Výpočet výmenníka tepla v súčasnosti netrvá dlhšie ako päť minút. Každá organizácia, ktorá takéto zariadenie vyrába a predáva, spravidla poskytuje každému vlastný výberový program. Môžete si ho zadarmo stiahnuť z webovej stránky spoločnosti, alebo prídu za vami do kancelárie ich technici a nainštalujú si ich zadarmo. Aký správny je však výsledok takýchto výpočtov, je možné mu dôverovať a nie je výrobca prefíkaný, keď bojuje v tendri so svojimi konkurentmi? Kontrola elektronickej kalkulačky si vyžaduje znalosť alebo aspoň pochopenie metodiky výpočtu pre moderné výmenníky tepla. Pokúsme sa prísť na podrobnosti.
Čo je výmenník tepla
Pred výpočtom výmenníka tepla si uvedomme, o aké zariadenie ide? Prístroj na výmenu tepla a hmoty (alias výmenník tepla alias výmenník tepla alebo TOA) je zariadenie na prenos tepla z jedného nosiča tepla do druhého. V procese zmeny teplôt chladiacich kvapalín sa menia aj ich hustoty a podľa toho aj hmotnostné ukazovatele látok. Preto sa také procesy nazývajú prenos tepla a hmoty.
Hlavné menu
Ahoj! Výmenník tepla je zariadenie, v ktorom sa výmena tepla uskutočňuje medzi dvoma alebo viacerými nosičmi tepla alebo medzi nosičmi tepla a pevnými látkami (dýza, stena). Úlohu chladiacej kvapaliny môže hrať aj prostredie obklopujúce prístroj. Podľa ich účelu a konštrukcie môžu byť výmenníky tepla veľmi odlišné, od najjednoduchších (radiátor) po najpokročilejšie (kotlová jednotka). Podľa princípu činnosti sa výmenníky tepla delia na rekuperačné, regeneračné a zmiešavacie.
Rekuperačné zariadenia sa nazývajú zariadenia, v ktorých prúdia súčasne horúce a studené nosiče tepla oddelené pevnou stenou. Medzi tieto zariadenia patria ohrievače, kotlové jednotky, kondenzátory, výparníky atď.
Prístroje, v ktorých je rovnaká výhrevná plocha striedavo umývaná horúcou a studenou kvapalinou, sa nazývajú regeneračné. V tomto prípade sa teplo akumulované stenami prístroja počas ich interakcie s horúcou kvapalinou odovzdáva studenej kvapaline. Príkladom regeneračných prístrojov sú ohrievače vzduchu otvorených ohnísk a vysokých pecí, vykurovacie pece atď. V regenerátoroch dochádza k výmene tepla vždy za nestacionárnych podmienok, zatiaľ čo rekuperačné prístroje väčšinou pracujú v stacionárnom režime.
Rekuperačné a regeneračné zariadenia sa tiež nazývajú povrchové, pretože proces prenosu tepla v nich je nevyhnutne spojený s povrchom pevnej látky.
Zmiešavače sú zariadenia, v ktorých sa prenos tepla uskutočňuje priamym miešaním horúcich a studených kvapalín.
Vzájomný pohyb nosičov tepla vo výmenníkoch tepla môže byť rôzny (obr. 1.).
Podľa toho sa rozlišuje medzi zariadeniami s priamym prietokom, protiprúdom, priečnym prúdením a so zložitým smerom pohybu nosičov tepla (zmiešaný prúd). Ak chladiace kvapaliny prúdia paralelne v jednom smere, potom sa takýto pohybový vzorec nazýva dopredu prúdiaci prúd (obr. 1). Pri protiprúde sa chladiace kvapaliny pohybujú paralelne, ale smerom k sebe. Ak sa smery pohybu tekutín pretínajú, potom sa vzor pohybu nazýva priečny tok. Okrem pomenovaných schém sa v praxi používajú aj zložitejšie: simultánny dopredný a protiprúd, viacnásobný krížový prúd atď.
Podľa technologického účelu a konštrukčných prvkov sa výmenníky tepla delia na ohrievače vody, kondenzátory, kotlové jednotky, výparníky atď. Je však bežné, že všetky slúžia na prenos tepla z jedného tepelného nosiča do druhého, preto platia základné ustanovenia tepelného výpočtu sú pre ne rovnaké. ... Rozdiel môže byť iba konečným účelom vyrovnania. Pri návrhu nového výmenníka tepla je výpočtovou úlohou určenie vykurovacej plochy; pri overovacom tepelnom výpočte existujúceho výmenníka tepla je potrebné zistiť množstvo odovzdaného tepla a konečné teploty pracovných kvapalín.
Výpočet tepla je v obidvoch prípadoch založený na rovniciach tepelnej bilancie a rovnici prenosu tepla.
Rovnica tepelnej bilancie výmenníka tepla má tvar:
kde M je hmotnostný prietok chladiacej kvapaliny, kg / s; cpm - špecifická hmotnosť izobarická priemerná tepelná kapacita chladiacej kvapaliny, J / (kg * ° С).
V ďalšom texte dolný index „1“ označuje hodnoty týkajúce sa horúcej kvapaliny (primárny nosič tepla) a dolný index „2“ - studenej kvapaliny (sekundárny nosič tepla); čiara zodpovedá teplote kvapaliny na vstupe do prístroja a dve čiary - na výstupe.
