חישוב של מחליף חום: הדוגמה. חישוב השטח, את כוחו של מחליף חום

חישוב של מחליף החום עכשיו לוקח פחות מחמש דקות. כל ארגון מייצר ומוכרת ציוד כזה בדרך כלל נותן לכולם תכנית הגיוס שלהם. ניתן להוריד ללא תשלום מאתר האינטרנט של החברה או הטכנאי שלהם יגיע למשרד שלך ולהתקין אותה בחינם. עם זאת, כתוצאת חישובים כאלה היא נכונה, נוכל לבטוח בו ולא להיות חכמים אם היצרן ע"י לחימה במכרז עם מתחרתה? בדיקת מחשבון אלקטרוני דורשת ידע או לפחות ההבנה של שיטות המודרניות של חישוב של מחליפי חום. בואו ננסה לברר את הפרטים.

מהו חום מחליף

לפני ביצוע החישוב של מחליף חום, הבה נזכור, ואיזה סוג של מכשיר כזה? Teplomassoobmennyh מנגנון (aka מחליף חום, הידוע גם בשם מנגנון החלפת חום או TOA) - מכשיר להעברת חום נוזל קירור אחת לאחרת. בתהליך שינויי טמפרטורת נוזל הקירור גם לשנות הצפיפות שלהם, ובהתאם לכך, מסה ומדדי חומרים. זו הסיבה תהליכים כאלה מכונים חום ומסה.

סוגים של חום העברה

עכשיו בואו נדבר על סוגי העברת חום - יש רק שלוש. קרינה - העברת חום על ידי קרינה. כדוגמה, נוכל להיזכר להשתזף על החוף ביום קיץ חם. וגם מחליפי חום אלה ניתן למצוא את (מחממי אוויר) בשוק. עם זאת, לרוב להסקה ביתית, חדרים בדירה שאנו קונים שמנים או חימום חשמלי. זוהי דוגמה של סוג אחר של העברת חום - הסעה. הסעה היא טבעי, בלתי רצוניות (תמצית, ובתיבת צריכה מחליף) או עם כונן מכאני (עם מאוורר, למשל). הסוג השני הוא הרבה יותר יעיל.

עם זאת, השיטה היעילה ביותר של העברת חום - הוא מוליכות תרמית, או, כפי שהיא מכונית, הולכה (הולכה של אנגלית -. "מוליכות"). כל מהנדס מי הוא הולך להחזיק את העיצוב התרמי של מחליף חום, קודם כל לחשוב על איך לבחור ציוד יעיל במינימום שטח. והיא מצליחה להשיג זאת היא על ידי הולכה. דוגמא לכך היא היעיל ביותר TOA תאריך - מחליף חום צלחת. TOA פלייט מעצם הגדרתה - מחליף חום המעביר חום נוזל הקירור לאחרת אחת דרך קיר שהפריד ביניהם. אזור המגע המרבי האפשרי בין שני המדיומים יחד עם חומרים שנבחרו נכון, וממדי עובי פרופיל הצלחות שלהם נבחרו כדי למזער חומרה תוך שמירה על המאפיינים טכניים המקוריים הנדרשים בתהליך.

סוגים של מחליפי חום

לפני שאתם מבצעים את החישוב של מחליף החום נקבעים לפי הסוג שלה. כל TOA ניתן לחלק לשתי קבוצות עיקריות: מחליפי חום התאוששות משובים. Therebetween ההבדל העיקרית היא כדלקמן: בכל הנוגע לחילופי חום התאוששות TOA מתרחש דרך הקיר המפריד בין שני בינוני חום, ולבוא במגע אחד עם השני בשתי תקשורת רגנרטיבית, אשר לעתים קרובות דורש ערבוב הבא ופרדה ב מפרידים מיוחדים. מחליפי חום הרגנרציה מחולקים מחליפי חום ערבוב עם זרבובית (תקרית נייחת או ביניים). באופן כללי, דלי מים חמים, לשים את בקור, או כוס תה חם, לשים מקורר במקרר (לא לא עושים!) - זה הוא דוגמה TOA ערבוב כזה. לשפוך צלחת תה קירור זה ולכן אנחנו מביאים דוגמא של מחליף חום רגנרטיבית עם הזרבובית (צלחת, בדוגמא זו משחקת את חלק הזרבובית), אשר פנה ראשונה עם אוויר הסביבה ולוקח הטמפרטורה שלו, ואז בוחר את החלק בלהט שפכו לתוכו תה חם מבקשים הוא להוביל התקשורת למצב שיווי משקל תרמי. עם זאת, כפי שכבר מצאו ניצול יעיל יותר של מוליכות תרמית להעביר חום ממדיום אחד למשנהו, ולכן, יותר שימושי מבחינת העברת חום (בשימוש נרחב) TOA היום - כמובן, החלמה.

