Grundlæggende begreber varmeoverførsel til beregning af varmevekslere

Beregning af varmeveksleren tager i øjeblikket ikke mere end fem minutter. Enhver organisation, der fremstiller og sælger sådant udstyr, giver som regel alle deres eget udvælgelsesprogram. Du kan downloade det gratis fra virksomhedens websted, ellers vil deres tekniker komme til dit kontor og installere det gratis. Men hvor korrekt er resultatet af sådanne beregninger, er det muligt at stole på det, og er producenten ikke snedig, når han kæmper i et udbud med sine konkurrenter? Kontrol af en elektronisk lommeregner kræver viden eller i det mindste en forståelse af beregningsmetoden for moderne varmevekslere. Lad os prøve at finde ud af detaljerne.

Hvad er en varmeveksler

Før vi beregner varmeveksleren, skal vi huske, hvilken slags enhed er det? Et varme- og masseudvekslingsapparat (aka en varmeveksler, aka en varmeveksler eller TOA) er en enhed til at overføre varme fra en varmebærer til en anden. Under processen med at ændre temperaturen på kølemidlet ændres deres tæthed og følgelig også massens indikatorer for stoffer. Derfor kaldes sådanne processer varme- og masseoverførsel.

Hovedmenu

Hej! En varmeveksler er en anordning, hvor varmeveksling udføres mellem to eller flere varmebærere eller mellem varmebærere og faste stoffer (dyse, væg). Kølevæskens rolle kan også spilles af omgivelserne omkring apparatet. I henhold til deres formål og design kan varmevekslere være meget forskellige, lige fra den enkleste (radiator) til den mest avancerede (kedelenhed). I henhold til driftsprincippet er varmevekslere opdelt i rekuperativ, regenerativ og blanding.

Recuperative enheder kaldes enheder, hvor varme og kolde varmebærere strømmer samtidigt adskilt af en solid væg. Disse enheder inkluderer varmelegemer, kedelaggregater, kondensatorer, fordampere osv.

Apparat, hvor den samme opvarmningsflade skiftevis vaskes af varm og kold væske kaldes regenerativ. I dette tilfælde afgives den varme, der ophobes af apparatets vægge under deres interaktion med den varme væske, til den kolde væske. Et eksempel på regenerative apparater er luftvarmere til åben ild og højovne, opvarmningsovne osv. I regeneratorer forekommer varmeudveksling altid under ikke-stationære forhold, mens rekuperationsapparater for det meste fungerer i en stationær tilstand.

Recuperative og regenerative enheder kaldes også overfladeapparater, da processen med varmeoverførsel i dem uundgåeligt er forbundet med overfladen af ​​et fast stof.

Blandere er enheder, hvor varmeoverførsel udføres ved direkte blanding af varme og kolde væsker.

Den gensidige bevægelse af kølemidler i varmevekslere kan være forskellig (fig. 1.).

Afhængigt af dette skelnes der mellem enheder med direkte flow, modstrøm, krydsstrøm og med en kompleks bevægelsesretning for kølemidler (blandet strøm). Hvis kølemidlet strømmer parallelt i en retning, kaldes et sådant bevægelsesmønster fremadgående strøm (fig. 1.). Med modstrøm bevæger kølevæskerne sig parallelt, men mod hinanden. Hvis væskernes bevægelsesretninger krydser hinanden, kaldes bevægelsesmønstret tværstrømning. Ud over de ovennævnte ordninger anvendes mere komplekse også i praksis: samtidig fremadstrømning og modstrøm, multipel krydsstrøm osv.

Afhængigt af det teknologiske formål og designfunktionerne er varmevekslere opdelt i vandvarmere, kondensatorer, kedelaggregater, fordampere osv. Men det almindelige er, at de alle tjener til at overføre varme fra en varmebærer til en anden, derfor er de grundlæggende bestemmelser af termisk beregning er de samme for dem .... Forskellen kan kun være det endelige afviklingsformål. Ved design af en ny varmeveksler er beregningsopgaven at bestemme varmeoverfladen; i verifikations termisk beregning af den eksisterende varmeveksler er det nødvendigt at finde mængden af ​​overført varme og de endelige temperaturer på arbejdsfluiderne.