Pri výpočte tepelných výmenníkov sa často používa koncept celkovej tepelnej kapacity hmotnostného prietoku tepelného nosiča (ekvivalent vody), rovný C = Mav W / ° C. Z výrazu (1) vyplýva, že
to znamená, že pomer teplotných zmien jednofázových kvapalín na prenos tepla je nepriamo úmerný pomeru ich celkovej spotreby tepelných kapacít (ekvivalenty vody).
Rovnica prenosu tepla je napísaná nasledovne: Q = k * F * (t1 - t2), kde t1, t2 sú teploty primárneho a sekundárneho nosiča tepla; F je povrchová plocha na prenos tepla.
Počas výmeny tepla sa vo väčšine prípadov menia teploty oboch nosičov tepla, a preto sa mení teplotná hlava Δt = t1 - t2. Súčiniteľ prestupu tepla cez teplosmennú plochu bude mať tiež premenlivú hodnotu, preto by mali byť do rovnice prestupu tepla nahradené priemerné hodnoty teplotného rozdielu Δtav a súčiniteľ prestupu tepla kcp, to znamená
Q = kсp * F * Δtcp (3)
Výmenná plocha F sa vypočíta podľa vzorca (3), zatiaľ čo sa stanoví tepelný výkon Q. Na vyriešenie problému je potrebné vypočítať súčiniteľ prestupu tepla spriemerovaný po celej ploche kсp a teplotnú hlavu Δtav.
Pri výpočte priemerného teplotného rozdielu je potrebné vziať do úvahy povahu zmeny teplôt nosičov tepla pozdĺž teplosmennej plochy. Z teórie tepelnej vodivosti je známe, že v doske alebo valcovej tyči za prítomnosti teplotného rozdielu na koncoch (bočné povrchy sú izolované) je rozloženie teploty po dĺžke lineárne. Ak k výmene tepla dochádza na bočnej ploche alebo ak má systém vnútorné zdroje tepla, potom je distribúcia teploty krivočiara. Pri rovnomernom rozložení zdrojov tepla bude zmena teploty po celej dĺžke parabolická.
V tepelných výmenníkoch sa teda povaha zmeny teplôt tepelných nosičov líši od lineárnej a je určená celkovými tepelnými kapacitami C1 a C2 hmotnostných prietokov tepelných nosičov a smerom ich vzájomného pohybu. (Obr. 2).
Z grafov je zrejmé, že zmena teploty pozdĺž povrchu F nie je rovnaká. V súlade s rovnicou (2), tým väčšia bude zmena teploty pre nosič tepla s nižšou tepelnou kapacitou hmotnostného prietoku. Ak sú chladivá rovnaké, napríklad vo výmenníku tepla voda-voda, potom bude charakter zmeny teplôt chladív úplne určený ich prietokmi a pri nižšom prietoku teplotou. zmena bude veľká.Pri súčasnom prúdení je konečná teplota t "2 ohriateho média vždy nižšia ako teplota t" 1 vykurovacieho média na výstupe zo zariadenia a pri protiprúde môže byť konečná teplota t "2 vyššia ako teplota. t "1 (pozri protiprúd v prípade, keď C1> C2). V dôsledku toho sa pri rovnakej počiatočnej teplote môže médium, ktoré sa má ohrievať protiprúdovým prúdom, ohriať na vyššiu teplotu ako pri súčasnom prúde.
Pri súčasnom prúdení sa teplotná výška pozdĺž výhrevnej plochy mení vo väčšej miere ako pri protiprúde. Zároveň je jeho priemerná hodnota v druhom prípade vyššia, v dôsledku čoho bude vykurovacia plocha zariadenia s protiprúdom menšia. Za rovnakých podmienok sa teda v takom prípade odovzdá viac tepla. Na základe toho by sa mali uprednostniť zariadenia s protiprúdom.
Na základe analytickej štúdie výmenníka tepla pracujúceho podľa schémy priameho prietoku sa zistilo, že teplotná hlava pozdĺž teplosmennej plochy sa mení exponenciálne, takže priemernú teplotnú hlavu je možné vypočítať podľa vzorca:
kde Δtb je veľký teplotný rozdiel medzi horúcim a studeným nosičom tepla (od jedného konca výmenníka tepla); Δtm - menší teplotný rozdiel (od druhého konca výmenníka tepla).
Pri doprednom prietoku Δtb = t'1 - t'2 a Δtm = t "1 - t" 2 (obr. 2). Tento vzorec platí aj pre protiprúd s jediným rozdielom, že pre prípad, keď C1
Priemerný teplotný rozdiel medzi dvoma médiami, vypočítaný vzorcom (4), sa nazýva priemerný logaritmus. teplotná hlava. Forma výrazu je spôsobená charakterom zmeny teploty pozdĺž výhrevnej plochy (krivočiara závislosť). Ak bola závislosť lineárna, potom by sa mala teplotná hlava určiť ako aritmetický priemer (obr. 3.). Hodnota aritmetického priemeru hlavy Δtа.av je vždy vyššia ako priemerná logaritmická hodnota Δtl.av. Avšak v prípadoch, keď sa teplotná hlava pozdĺž dĺžky výmenníka tepla zmení nevýznamne, to znamená, že je splnená podmienka Δtb / Δtm <2, možno priemerný teplotný rozdiel vypočítať ako aritmetický priemer:
Priemerovanie teplotného rozdielu pre zariadenia s krížovým a zmiešaným prúdom sa vyznačuje zložitosťou výpočtov, preto sú pre mnohé z najbežnejších schém výsledky riešení obvykle uvedené vo forme grafov. Isp. Literatúra: 1) Základy tepelnej energetiky, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Minsk, vyd. 2. „Vyššia škola“, 1976. 3) Tepelné inžinierstvo, vyd. 2, pod všeobecným redaktorstvom. IN Sushkina, Moskva „Metalurgia“, 1973.