חישוב תרמי מבניות

כל חישוב של מחליף חום רגנרטיבית יכול להתקבל על סמך התוצאות של התרמית, חישובים הידראוליים וכוח. הם יסוד, הכרחיים עבור העיצוב של ציוד חדש וטכניקות הן הבסיס לחישוב הדגמים הבאים של אותו הסוג של קו מכשיר. המשימה העיקרית של חישוב TOA התרמית היא לקבוע את שטח פנים חילופיים חום דרוש פעולה יציבה של מחליף החום ושמירת הפרמטרים הנדרשים גוף התקשורת. לעתים קרובות בחישובים כאלה מהנדסים מקבלים ערכים שרירותיים של מאפייני משקל וגודל של ציוד בעתיד (חומר, צינורות בקוטר, צלחות, ממדים, גיאומטרית קרן, סוג finning החומר et al.), אולם לאחר החום בדרך כלל שנערך מחליף חישוב קונסטרוקטיבי. אחרי הכל, אם מהנדס הצעד הראשון נחשב שטח הפנים הכרחי צינור בקוטר נתון, למשל, 60 מ"מ, ואת אורכו של מחליף חום ובכך הפך כשישים מטרים, זה הגיוני להניח מחליף חום רב שלבי המעבר או לסוג צרור צינור, או להגדיל את הקוטר של צינורות.

חישוב הידראולי

הידראולי או הידרו-מכני אווירודינמי חישובים שבוצעו לזהות לייעל הידראולי (אווירודינמי) הפסד לחץ מחליף חום, וכדי לחשב את צריכת האנרגיה על מנת להתגבר עליהם. חישוב כל נתיב, ערוץ או צינור להעברת בינוני החימום מתעמת משימה עיקרית אנושית - כדי להגביר את התהליך החילופי החום באתר. כלומר, אחד בינוני חייב לעבור, והשני הוא לקבל כמות חום במרווח מינימלי כמובן שלה. זה לעתים קרובות להחיל משטח החלפת חום נוסף בצורת משטחי סנפיר שפותח (עבור הפרדה של שכבת משנה עלעלי הגבול ולשפר מערבולות זרם). ביחס איזון אופטימלי בהפסדים הידראוליים, בתחומי השטח המחליף החום, מאפייני המשקל וגודל, ואת התפוקה החומה מסוגר הוא התוצאה של חישוב TOA תרמית, הידראולי ובונה המצרפי.

חישוב בדיקה

אימות של מחליף החום מתבצעת במקרה שבו יש צורך להניח כוח מילואים של כל שטח פנים חילופי חום. המשטח השמור מסיבות שונות ובמצבים שונים, אם נדרש לכך על פי תנאי הפניה, אם היצרן מחליט לעשות בטחונות נוספות כדי להיות בטוחות בדיוק כי החום הזה ישוחרר על המשטר, וכדי למזער טעויות בחישובים. במקרים מסוימים, יש להזמין מראש עבור עיגול תוצאות ממדים מבניים אחר (דודים, economizers) ב חישוב הקיבולת של מחליף החום הוא הציג במיוחד משטח שולי על זיהום נפט המדחס הנוכחי במעגל הקירור. כן, ואיכות מים ירודה חייבת להילקח בחשבון. לאחר זמן מה, הפעולה החלקה של מחליפי חום, במיוחד בטמפרטורות גבוהות, החלאות מתיישבות על פני השטח של מנגנון החלפת חום, הפחתת מקדם העברת החום, ובהכרח שמוביל לירידת המראה חומה טפילה. לכן מהנדס מוכשר, חישוב של מחליף חום "מים מים", מקדיש תשומת לב מיוחדת השמורה נוסף של משטח החלפת חום. בדיקת חישוב ומבלים כדי לראות איך הציוד הנבחר יפעל על מצבים אחרים, משניים. לדוגמא, בשנת המזגנים המרכזיים (התקנות אספקת אוויר) המחממים לחימום ראשון והשני ממשמש את העונה הקרה, ולעתים קרובות כרוך בקיץ לקירור מים קרים אספקת האכלת אוויר לתוך הצינור המחליף חום האוויר. איך הם יתפקדו ומה ייתן הפרמטרים להעריך בחישוב תוחלת.

