα πολύ θερμαινόμενο ή ψυχρό μέσο μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό ρωγμών στην περιοχή των συγκολλήσεων.
Τα μειονεκτήματα των συσκευών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- ευαισθησία σε ηλεκτροχημική διάβρωση. Επομένως, με συνεχή επαφή με ένα επιθετικό περιβάλλον, η διάρκεια ζωής της συσκευής θα μειωθεί σημαντικά.
- οι συσκευές δεν έχουν την ικανότητα να αυξάνουν την αποδοτικότητα της εργασίας.
- η μονάδα χάλυβα χάνει θερμότητα πολύ γρήγορα, η οποία είναι γεμάτη με αυξημένη κατανάλωση καυσίμου για παραγωγική λειτουργία ·
- χαμηλό επίπεδο συντηρησιμότητας. Είναι σχεδόν αδύνατο να επισκευάσετε τη συσκευή με τα χέρια σας.
- Η τελική συναρμολόγηση του χαλύβδινου εναλλάκτη θερμότητας πραγματοποιείται υπό τις συνθήκες του εργαστηρίου όπου κατασκευάστηκε. Οι μονάδες είναι μονολιθικά τεμάχια μεγάλου μεγέθους, λόγω των οποίων υπάρχουν δυσκολίες με την παράδοσή τους.
Ορισμένοι κατασκευαστές, προκειμένου να αυξήσουν την ποιότητα των χαλύβδινων εναλλάκτες θερμότητας, καλύπτουν τα εσωτερικά τους τοιχώματα με χυτοσίδηρο, αυξάνοντας έτσι την αξιοπιστία της κατασκευής.
Οι σύγχρονοι εναλλάκτες θερμότητας είναι μονάδες των οποίων η λειτουργία βασίζεται σε διαφορετικές αρχές:
- άρδευση;
- κατάδυτος;
- συγκολλημένος;
- επιπόλαιος;
- πτυσσόμενος;
- στρωτή με ραβδώσεις;
- μίξη;
- κέλυφος και σωλήνας και άλλα.
Αλλά οι εναλλάκτες θερμότητας για την παροχή ζεστού νερού και τη θέρμανση διαφέρουν ευνοϊκά από έναν αριθμό άλλων. Αυτά είναι θερμαντήρες ροής. Οι εγκαταστάσεις είναι μια σειρά από πλάκες, μεταξύ των οποίων σχηματίζονται δύο κανάλια: ζεστό και κρύο. Διαχωρίζονται με μια φλάντζα από χάλυβα και καουτσούκ, οπότε εξαλείφεται η ανάμιξη των μέσων.
Οι πλάκες συναρμολογούνται σε ένα μπλοκ. Αυτός ο παράγοντας καθορίζει τη λειτουργικότητα της συσκευής. Οι πλάκες έχουν πανομοιότυπο μέγεθος, αλλά βρίσκονται σε στροφή 180 μοιρών, που είναι ο λόγος για τον σχηματισμό κοιλοτήτων μέσω των οποίων μεταφέρονται υγρά. Έτσι σχηματίζεται η εναλλαγή ψυχρών και θερμών καναλιών και σχηματίζεται μια διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας.
Η ανακυκλοφορία σε αυτόν τον τύπο εξοπλισμού είναι εντατική. Οι συνθήκες υπό τις οποίες θα χρησιμοποιείται ο εναλλάκτης θερμότητας για συστήματα παροχής ζεστού νερού εξαρτάται από το υλικό των παρεμβυσμάτων, τον αριθμό των πλακών, το μέγεθος και τον τύπο τους. Οι εγκαταστάσεις που προετοιμάζουν ζεστό νερό είναι εξοπλισμένες με δύο κυκλώματα: το ένα για DHW, το άλλο για θέρμανση χώρου. Τα μηχανήματα πλάκας είναι ασφαλή, παραγωγικά και χρησιμοποιούνται στους ακόλουθους τομείς:
- προετοιμασία ενός θερμικού φορέα σε συστήματα παροχής ζεστού νερού, εξαερισμού και θέρμανσης ·
- ψύξη τροφίμων και βιομηχανικών ελαίων ·
- παροχή ζεστού νερού για ντους σε επιχειρήσεις ·
- για την προετοιμασία του φορέα θερμότητας σε συστήματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης ·
- για την προετοιμασία ενός θερμικού φορέα σε βιομηχανίες τροφίμων, χημικών και φαρμακευτικών προϊόντων ·
- θέρμανση νερού πισίνας και άλλες διαδικασίες ανταλλαγής θερμότητας.