Druhy prenosu tepla
Teraz si povieme niečo o druhoch prenosu tepla - sú iba tri. Žiarenie - prenos tepla žiarením. Ako príklad si môžete predstaviť opaľovanie sa na pláži v teplom letnom dni. A takéto výmenníky tepla sa dajú dokonca nájsť na trhu (žiarovkové ohrievače vzduchu). Najčastejšie však na vykurovanie obytných miestností, miestností v byte kupujeme olejové alebo elektrické radiátory. Toto je príklad iného typu prenosu tepla - konvekcie. Konvekcia môže byť prirodzená, nútená (digestor a v skrinke je rekuperátor) alebo mechanicky indukovaná (napríklad ventilátorom). Posledný typ je oveľa efektívnejší.
Najefektívnejším spôsobom prenosu tepla je však tepelná vodivosť, alebo, ako sa tiež nazýva, vedenie (z anglického vedenia - „vedenie“). Každý inžinier, ktorý sa chystá vykonať tepelný výpočet výmenníka tepla, v prvom rade uvažuje o výbere efektívneho zariadenia v čo najmenších rozmeroch. A to sa dosahuje práve vďaka tepelnej vodivosti. Príkladom toho je najefektívnejší TOA súčasnosti - doskové výmenníky tepla. Doska TOA je podľa definície výmenník tepla, ktorý prenáša teplo z jednej chladiacej kvapaliny na druhú cez stenu, ktorá ich oddeľuje. Maximálna možná styčná plocha medzi dvoma médiami vám spolu so správne zvolenými materiálmi, profilom dosiek a ich hrúbkou umožňuje minimalizovať veľkosť vybraného zariadenia pri zachovaní pôvodných technických charakteristík požadovaných v technologickom postupe.
Typy výmenníkov tepla
Pred výpočtom výmenníka tepla sú určené s jeho typom. Všetky TOA možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín: rekuperačné a regeneračné výmenníky tepla. Hlavný rozdiel medzi nimi je nasledovný: v rekuperačnom TOA dochádza k výmene tepla stenou oddeľujúcou dve chladiace kvapaliny a v regeneratívnom TOA majú tieto dve médiá priamy kontakt navzájom, často sa miešajú a vyžadujú následnú separáciu v špeciálnych odlučovačoch. Regeneračné výmenníky tepla sa delia na zmiešavacie a výmenníky tepla s náplňou (stacionárne, klesajúce alebo medziľahlé). Zhruba povedané, vedro horúcej vody vystavené mrazu alebo pohár horúceho čaju vložený do chladničky na ochladenie (nikdy to nerobte!) Je príkladom takéhoto miešania TOA. A naliatím čaju do podšálky a jeho ochladením týmto spôsobom získame príklad regeneračného výmenníka tepla s dýzou (podšálka v tomto príklade hrá úlohu dýzy), ktorá najskôr kontaktuje okolitý vzduch a meria jeho teplotu , a potom odoberie časť tepla z horúceho čaju, ktorý sa do neho vleje., pričom sa snaží uviesť obe médiá do tepelnej rovnováhy. Ako sme však už zistili skôr, je efektívnejšie využívať tepelnú vodivosť na prenos tepla z jedného média do druhého, preto sú dnes samozrejme užitočné TOA, ktoré sú dnes z hľadiska prenosu tepla užitočnejšie (a často sa používajú). rekuperačný.
Stanovenie množstva tepla
Rovnica prenosu tepla používaná pre ustálené jednotky času a procesov je nasledovná:
Q = KFtcp (W)
V tejto rovnici:
- K je hodnota súčiniteľa prechodu tepla (vyjadrená vo W / (m2 / K));
- tav - priemerný rozdiel v teplotných ukazovateľoch medzi rôznymi nosičmi tepla (hodnota môže byť uvedená ako v stupňoch Celzia (0С), tak aj v kelvinoch (K));
- F je hodnota povrchovej plochy, pre ktorú dochádza k prestupu tepla (hodnota je uvedená v m2).
Rovnica umožňuje opísať proces, počas ktorého sa teplo prenáša medzi nosičmi tepla (z horúceho na studené). Rovnica berie do úvahy:
- prenos tepla z chladiacej kvapaliny (horúcej) na stenu;
- parametre tepelnej vodivosti steny;
- prenos tepla zo steny na chladiacu kvapalinu (studenú).