Varmeberegningen er i begge tilfælde baseret på varmebalansligningerne og varmeoverførselsligningen.

Varmevekslerligningen for varmeveksleren har formen:

hvor M er massestrømningshastigheden for kølemidlet, kg / s; cpm - specifik isobarisk masse af kølemiddel, gennemsnitlig varmekapacitet, J / (kg * ° С).

Herefter angiver abonnementet "1" værdierne relateret til den varme væske (primær varmebærer) og abonnementet "2" - til den kolde væske (sekundær varmebærer); en ledning svarer til temperaturen på væsken ved indløbet til apparatet og to linjer - ved udløbet.

Ved beregning af varmevekslere anvendes ofte konceptet for den samlede varmekapacitet af massestrømningshastigheden for varmebæreren (vandækvivalent) svarende til C = Mav W / ° C. Fra udtryk (1) følger det

det vil sige, at forholdet mellem temperaturændringer af enfaset varmeoverføringsfluider er omvendt proportionalt med forholdet mellem deres samlede forbrugsvarmekapacitet (vandækvivalenter).

Varmeoverførselsligningen skrives som følger: Q = k * F * (t1 - t2), hvor t1, t2 er temperaturerne i de primære og sekundære varmebærere; F er varmeoverføringsoverfladearealet.

Under varmeveksling ændres temperaturerne i begge varmebærere i de fleste tilfælde, og derfor ændres temperaturhovedet Δt = t1 - t2. Varmeoverføringskoefficienten over varmevekslingsoverfladen vil også have en variabel værdi, derfor skal gennemsnitsværdierne for temperaturforskellen Δtav og varmeoverførselskoefficienten kcp erstattes med varmeoverføringsligningen, dvs.

Q = kсp * F * Δtcp (3)

Varmevekslingsarealet F beregnes med formlen (3), mens den termiske ydeevne Q er specificeret. For at løse problemet er det nødvendigt at beregne gennemsnittet over hele overfladen af ​​varmeoverførselskoefficienten kсp og temperaturhovedet Δtav.

Ved beregning af den gennemsnitlige temperaturforskel er det nødvendigt at tage højde for arten af ​​ændringen i temperaturerne på varmebærerne langs varmevekslingsoverfladen. Det er kendt fra teorien om varmeledningsevne, at temperaturfordelingen langs længden i en plade eller en cylindrisk stang i nærvær af en temperaturforskel i enderne (sidefladerne er isoleret). Hvis varmeudveksling finder sted på den laterale overflade, eller systemet har interne varmekilder, er temperaturfordelingen krumlinær. Med en ensartet fordeling af varmekilder vil temperaturændringen langs længden være parabolsk.

I varmevekslere adskiller karakteren af ​​ændringen i temperaturerne for varmebærerne sig fra den lineære og bestemmes af de samlede varmekapaciteter C1 og C2 af varmebærernes massestrømningshastigheder og retningen af ​​deres indbyrdes bevægelse. (Fig. 2).

Det kan ses af graferne, at temperaturændringen langs overfladen F ikke er den samme. I overensstemmelse med ligning (2), jo større temperaturændring vil være for varmebæreren med den lavere varmekapacitet af massestrømmen. Hvis kølemidlet er det samme, for eksempel i en vand-til-vand-varmeveksler, vil karakteren af ​​ændringen i temperaturen på kølemidlet være helt bestemt af deres strømningshastigheder og ved en lavere strømningshastighed temperaturen ændringer vil være store.Med strømstrøm er den endelige temperatur t "2 af det opvarmede medium altid mindre end temperaturen t" 1 for varmemediet ved apparatets udløb, og med modstrøm kan den endelige temperatur t "2 være højere end temperaturen t "1 (se for modstrøms tilfælde, når C1> C2). Derfor kan mediet, der skal opvarmes med modstrøm, ved den samme indledende temperatur opvarmes til en højere temperatur end med strømstrømmen.

Ved strømstrøm ændres temperaturhovedet langs opvarmningsoverfladen i større grad end med modstrøm. Samtidig er dets gennemsnitlige værdi i sidstnævnte tilfælde større, hvilket resulterer i, at apparatets opvarmningsflade med modstrømning bliver mindre. Under dette forhold overføres således i dette tilfælde mere varme. Baseret på dette bør enheder med modstrøm foretrækkes.