Υπολογισμοί έρευνας
Οι ερευνητικοί υπολογισμοί του TOA πραγματοποιούνται με βάση τα αποτελέσματα των υπολογισμών θερμικής και επαλήθευσης. Απαιτείται, κατά κανόνα, να κάνουν τις τελευταίες τροποποιήσεις στο σχεδιασμό της προβαλλόμενης συσκευής. Διεξάγονται επίσης για να διορθώσουν τυχόν εξισώσεις που καθορίζονται στο μοντέλο υπολογισμού TOA που εφαρμόστηκε, που αποκτήθηκε εμπειρικά (σύμφωνα με πειραματικά δεδομένα). Η πραγματοποίηση ερευνητικών υπολογισμών περιλαμβάνει δεκάδες και μερικές φορές εκατοντάδες υπολογισμούς σύμφωνα με ένα ειδικό σχέδιο που αναπτύχθηκε και υλοποιήθηκε στην παραγωγή σύμφωνα με τη μαθηματική θεωρία του σχεδιασμού πειραμάτων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, αποκαλύπτεται η επίδραση διαφόρων συνθηκών και φυσικών ποσοτήτων στους δείκτες απόδοσης του TOA.
Άλλοι υπολογισμοί
Κατά τον υπολογισμό της περιοχής του εναλλάκτη θερμότητας, μην ξεχνάτε την αντίσταση των υλικών. Οι υπολογισμοί αντοχής TOA περιλαμβάνουν τον έλεγχο της σχεδιασμένης μονάδας για τάση, στρέψη, για την εφαρμογή των μέγιστων επιτρεπόμενων ροπών λειτουργίας στα μέρη και συγκροτήματα του μελλοντικού εναλλάκτη θερμότητας. Με ελάχιστες διαστάσεις, το προϊόν πρέπει να είναι ανθεκτικό, σταθερό και να εγγυάται ασφαλή λειτουργία σε διάφορες, ακόμη και τις πιο αγχωτικές συνθήκες λειτουργίας.
Πραγματοποιείται δυναμικός υπολογισμός για τον προσδιορισμό των διαφόρων χαρακτηριστικών του εναλλάκτη θερμότητας σε μεταβλητούς τρόπους λειτουργίας.
Εναλλάκτες θερμότητας από σωλήνα σε σωλήνα
Ας εξετάσουμε τον απλούστερο υπολογισμό ενός εναλλάκτη θερμότητας σωλήνα σε σωλήνα. Δομικά, αυτός ο τύπος TOA απλοποιείται όσο το δυνατόν περισσότερο. Κατά κανόνα, ένα ζεστό ψυκτικό αφήνεται στον εσωτερικό σωλήνα της συσκευής για να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες και ένα ψυκτικό ψυκτικό εκτοξεύεται στο περίβλημα ή στον εξωτερικό σωλήνα. Η εργασία του μηχανικού σε αυτήν την περίπτωση περιορίζεται στον προσδιορισμό του μήκους ενός τέτοιου εναλλάκτη θερμότητας με βάση την υπολογιζόμενη περιοχή της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας και τις δεδομένες διαμέτρους.
Πρέπει να προστεθεί εδώ ότι η ιδέα ενός ιδανικού εναλλάκτη θερμότητας εισάγεται στη θερμοδυναμική, δηλαδή μια συσκευή απεριόριστου μήκους, όπου τα ψυκτικά λειτουργούν σε αντίστροφη ροή και η διαφορά θερμοκρασίας ενεργοποιείται πλήρως μεταξύ τους. Ο σχεδιασμός σωλήνα σε σωλήνα πλησιάζει πλησιέστερα στις απαιτήσεις αυτές. Και αν χρησιμοποιείτε τα ψυκτικά μέσα σε μια αντίστροφη ροή, τότε θα είναι η λεγόμενη "πραγματική αντίστροφη ροή" (και όχι η διασταυρούμενη ροή, όπως στο πιάτο TOA). Η κεφαλή θερμοκρασίας ενεργοποιείται αποτελεσματικότερα με μια τέτοια οργάνωση κίνησης. Ωστόσο, κατά τον υπολογισμό του εναλλάκτη θερμότητας σωλήνα σε σωλήνα, πρέπει να είμαστε ρεαλιστές και να μην ξεχνάμε το στοιχείο εφοδιαστικής, καθώς και την ευκολία εγκατάστασης. Το μήκος του Eurotruck είναι 13,5 μέτρα και δεν είναι όλα τα τεχνικά δωμάτια προσαρμοσμένα στην ολίσθηση και εγκατάσταση εξοπλισμού αυτού του μήκους.