ערכות מחקר

חישובי TOA המחקר שבוצעו על בסיס התוצאות של החישוב ואימות התרמיים. הם נחוצים, ככלל, על מנת להפוך את לתיקונים האחרונים מבנה המכשיר תוכנן. הם גם בצעו לתקן משוואות שום מוטלות במודל החישוב שיושם TOA שהושג באופן אמפירי (עבור נתוני ניסוי). ביצוע מחקר כרוך חישוב של עשרות ולפעמים מאות חישובים ידי תוכנית מיוחדת, שפותחה ומיושמת ייצור על פי התיאוריה המתמטית של עיצוב של ניסויים. על פי התוצאות לחשוף את ההשפעה של תנאים שונים וכמויות פיסיות על TOA מדדי ביצוע.

חישובים אחרים

החישוב של השטח מחליף חום, לא לשכוח את ההתנגדות של חומרים. חישובי כוח TOA כוללת בדיקת יחידת הזכאות החזויה עבור מתח, המצורפת torsional לרגעים עובדים המרביים המוותרים לפרטי צומת של העתיד של מחליף החום. עם ממדים מינימאליים של המוצר צריכים להיות חזקים, יציבים להבטיח ההפעלה הבטוחה ב שונה, אפילו בתנאים המאומצים ביותר.

חישוב דינמי מתבצע כדי לקבוע מאפיינים שונים של מחליף חום על מצבי פעולה משתנים.

סוגי עיצוב מחליף חום

TOA בעיצוב ההחלמה ניתן לחלק מספר גדול מספיק של קבוצות. הידוע ביותר בשימוש נרחב - מחליף חום צלחת, אוויר (צינור סנפירים), פגז מחליף חום צינור "צינור הצינור", פגז-ו-צלחת, ואחרים. ישנם יותר גבוהה סוגים מיוחדים ואקזוטיים, לדוגמה, ספירלה (שבלול-מחליף) או המגרד, אשר עובדים עם נוזלים צמיגים או שאינם הניוטוני, וסוגים רבים אחרים.

מחליפי חום "צינור בצינור"

קחו למשל את החישוב הפשוט של מחליף חום "צינור בצינור". מבחינה מבנית, זה סוג של TOA הוא פשוט מקסימאלי. במהלך להתחיל את מנגנון צינור הפנימי, בדרך כלל נוזל העברת חום חם למזער הפסדים, ולתווך דיור או לתוך הצינור החיצוני, נוזל קירור קירור ריצה. מהנדס המשימות במקרה זה מפחית את קביעת אורכו של מחליף חום על בסיס שטח החלפת חום מחושב ובקטרים מראש.

ראוי להוסיף כי בשנת תרמודינאמיקה מציגה את הקונספט של מחליף חום אידיאלי, כי היא יחידה באורך אינסופי, שבו בקררים לעבוד לדלפק, ובין בדל טמפרטורה מופעל באופן מלא. העיצוב "צינור צינור" הקרוב יעמוד בדרישות אלה. ואם להריץ נוזלי העברת חום זרם נגדיים, זה יהיה מה שנקרא "נגד אמיתי" (להבדיל צולבות כמו TOA צלחת). לחץ טמפרטורה בצורה היעילה ביותר מופעל כאשר ארגון תנועה. עם זאת, ביצוע חישוב "צינור הצינור" של מחליף החום צריך להיות מציאותי ולא לשכוח את מרכיב הלוגיסטיקה, כמו גם את קלות ההתקנה. אורך evrofury - 13.5 מ ', ולא כל המתקנים הטכניים מותאם להחליק והתקנת אורך ציוד כזה.