Tepelný a štrukturálny výpočet
Akýkoľvek výpočet rekuperačného výmenníka tepla je možné vykonať na základe výsledkov tepelných, hydraulických a pevnostných výpočtov. Sú zásadné, povinné pri navrhovaní nového zariadenia a tvoria základ výpočtovej metódy pre nasledujúce modely linky rovnakého typu prístroja. Hlavnou úlohou tepelného výpočtu TOA je určiť požadovanú plochu teplovýmennej plochy pre stabilnú prevádzku výmenníka tepla a zachovanie požadovaných parametrov média na výstupe. Dosť často sa pri takýchto výpočtoch dáva inžinierom ľubovoľné hodnoty hmotnostných a veľkostných charakteristík budúceho zariadenia (materiál, priemer potrubia, veľkosti plechu, geometria lúča, typ a materiál plutiev atď.), Preto po tepelný sa zvyčajne vykonáva konštruktívny výpočet výmenníka tepla. Skutočne, ak v prvej etape inžinier vypočítal požadovanú povrchovú plochu pre daný priemer potrubia, napríklad 60 mm, a dĺžka výmenníka tepla sa tak ukázala byť asi šesťdesiat metrov, potom je logickejšie predpokladať, že prechod na viacpriechodový výmenník tepla alebo na plášťový a trubicový typ alebo na zväčšenie priemeru rúr.
Mechanizmy prenosu tepla pri výpočte výmenníkov tepla
Tri hlavné typy prenosu tepla sú konvekcia, vedenie tepla a žiarenie.
Pri procesoch výmeny tepla prebiehajúcich v súlade s princípmi mechanizmu vedenia tepla sa tepelná energia prenáša vo forme prenosu energie elastických atómových a molekulárnych vibrácií. Prenos tejto energie medzi rôznymi atómami je v smere znižovania.
Výpočet charakteristík prenosu tepelnej energie podľa princípu tepelnej vodivosti sa vykonáva podľa Fourierovho zákona
Na výpočet množstva tepelnej energie sa používajú údaje o povrchu, tepelnej vodivosti, teplotnom gradiente, perióde prietoku.Pojem teplotný gradient je definovaný ako zmena teploty v smere prestupu tepla o jednu alebo inú jednotku dĺžky.
Tepelná vodivosť je rýchlosť procesu výmeny tepla, t.j. množstvo tepelnej energie prechádzajúcej cez ktorúkoľvek jednotku povrchu za jednotku času.
Ako viete, pre kovy je charakteristický najvyšší koeficient tepelnej vodivosti v porovnaní s inými materiálmi, ktorý sa musí brať do úvahy pri všetkých výpočtoch procesov výmeny tepla. Pokiaľ ide o kvapaliny, tie majú spravidla relatívne nižší koeficient tepelnej vodivosti v porovnaní s telesami v tuhom stave agregácie.
Je možné vypočítať množstvo prenesenej tepelnej energie na výpočet tepelných výmenníkov, v ktorých sa tepelná energia prenáša medzi rôznymi médiami cez stenu, pomocou Fourierovej rovnice. Je definované ako množstvo tepelnej energie prechádzajúcej rovinou, ktorá sa vyznačuje veľmi malou hrúbkou:
Po vykonaní niektorých matematických operácií dostaneme nasledujúci vzorec
Možno vyvodiť záver, že pokles teploty vo vnútri steny sa vykonáva v súlade so zákonom o priamke.
Hydraulický výpočet
Vykonávajú sa hydraulické alebo hydromechanické, ako aj aerodynamické výpočty s cieľom zistiť a optimalizovať hydraulické (aerodynamické) tlakové straty vo výmenníku tepla a tiež vypočítať náklady na energiu na ich prekonanie. Výpočet akejkoľvek cesty, kanála alebo potrubia na priechod chladiacej kvapaliny predstavuje pre človeka primárnu úlohu - zintenzívniť proces prenosu tepla v tejto oblasti. To znamená, že jedno médium by sa malo prenášať a druhé by malo prijímať čo najviac tepla v minimálnom intervale jeho toku. Na tento účel sa často používa ďalšia povrchová plocha na výmenu tepla vo forme vyvinutého povrchového rebrovania (na oddelenie medznej laminárnej podvrstvy a na zvýšenie turbulencie toku). Optimálny rovnovážny pomer hydraulických strát, výmennej plochy tepla, hmotnostných a rozmerových charakteristík a odobratého tepelného výkonu je výsledkom kombinácie tepelného, hydraulického a konštruktívneho výpočtu TOA.