Πώς να υπολογίσετε τον εναλλάκτη θερμότητας
Είναι επιτακτική ανάγκη να υπολογιστεί ο εναλλάκτης θερμότητας του πηνίου, διαφορετικά η θερμική του ισχύς μπορεί να μην είναι αρκετή για τη θέρμανση του δωματίου. Το σύστημα θέρμανσης έχει σχεδιαστεί για να αντισταθμίζει την απώλεια θερμότητας. Κατά συνέπεια, μπορούμε να μάθουμε μόνο την ακριβή ποσότητα της απαιτούμενης θερμικής ενέργειας με βάση την απώλεια θερμότητας του κτιρίου. Είναι πολύ δύσκολο να γίνει υπολογισμός, επομένως, κατά μέσο όρο, παίρνουν 100 W ανά 1 τετραγωνικό μέτρο με ύψος οροφής 2,7 m.
Πρέπει να υπάρχει κενό μεταξύ των στροφών.
Επίσης, απαιτούνται οι ακόλουθες τιμές για τον υπολογισμό:
- Πι;
- τη διάμετρο του σωλήνα που είναι διαθέσιμος (πάρτε 10 mm) ·
- θερμική αγωγιμότητα μετάλλου λάμδα (για χαλκό 401 W / m * K);
- το δέλτα της θερμοκρασίας τροφοδοσίας και επιστροφής του ψυκτικού (20 μοίρες).
Για να προσδιορίσετε το μήκος του σωλήνα, πρέπει να διαιρέσετε τη συνολική θερμική ισχύ σε W με το προϊόν των παραπάνω παραγόντων.Ας εξετάσουμε το ενδεχόμενο να χρησιμοποιήσουμε το παράδειγμα ενός χαλκού εναλλάκτη θερμότητας με απαιτούμενη θερμική ισχύ 3 kW - αυτό είναι 3000 W.
3000 / 3.14 (Pi) * 401 (θερμική αγωγιμότητα λάμδα) * 20 (θερμοκρασία δέλτα) * 0,01 (διάμετρος σωλήνα σε μέτρα)
Από αυτόν τον υπολογισμό, αποδεικνύεται ότι χρειάζεστε 11,91 m χαλκού σωλήνα με διάμετρο 10 mm για την έξοδο θερμότητας του πηνίου να είναι 3 kW.
Εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων
Επομένως, πολύ συχνά ο υπολογισμός μιας τέτοιας συσκευής ρέει ομαλά στον υπολογισμό ενός εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα. Αυτή είναι μια συσκευή στην οποία μια δέσμη σωλήνων βρίσκεται σε ένα μόνο περίβλημα (περίβλημα), πλένεται από διάφορα ψυκτικά, ανάλογα με τον σκοπό του εξοπλισμού. Στους συμπυκνωτές, για παράδειγμα, το ψυκτικό διοχετεύεται στο περίβλημα και το νερό στους σωλήνες. Με αυτήν τη μέθοδο μετακίνησης μέσων, είναι πιο βολικό και πιο αποτελεσματικό να ελέγχετε τη λειτουργία της συσκευής. Στους εξατμιστές, αντιθέτως, το ψυκτικό βράζει στους σωλήνες και ταυτόχρονα πλένεται με το ψυχρό υγρό (νερό, άλμη, γλυκόλες κ.λπ.). Επομένως, ο υπολογισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα μειώνεται στο ελάχιστο του μεγέθους του εξοπλισμού. Παίζοντας με τη διάμετρο του περιβλήματος, τη διάμετρο και τον αριθμό των εσωτερικών σωλήνων και το μήκος της συσκευής, ο μηχανικός φθάνει στην υπολογισμένη τιμή της επιφάνειας της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας.