מעטפת מחליף חום צינור

לכן, זה חלק מהחישובים של מכשיר כזה חלקה זורם לתוך החישוב של מחליפי חום מעטפת צינור. מנגנון זה, שבו צרור הצינור נמצא מקרה אחד (מעטפת), נשטף על ידי קירור שונה, בהתאם לציוד היעד. קבלים, למשל, להפעיל את מעיל קירור, ומים - בתוך שפופרת. בעזרת שיטה זו של תנועת הסביבות קלה ויעילה יותר כדי לשלוט על פעולת היחידה. בשנת המצננים, להפך, קירור רותח בתוך צינורות והם נשטפים עם נוזל מקורר (מים, תמלחות, glycols, וכו '). לכן, מחליף חום-צינור חישוב מצטמצם כדי למזער את גודל הציוד. משחק עם הקוטר של המארז, בקוטר והמספר והאורך של מהנדס מנגנון צינורות הפנימי נכנס הערך המחושב של שטח פנים חילופי חום.

מחליפי חום האוויר

אחד הנפוץ ביותר על ידי מחליפי חום כה - A מחליף חום צינור סנפירים. הם סליליים נקראים. איפה הם אינם מותאמים רק החל פאנקויילים (מן אנגלית. הסליל + המאוורר, למשל, "אוהד" + "סליל") בבלוקים פנימיים לפצל מערכות אל החזרת גז פליטה ענקית (בחירה של חום מן גזי פליטה החמים והעביר זה לחימום) בדודים ב CHP. לכן חישוב מחליף הסליל תלוי ביישום, שבו החום נכנס מבצע. קירור אוויר תעשייתי (VOPy) מותקן בשר ההלם-קפוא התאי, במקפיאים בטמפרטורות נמוכות וחפצים אחרים של קירור מזון, דורש תכונות מבניות מסוימות בעיצוב שלהם. מרחק בין lamella (סנפיר) צריך להיות מוגדל כדי להאריך את משך הזמן של פעולה רציפה בין מחזורי להפשיר. מאדה עבור DCS (Data Center), להיפך, מאפשר מרחק mezhlamelnye ההידוק קומפקטי יותר עד למינימום. מחליפי חום כאלו הפועלים "האזור הטהור", מוקף מסנן קנס (עד כיתת HEPA), אולם, חישוב זה מתבצע של מחליף חום צינורי עם דגש על מזעור הממדים כולל.

מחליפי חום צלחת

ביקוש יציב כרגע עבור מחליפי חום צלחת. על פי העיצוב הקונסטרוקטיבי שלה, הם gasketed מלא למחצה מרותך, ו mednopayanymi nikelpayanymi, מרותך ושיטת דיפוזיה מולחמת (ללא הלחמה). עיצוב תרמי של מחליפי חום הצלחת הוא גמיש דיה ואין במיוחד קשה מהנדס. תהליך הבחירה יכול לשחק צלחות סוג, ערוצים עמוקים להרכיב, סוג הסנפיר, עובי פלדה, חומרים שונים, והכי חשוב - הרבה דגמים בגודל סטנדרטיים של מכשירים בגדלים שונים. מחליפי חום כאלה הם נמוכים ורחבים (עבור חימום מי הקיטור) או גבוהה וצר (מחליף חום הפרדה למערכות מיזוג אוויר). הם משמשים לעתים קרובות, וגם מדיום עם המעבר לשלב, כלומר כמו מעבים, מאיידים, צידניות קיטור, predkondensatorov וכן הלאה. ד בצע תכנון תרמי של מחליפי חום הפועלות בבית דפוס בי-פאזית, קצת יותר קשה מאשר מחליף חום של "נוזלי נוזלי", אבל עבור מהנדס מנוסה לבעיה זו היא פתירה והוא לא קשה במיוחד. כדי להקל על חישובים אלה מעצבי הנדסה מודרניים להשתמש בבסיס נתונים במחשב, שבו אתה יכול למצוא הרבה מידע נחוץ, כוללים דיאגרמת פאזות של כל קירור בכל מצב פס, למשל, תכנית CoolPack.