Výpočet overenia
Výpočet výmenníka tepla sa vykonáva v prípade, keď je potrebné položiť rezervu pre výkon alebo pre plochu výmenníka tepla. Povrch je vyhradený z rôznych dôvodov a v rôznych situáciách: ak je to potrebné v súlade s referenčnými podmienkami, ak sa výrobca rozhodne pridať ďalšiu rezervu, aby sa zabezpečilo, že takýto výmenník tepla bude fungovať, a aby sa minimalizovalo chyby vo výpočtoch. V niektorých prípadoch je na zaokrúhlenie výsledkov konštrukčných rozmerov potrebná nadbytočnosť, v iných (výparníky, ekonomizéry) sa do výpočtu kapacity kontaminácie výmenníka tepla kompresorovým olejom prítomným v chladiacom okruhu špeciálne zavádza povrchová rezerva. A treba brať do úvahy nízku kvalitu vody. Po určitom čase nepretržitej činnosti výmenníkov tepla, najmä pri vysokých teplotách, sa na povrchu výmenníka tepla usadzuje vodný kameň, ktorý znižuje koeficient prestupu tepla a nevyhnutne vedie k parazitickému zníženiu odvodu tepla. Preto príslušný technik pri výpočte výmenníka tepla voda-voda venuje osobitnú pozornosť dodatočnej redundancii teplosmennej plochy. Vykonáva sa tiež overovací výpočet s cieľom zistiť, ako bude vybrané zariadenie fungovať v iných, sekundárnych režimoch. Napríklad v centrálnych klimatizáciách (jednotky prívodu vzduchu) sa prvý a druhý ohrievač, ktoré sa používajú v chladnej sezóne, často používajú v lete na ochladzovanie prichádzajúceho vzduchu dodávaním studenej vody do rúrok vzduchového výmenníka tepla.Ako budú fungovať a aké parametre budú rozdávať, vám umožní vyhodnotiť overovací výpočet.
Zariadenie a princíp činnosti
Zariadenia na výmenu tepla na modernom trhu sú prezentované v širokej škále.
Celý dostupný sortiment produktov tejto rady možno rozdeliť do dvoch typov, ako napríklad:
- agregáty dosiek;
- zariadenia typu mušle a trubice.
Posledná uvedená odroda sa kvôli svojej nízkej miere účinnosti a veľkej veľkosti dnes na trhu takmer nepredáva. Doskový výmenník tepla sa skladá z identických vlnitých dosiek, ktoré sú pripevnené k robustnému kovovému rámu. Prvky sú umiestnené v zrkadlovom obraze voči sebe navzájom a medzi nimi sú oceľové a gumové tesnenia. Užitočná plocha na výmenu tepla priamo závisí od veľkosti a počtu dosiek.
Doskové zariadenia možno rozdeliť do dvoch poddruhov na základe konfigurácie, napríklad:
- spájkované jednotky;
- tesnené výmenníky tepla.
Skladacie zariadenia sa líšia od výrobkov spájkovaného typu montáže tým, že hneď ako je to možné, je možné zariadenie upgradovať a prispôsobiť osobným potrebám, napríklad pridať alebo odobrať určitý počet štítkov. V oblastiach, kde sa na domáce použitie používa tvrdá voda, sú potrebné výmenníky tepla s tesnením, pretože na prvkoch jednotky sa hromadí nápoj a rôzne nečistoty. Tieto novotvary nepriaznivo ovplyvňujú účinnosť zariadenia, preto je potrebné ich pravidelne čistiť a vzhľadom na ich konfiguráciu je to vždy možné.
Nerozoberateľné zariadenia sa vyznačujú nasledujúcimi vlastnosťami:
- vysoká úroveň odolnosti proti vysokému kolísaniu tlaku a teploty;
- dlhá životnosť;
- nízka hmotnosť.
Spájkované zostavy sa čistia bez demontáže celej konštrukcie.
Na základe výpočtu typu a možnosti inštalácie jednotky by sa mali rozlišovať dva typy výmenníkov tepla na teplú vodu z vykurovania.
- Vnútorné výmenníky tepla sú umiestnené v samotných vykurovacích zariadeniach - peciach, kotloch a iných. Inštalácia tohto druhu vám umožňuje dosiahnuť maximálnu účinnosť počas prevádzky výrobkov, pretože tepelné straty pri ohrievaní skrinky budú minimálne. Takéto zariadenia sú spravidla zabudované do kotla už vo fáze výroby kotlov. Toto výrazne uľahčuje inštaláciu a uvedenie do prevádzky, pretože stačí nastaviť požadovaný prevádzkový režim výmenníka tepla.
- Externé výmenníky tepla musia byť pripojené oddelene od zdroja tepla. Takéto zariadenia sú relevantné pre použitie v prípadoch, keď prevádzka zariadenia závisí od vzdialeného zdroja vykurovania. Príkladom sú domy s ústredným kúrením. V tomto uskutočnení jednotka v domácnosti, ktorá ohrieva vodu, slúži ako externé zariadenie.
S prihliadnutím na typ materiálu, z ktorého sú vyrobené priečky, stojí za to zdôrazniť nasledujúce modely:
- oceľové výmenníky tepla;
- zariadenia vyrobené z liatiny.
Okrem toho vynikajú systémy spájkované meďou. Používajú sa na diaľkové vykurovanie v bytových domoch.
Za vlastnosti liatinového zariadenia by sa mali považovať tieto vlastnosti:
- surovina sa ochladzuje pomerne pomaly, čo šetrí prevádzku celého vykurovacieho systému;
- materiál má vysokú tepelnú vodivosť, všetky výrobky z liatiny majú vlastné vlastnosti, v ktorých sa veľmi rýchlo zahrieva a vydáva teplo ostatným prvkom;
- surovina je odolná proti tvorbe vodného kameňa na základni, navyše je odolnejšia voči korózii;
- inštaláciou ďalších častí môžete zvýšiť výkon a funkčnosť jednotky ako celku;
- výrobky z tohto materiálu sa môžu prepravovať po častiach, ktoré sa dajú rozdeliť na časti, čo uľahčuje proces dodávky, ako aj inštaláciu a údržbu výmenníka tepla.