Εναλλάκτες θερμότητας αέρα
Ένας από τους πιο κοινούς εναλλάκτες θερμότητας σήμερα είναι οι σωληνωτοί εναλλάκτες θερμότητας με πτερύγια. Ονομάζονται επίσης πηνία. Όπου δεν είναι εγκατεστημένα, ξεκινώντας από μονάδες πηνίου ανεμιστήρα (από το αγγλικό ανεμιστήρα + πηνίο, δηλ. "Ανεμιστήρας" + "πηνίο") στα εσωτερικά μπλοκ διαχωρισμένων συστημάτων και τελειώνουν με γιγαντιαία ανάκτηση καυσαερίων (εξαγωγή θερμότητας από καυσαέρια μεταφέρετέ το για ανάγκες θέρμανσης) σε εγκαταστάσεις λέβητα στο CHP. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο σχεδιασμός ενός εναλλάκτη θερμότητας πηνίου εξαρτάται από την εφαρμογή όπου θα λειτουργεί ο εναλλάκτης θερμότητας. Οι βιομηχανικοί ψύκτες αέρα (VOP), εγκατεστημένοι σε θαλάμους ψύξης κρέατος, σε καταψύκτες χαμηλών θερμοκρασιών και σε άλλα αντικείμενα ψύξης τροφίμων, απαιτούν ορισμένα χαρακτηριστικά σχεδίασης στην απόδοσή τους. Η απόσταση μεταξύ των ελασμάτων (νευρώσεις) πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ώστε να αυξάνεται ο συνεχής χρόνος λειτουργίας μεταξύ των κύκλων απόψυξης. Οι εξατμιστές για κέντρα δεδομένων (κέντρα επεξεργασίας δεδομένων), αντίθετα, κατασκευάζονται όσο το δυνατόν πιο συμπαγείς, διατηρώντας το ελάχιστο διάστημα. Τέτοιοι εναλλάκτες θερμότητας λειτουργούν σε "καθαρές ζώνες" που περιβάλλονται από λεπτά φίλτρα (μέχρι την κατηγορία HEPA), επομένως, ένας τέτοιος υπολογισμός του σωληνοειδούς εναλλάκτη θερμότητας πραγματοποιείται με έμφαση στην ελαχιστοποίηση του μεγέθους.
Τύποι εναλλάκτη θερμότητας πηνίου
Μια θερμαινόμενη ράγα πετσετών είναι επίσης ένας εναλλάκτης θερμότητας πηνίου
Μπορείτε να φτιάξετε ένα πηνίο με τα χέρια σας διαφορετικών σχεδίων και από διάφορους τύπους μετάλλων (χάλυβας, χαλκός, αλουμίνιο, χυτοσίδηρο). Τα προϊόντα αλουμινίου και χυτοσιδήρου είναι σφραγισμένα στα εργοστάσια, καθώς οι απαιτούμενες προϋποθέσεις για την εργασία με αυτά τα μέταλλα μπορούν να επιτευχθούν μόνο σε περιβάλλον παραγωγής. Χωρίς αυτό, θα λειτουργεί μόνο με χάλυβα ή χαλκό. Είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε χαλκό καθώς είναι ελατό και έχει υψηλό βαθμό θερμικής αγωγιμότητας. Υπάρχουν δύο σχήματα για την κατασκευή ενός πηνίου:
- βίδα;
- παράλληλο.
Το ελικοειδές σχήμα υποδηλώνει τη θέση των σπειροειδών στροφών κατά μήκος μιας ελικοειδούς γραμμής. Το ψυκτικό σε αυτούς τους εναλλάκτες θερμότητας κινείται προς μία κατεύθυνση. Εάν είναι απαραίτητο, για να αυξηθεί η έξοδος θερμότητας, μπορούν να συνδυαστούν πολλές σπείρες σύμφωνα με την αρχή «σωλήνας σε σωλήνα».
Για να ελαχιστοποιήσετε όσο το δυνατόν περισσότερο την απώλεια θερμότητας, πρέπει να επιλέξετε ποιο είδος μόνωσης είναι καλύτερο να μονώσετε το σπίτι από έξω. Εξαρτάται επίσης από το υλικό των τοίχων.