חישוב דוגמה מחליף

המטרה העיקרית של החישוב היא לחשב את השטח הדרוש של משטח החלפת החום. כוח תרמי (קירור) מוגדר בדרך כלל בתכנון הטכני, אבל בדוגמה שלנו נחשב את זה, למשל, בודק את המפרט הטכני עצמו. לפעמים זה קורה ולכן הנתונים המקוריים יכולים להתגנב שגיאה. אחת המשימות של מהנדס מוסמך היא למצוא ולתקן את הטעות הזו. כדוגמה, אנו יכולים לחשב את סוג מחליף חום סוג של סוג נוזלי נוזלי. תן לזה להיות מפסק לחץ בבניין רב קומות. על מנת להקל על ציוד הלחץ, גישה זו משמשת לעתים קרובות בבניית גורדי שחקים. בצד אחד של מחליף החום יש לנו מים עם טמפרטורת הכניסה של Твх1 = 14 ᵒС ו מוצא Тvy1 = 9 ᵒС, ועם קצב הזרימה G1 = 14,500 ק"ג / שעה, ומצד שני - גם מים, אבל רק עם פרמטרים כאלה: Твх2 = 8 ᵒС, Тvy2 = 12 ᵒС, G2 = 18,125 kg / h.

אנו מחשבים את הכוח הנדרש (Q0) על ידי נוסחת איזון החום (ראה איור לעיל, נוסחה 7.1), כאשר Cp הוא החום הספציפי (ערך טבלאי). לשם הפשטות של החישובים, תן לנו לקחת את קיבולת החום מופחת Cp = 4.187 [kJ / kg * ᵒC]. אנו רואים:

Q1 = 14,500 * (14 - 9) * 4.187 = 303557.5 [kJ / h] = 84321.53 W = 84.3 קילוואט - בצד הראשון

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4.187 = 303557.5 [kJ / h] = 84321.53 W = 84.3 קילוואט - בצד השני.

שים לב, על פי הנוסחה (7.1), Q0 = Q1 = Q2, ללא קשר לאיזה צד של החישוב.

לאחר מכן, באמצעות משוואת העברת החום הבסיסית (7.2), אנו מוצאים את שטח המשטח הדרוש (7.2.1), כאשר k הוא מקדם העברת החום (שווה ערך ל - 6350 [W / m ² ]) ו ΔTp.log. - ראש הטמפרטורה הלוגריתמי הממוצע, המחושב על פי הנוסחה (7.3):

ΔT avglog. = (1 - 2) / ln (2/1) = 1 / ln2 = 1 / 0.69131 = 1.4428;

F = 84321/6350 * 1.4428 = 9.2 מ '.

במקרה שבו מקדם העברת החום אינו ידוע, חישוב מחליף חום הצלחת הוא קצת יותר מסובך. על פי הנוסחה (7.4), אנו מניחים את הקריטריון של ריינולדס, כאשר ρ היא הצפיפות, [kg / m ³ ], η הוא הצמיגות הדינמית, [H * s / m ² ], V היא מהירות המדיום בערוץ, [m / s], d ס"מ - קוטר הערוץ הרטוב [m].

מהטבלה אנו מוצאים את הערך הדרוש לקריטריון Prandtl [Pr] ובנוסחה (7.5) נקבל את קריטריון ה- Nusselt, כאשר n = 0.4 - בתנאי חימום נוזלי, ו- n = 0.3 - בתנאי קירור נוזלי.

לאחר מכן, על פי הנוסחה (7.6), מחושב מקדם העברת החום מכל נוזל קירור לקיר, ועל פי הנוסחה (7.7) אנו רואים את מקדם העברת החום, אותו אנו מחליפים בנוסחה (7.2.1) לחישוב שטח משטח החום.

ב נוסחאות אלה, λ הוא מקדם מוליכות תרמית, ϭ הוא עובי של הקיר ערוץ, α1 ו α2 הם מקדמי העברת חום מכל אחד מנשאי חום לקיר.