Navrhujeme, aby ste sa oboznámili s: Na ktorú stranu postaviť parozábranu a - DOLGOSTROI.PRO
Rovnako ako akýkoľvek iný výrobok, aj toto závislé zariadenie má nasledujúce nevýhody:
- liatina je pozoruhodná svojou nízkou odolnosťou voči prudkým výkyvom teploty, takéto javy môžu byť spojené s tvorbou trhlín na zariadení, čo negatívne ovplyvní výkon výmenníka tepla;
- aj keď majú veľké rozmery, sú liatinové jednotky veľmi krehké, a preto ich mechanické poškodenie, najmä pri preprave výrobkov, môže vážne poškodiť;
- materiál je náchylný na suchú koróziu;
- veľká hmotnosť a rozmery zariadenia niekedy komplikujú vývoj a inštaláciu systému.
Oceľové výmenníky tepla na dodávku teplej vody sa vyznačujú nasledujúcimi výhodami:
- vysoká tepelná vodivosť;
- malá hmotnosť výrobkov. Oceľ nerobí systém ťažším, preto sú také zariadenia najlepšou voľbou, keď je potrebný výmenník tepla, ktorého úlohou je údržba veľkej plochy;
- oceľové jednotky sú odolné voči mechanickému namáhaniu;
- oceľový výmenník tepla nereaguje na teplotné výkyvy vo vnútri konštrukcie;
- materiál má dobré elastické vlastnosti, avšak dlhodobý kontakt s vysoko ohriatym alebo ochladeným médiom môže viesť k tvorbe trhlín v oblasti zvarov.
Medzi nevýhody zariadení patria nasledujúce funkcie:
- náchylnosť na elektrochemickú koróziu. Preto pri neustálom kontakte s agresívnym prostredím sa životnosť zariadenia výrazne zníži;
- zariadenia nemajú schopnosť zvyšovať efektivitu práce;
- oceľová jednotka stratí teplo veľmi rýchlo, čo je spojené so zvýšenou spotrebou paliva pre produktívnu prevádzku;
- nízka úroveň udržiavateľnosti. Je takmer nemožné opraviť zariadenie vlastnými rukami;
- konečná montáž oceľového výmenníka tepla sa vykonáva v podmienkach dielne, kde bol vyrobený. Jednotky sú monolitické bloky veľkých rozmerov, kvôli ktorým sú ťažkosti s ich dodávkou.
Niektorí výrobcovia, aby zvýšili kvalitu oceľových výmenníkov tepla, zakrývajú jeho vnútorné steny liatinou, čím zvyšujú spoľahlivosť konštrukcie.
Moderné výmenníky tepla sú jednotky, ktorých prevádzka je založená na rôznych princípoch:
- zavlažovanie;
- ponorné;
- spájkované natvrdo;
- povrchný;
- skladací;
- rebrovaná lamela;
- miešanie;
- lastúra a ďalšie.
Doskové výmenníky tepla na zásobovanie teplou vodou a vykurovanie sa ale priaznivo líšia od mnohých iných. Jedná sa o prietokové ohrievače. Inštalácie sú radom dosiek, medzi ktorými sú vytvorené dva kanály: horúci a studený. Sú oddelené oceľovým a gumovým tesnením, takže je vylúčené miešanie média.
Dosky sú zostavené do jedného bloku. Tento faktor určuje funkčnosť zariadenia. Dosky majú rovnakú veľkosť, ale sú umiestnené pri otočení o 180 stupňov, čo je dôvodom pre vznik dutín, cez ktoré sa prepravujú kvapaliny. Takto sa vytvára striedanie studených a horúcich kanálov a proces výmeny tepla.
Recirkulácia v tomto type zariadení je intenzívna. Podmienky, v ktorých sa bude používať výmenník tepla pre systémy zásobovania teplou vodou, závisia od materiálu tesnení, počtu dosiek, ich veľkosti a typu. Zariadenia, ktoré pripravujú teplú vodu, sú vybavené dvoma okruhmi: jedným na prípravu TÚV a druhým na vykurovanie miestností. Tanierovacie stroje sú bezpečné, produktívne a používajú sa v nasledujúcich oblastiach:
- príprava tepelného nosiča v systémoch zásobovania teplou vodou, ventilácie a vykurovania;
- chladenie potravinárskych výrobkov a priemyselných olejov;
- dodávka teplej vody pre sprchy v podnikoch;
- na prípravu nosiča tepla v systémoch podlahového vykurovania;
- na prípravu tepelného nosiča v potravinárskom, chemickom a farmaceutickom priemysle;
- ohrev vody v bazéne a ďalšie procesy výmeny tepla.
Výskumné výpočty
Výskumné výpočty TOA sa uskutočňujú na základe získaných výsledkov tepelných a overovacích výpočtov. Spravidla sa vyžaduje, aby vykonali posledné zmeny a doplnenia konštrukcie projektovaného prístroja. Vykonávajú sa tiež za účelom korekcie akýchkoľvek rovníc stanovených v implementovanom výpočtovom modeli TOA, získanom empiricky (podľa experimentálnych údajov). Vykonávanie výskumných výpočtov zahŕňa desiatky a niekedy stovky výpočtov podľa špeciálneho plánu vyvinutého a implementovaného vo výrobe podľa matematickej teórie plánovania experimentov. Podľa výsledkov sa odhaľuje vplyv rôznych podmienok a fyzikálnych veličín na ukazovatele výkonnosti TOA.