Είναι απαραίτητο να κάνετε την επιλογή μόνωσης για ένα ξύλινο σπίτι με βάση τη διαπερατότητα ατμών της θερμικής μόνωσης.
Σε ένα παράλληλο κύκλωμα, το ψυκτικό αλλάζει συνεχώς την κατεύθυνση κίνησής του. Ένας τέτοιος εναλλάκτης θερμότητας είναι κατασκευασμένος από ίσους σωλήνες που συνδέονται με έναν αγκώνα 180 μοιρών.Σε ορισμένες περιπτώσεις, για παράδειγμα, για την κατασκευή μίας μηχανής θέρμανσης, τα περιστρεφόμενα γόνατα ενδέχεται να μην χρησιμοποιούνται. Αντί για αυτά, εγκαθίσταται μια άμεση παράκαμψη, η οποία μπορεί να βρίσκεται τόσο στο ένα όσο και στα δύο άκρα του σωλήνα.
Μέθοδοι μεταφοράς θερμότητας
Η αρχή της λειτουργίας ενός εναλλάκτη θερμότητας πηνίου είναι η θέρμανση μιας ουσίας σε βάρος της θερμότητας μιας άλλης. Έτσι, το νερό στον εναλλάκτη θερμότητας μπορεί να θερμανθεί με ανοιχτή φλόγα. Σε αυτήν την περίπτωση, θα λειτουργήσει ως ψύκτρα. Αλλά και το ίδιο το πηνίο μπορεί να λειτουργήσει ως πηγή θερμότητας. Για παράδειγμα, όταν ένα ψυκτικό ρέει μέσω των σωλήνων, θερμαίνεται σε λέβητα ή μέσω ενός ενσωματωμένου ηλεκτρικού θερμαντικού στοιχείου και η θερμότητα του μεταφέρεται στο νερό από το σύστημα θέρμανσης. Βασικά, ο απώτερος σκοπός της μεταφοράς θερμότητας είναι η θέρμανση του εσωτερικού αέρα.
Εναλλάκτες θερμότητας πλάκας
Επί του παρόντος, οι εναλλάκτες θερμότητας πλάκας έχουν σταθερή ζήτηση. Σύμφωνα με το σχέδιό τους, είναι πλήρως πτυσσόμενα και ημι-συγκολλημένα, χαλκό-συγκολλημένα και νικέλιο, συγκολλημένα και συγκολλημένα με τη μέθοδο διάχυσης (χωρίς συγκόλληση). Ο θερμικός σχεδιασμός ενός εναλλάκτη θερμότητας πλάκας είναι αρκετά εύκαμπτος και δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολος για έναν μηχανικό. Κατά τη διαδικασία επιλογής, μπορείτε να παίξετε με τον τύπο των πλακών, το βάθος διάτρησης των καναλιών, τον τύπο των ραβδώσεων, το πάχος του χάλυβα, τα διαφορετικά υλικά και το πιο σημαντικό - πολλά μοντέλα τυπικού μεγέθους συσκευών διαφορετικών διαστάσεων. Τέτοιοι εναλλάκτες θερμότητας είναι χαμηλοί και πλάτος (για θέρμανση με ατμό νερού) ή υψηλοί και στενοί (διαχωριστικοί εναλλάκτες θερμότητας για συστήματα κλιματισμού). Χρησιμοποιούνται συχνά για μέσα αλλαγής φάσης, δηλαδή ως συμπυκνωτές, εξατμιστές, αποθερμαντήρες, προ-συμπυκνωτές κ.λπ. Είναι λίγο πιο δύσκολο να πραγματοποιηθεί ο θερμικός υπολογισμός ενός εναλλάκτη θερμότητας που λειτουργεί σύμφωνα με ένα σχήμα δύο φάσεων από ότι εναλλάκτης θερμότητας υγρού-υγρού, αλλά για έναν έμπειρο μηχανικό, αυτή η εργασία είναι επιλύσιμη και δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Για τη διευκόλυνση τέτοιων υπολογισμών, οι σύγχρονοι σχεδιαστές χρησιμοποιούν μηχανικές βάσεις υπολογιστών, όπου μπορείτε να βρείτε πολλές απαραίτητες πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένων διαγραμμάτων της κατάστασης οποιουδήποτε ψυκτικού σε οποιαδήποτε σάρωση, για παράδειγμα, το πρόγραμμα CoolPack.