Ostatné výpočty
Pri výpočte plochy výmenníka tepla nezabudnite na odolnosť materiálov. Výpočty pevnosti TOA zahŕňajú kontrolu projektovanej jednotky na napätie, krútenie, na aplikáciu maximálnych prípustných pracovných momentov na diely a zostavy budúceho výmenníka tepla. Pri minimálnych rozmeroch musí byť výrobok odolný, stabilný a zaručujúci bezpečnú prevádzku v rôznych, aj tých najnáročnejších prevádzkových podmienkach.
Dynamický výpočet sa vykonáva s cieľom určiť rôzne charakteristiky výmenníka tepla pri rôznych prevádzkových režimoch.
Trubkové výmenníky tepla
Uvažujme o najjednoduchšom výpočte výmenníka tepla potrubie. Štrukturálne je tento typ TOA čo najviac zjednodušený. Spravidla sa do vnútornej rúry prístroja zavádza horúce chladivo, aby sa minimalizovali straty, a chladiace chladivo sa vypúšťa do plášťa alebo do vonkajšej rúry. Úloha inžiniera sa v tomto prípade zníži na určenie dĺžky takého výmenníka tepla na základe vypočítanej plochy teplovýmennej plochy a daných priemerov.
Tu je potrebné dodať, že koncept ideálneho výmenníka tepla je zavedený do termodynamiky, to znamená prístroja s nekonečnou dĺžkou, kde chladiace látky pracujú v protiprúde a teplotný rozdiel je medzi nimi plne spustený. Dizajn trubice v trubici je najviac podobný splneniu týchto požiadaviek. A ak prevádzkujete chladiace kvapaliny v protiprúde, bude to takzvaný „skutočný protiprúd“ (a nie priečny prúd, ako v doske TOA). Teplotná hlava sa najefektívnejšie spúšťa pri takejto organizácii pohybu. Pri výpočte výmenníka tepla typu potrubie v potrubí by však mal byť človek realistický a nemal by zabúdať na logistický komponent, ako aj na ľahkú inštaláciu. Dĺžka vozidla na prepravu automobilov je 13,5 metra a nie všetky technické miestnosti sú prispôsobené na približovanie a inštaláciu zariadení tejto dĺžky.
Ako vypočítať výmenník tepla
Je nevyhnutné vypočítať výmenník tepla špirála, inak jeho tepelný výkon nemusí stačiť na vykurovanie miestnosti. Vykurovací systém je navrhnutý tak, aby kompenzoval tepelné straty. Podľa toho môžeme zistiť iba presné množstvo potrebnej tepelnej energie na základe tepelných strát budovy. Je dosť ťažké urobiť výpočet, preto v priemere berú 100 W na 1 meter štvorcový s výškou stropu 2,7 m.
Medzi zákrutami musí byť medzera.
Pre výpočet sú potrebné aj nasledujúce hodnoty:
- Pi;
- priemer dostupnej rúry (vezmite 10 mm);
- lambda tepelná vodivosť kovu (pre meď 401 W / m * K);
- delta vstupnej a vratnej teploty chladiacej kvapaliny (20 stupňov).
Ak chcete určiť dĺžku potrubia, musíte vydeliť celkový tepelný výkon vo W súčinom vyššie uvedených faktorov.Zvážme použitie príkladu medeného výmenníka tepla s požadovaným tepelným výkonom 3 kW - to je 3000 W.
3000 / 3,14 (Pi) * 401 (tepelná vodivosť lambda) * 20 (teplotná delta) * 0,01 (priemer potrubia v metroch)
Z tohto výpočtu vyplýva, že potrebujete 11,91 m medenej rúry s priemerom 10 mm, aby bol tepelný výkon špirály 3 kW.
Škrupinové a rúrkové výmenníky tepla
Preto veľmi často výpočet takého zariadenia plynulo prechádza do výpočtu plášťového a trubicového výmenníka tepla. Toto je zariadenie, v ktorom je zväzok rúrok umiestnený v jednom plášti (plášti), ktorý je umývaný rôznymi chladiacimi kvapalinami, v závislosti od účelu zariadenia. Napríklad v kondenzátoroch je chladivo natekané do plášťa a voda do potrubí. Pri tomto spôsobe premiestňovania média je pohodlnejšie a efektívnejšie riadiť činnosť prístroja. Vo výparníkoch naopak chladivo v rúrkach vrie a súčasne ich premýva chladená kvapalina (voda, soľanky, glykoly atď.). Preto sa výpočet výmenníka tepla typu shell-and-tube obmedzuje na minimalizáciu veľkosti zariadenia. Pri hraní s priemerom plášťa, priemerom a počtom vnútorných rúrok a dĺžkou prístroja inžinier dosiahne vypočítanú hodnotu plochy teplosmennej plochy.
Vzduchové výmenníky tepla
Jedným z najbežnejších výmenníkov tepla súčasnosti sú rebrované rúrkové výmenníky tepla. Tiež sa nazývajú cievky. Všade tam, kde nie sú nainštalované, počnúc jednotkami fancoilu (z anglického fan + coil, tj. „Fan“ + „coil“) vo vnútorných blokoch rozdelených systémov a končiac obrovskými rekuperátormi spalín (odvod tepla z horúcich spalín a preniesť na potreby kúrenia) v kotolniach na KVET. Preto návrh špirálového výmenníka tepla závisí od aplikácie, kde bude tepelný výmenník uvedený do prevádzky. Priemyselné chladiče vzduchu (VOP), ktoré sú inštalované v mraziacich komorách na mäso, v mrazničkách na nízke teploty a v iných objektoch chladenia potravín, si vyžadujú určité konštrukčné vlastnosti. Vzdialenosť medzi lamelami (rebrami) by mala byť čo najväčšia, aby sa predĺžila doba nepretržitej prevádzky medzi odmrazovacími cyklami. Výparníky pre dátové centrá (centrá na spracovanie údajov) sú naopak vyrobené čo najkompaktnejšie pri zachovaní minimálneho rozstupu. Takéto výmenníky tepla pracujú v „čistých zónach“ obklopených jemnými filtrami (až do triedy HEPA), preto sa takýto výpočet rúrkového výmenníka tepla vykonáva s dôrazom na minimalizáciu veľkosti.
Typy špirálových výmenníkov tepla
Vyhrievaný vešiak na uteráky je tiež výmenníkom tepla špirály.
Môžete si vyrobiť cievku vlastnými rukami rôznych dizajnov a z niekoľkých druhov kovu (oceľ, meď, hliník, liatina). Výrobky z hliníka a liatiny sú lisované v továrňach, pretože požadované podmienky pre prácu s týmito kovmi je možné dosiahnuť iba vo výrobnom prostredí. Bez toho bude fungovať iba s oceľou alebo meďou. Najlepšie je použiť meď, pretože je tvárna a má vysoký stupeň tepelnej vodivosti. Existujú dve schémy výroby cievky:
- skrutka;
- paralelne.
Zo špirálovitej schémy vyplýva umiestnenie špirálových závitov pozdĺž špirálovej čiary. Chladiaca kvapalina v takýchto výmenníkoch tepla sa pohybuje jedným smerom. V prípade potreby je možné na zvýšenie tepelného výkonu kombinovať niekoľko špirál podľa princípu „potrubie v potrubí“.
Aby ste čo najviac minimalizovali tepelné straty, musíte si zvoliť, aký druh izolácie je lepšie izolovať dom zvonka. Závisí to aj od materiálu stien.
Je potrebné zvoliť voľbu izolácie pre drevený dom na základe paropriepustnosti tepelnej izolácie.
V paralelnom okruhu chladiaca kvapalina neustále mení smer pohybu. Takýto výmenník tepla je vyrobený z priamych rúrok spojených kolenom o 180 stupňov.V niektorých prípadoch, napríklad na výrobu vykurovacieho registra, sa nemusia dať použiť otočné kolená. Namiesto nich je nainštalovaný priamy obtok, ktorý môže byť umiestnený tak na jednom, ako aj na oboch koncoch potrubia.
Metódy prenosu tepla
Princíp činnosti špirálového výmenníka tepla je ohrievať jednu látku na úkor tepla druhej. Voda vo výmenníku tepla sa tak môže ohrievať otvoreným plameňom. V takom prípade bude fungovať ako chladič. Ale aj samotná špirála môže slúžiť ako zdroj tepla. Napríklad, keď chladiaca kvapalina preteká cez rúry ohrievané v kotle alebo pomocou zabudovaného elektrického vykurovacieho telesa a jej teplo sa prenáša do vody z vykurovacieho systému. Konečným účelom prenosu tepla je v zásade ohrev vnútorného vzduchu.
Doskové výmenníky tepla
V súčasnosti sú doskové výmenníky tepla stabilne žiadané. Podľa ich konštrukcie sú úplne skladacie a čiastočne zvárané, spájkované meďou a niklom, zvárané a spájkované metódou difúzie (bez spájky). Tepelná konštrukcia doskového výmenníka tepla je dostatočne flexibilná a pre inžiniera nie je nijak zvlášť náročná. Vo výberovom procese sa môžete pohrať s typom dosiek, hĺbkou dierovania kanálov, typom rebrovania, hrúbkou ocele, rôznymi materiálmi a čo je najdôležitejšie - s početnými modelmi zariadení rôznych rozmerov štandardnej veľkosti. Takéto výmenníky tepla sú nízke a široké (na parný ohrev vody) alebo vysoké a úzke (oddeľovacie výmenníky tepla pre klimatizačné systémy). Často sa používajú pre médiá na fázovú zmenu, to znamená ako kondenzátory, odparovače, prehrievače, predkondenzátory atď. Je trochu zložitejšie vykonať tepelný výpočet výmenníka tepla pracujúceho podľa dvojfázovej schémy ako výmenník tepla kvapalina-kvapalina, ale pre skúseného inžiniera je táto úloha riešiteľná a nie je nijako zvlášť náročná. Na uľahčenie týchto výpočtov používajú moderní dizajnéri technické základne počítačov, kde nájdete veľa potrebných informácií vrátane diagramov stavu ľubovoľného chladiva v ľubovoľnom skenovaní, napríklad program CoolPack.