Som et resultat af en analytisk undersøgelse af en varmeveksler, der fungerer i henhold til direkte strømningsskema, blev det fundet, at temperaturhovedet langs varmevekslingsoverfladen ændres eksponentielt, så gennemsnits temperaturhovedet kan beregnes ved hjælp af formlen:

hvor Δtb er den store temperaturforskel mellem den varme og kolde varmebærer (fra den ene ende af varmeveksleren); Atm - mindre temperaturforskel (fra den anden ende af varmeveksleren).

Med en fremadgående strøm er Δtb = t'1 - t'2 og Δtm = t "1 - t" 2 (fig. 2.). Denne formel er også gyldig for modstrøm med den eneste forskel, der er tilfældet, når C1 C2 Δtb = t" 1 - t'2 og Δtm = t'1 - t "2.

Den gennemsnitlige temperaturforskel mellem to medier, beregnet ved formlen (4), kaldes den gennemsnitlige logaritmiske. temperaturhoved. Formen for udtrykket skyldes karakteren af ​​temperaturændringen langs opvarmningsoverfladen (krumlinjeafhængighed). Hvis afhængigheden var lineær, skulle temperaturhovedet bestemmes som et aritmetisk gennemsnit (figur 3.). Værdien af ​​det aritmetiske middelhoved Δtа.av er altid større end det gennemsnitlige logaritmiske Δtl.av. I tilfælde, hvor temperaturhovedet langs længden af ​​varmeveksleren ændres ubetydeligt, dvs. betingelsen Δtb / Δtm <2 er imidlertid opfyldt, kan den gennemsnitlige temperaturforskel beregnes som et aritmetisk gennemsnit:

Gennemsnittet af temperaturforskellen for enheder med kryds- og blandestrømme er kendetegnet ved beregningernes kompleksitet, og derfor er resultaterne af løsninger for et antal af de mest almindelige skemaer normalt angivet i form af grafer. Isp. Litteratur: 1) Fundamentals of heat power engineering, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Minsk, red. 2. "Higher school", 1976. 3) Heat engineering, red. 2, under generel redaktion. I Sushkina, Moskva "Metallurgi", 1973.

Typer af varmeoverførsel

Lad os nu tale om typerne af varmeoverførsel - der er kun tre af dem. Stråling - overførsel af varme gennem stråling. Som et eksempel kan du tænke dig at solbade på stranden en varm sommerdag. Og sådanne varmevekslere kan endda findes på markedet (lampeluftvarmer). Men ofte til opvarmning af boliger, værelser i en lejlighed køber vi olie eller elektriske radiatorer. Dette er et eksempel på en anden type varmeoverførsel - konvektion. Konvektion kan være naturlig, tvunget (udstødningshætte, og der er en recuperator i kassen) eller mekanisk induceret (f.eks. Med en ventilator). Sidstnævnte type er meget mere effektiv.

Den mest effektive måde at overføre varme på er imidlertid varmeledningsevne, eller, som det også kaldes, ledning (fra den engelske ledning - "ledning"). Enhver ingeniør, der skal udføre en termisk beregning af en varmeveksler, overvejer først og fremmest at vælge effektivt udstyr i de mindst mulige dimensioner. Og dette opnås netop på grund af varmeledningsevne. Et eksempel på dette er den mest effektive TOA i dag - pladevarmevekslere. Plade TOA er pr. Definition en varmeveksler, der overfører varme fra et kølemiddel til et andet gennem væggen, der adskiller dem. Det maksimalt mulige kontaktareal mellem to medier sammen med korrekt valgte materialer, pladens profil og deres tykkelse giver dig mulighed for at minimere størrelsen på det valgte udstyr, mens du opretholder de originale tekniske egenskaber, der kræves i den teknologiske proces.

Varmevekslertyper

Før beregning af varmeveksleren bestemmes de med dens type. Alle TOA kan opdeles i to store grupper: rekuperative og regenerative varmevekslere. Hovedforskellen mellem dem er som følger: i rekuperativ TOA forekommer varmeudveksling gennem en væg, der adskiller to kølemidler, og i regenerativ TOA har de to medier direkte kontakt med hinanden, ofte blanding og kræver efterfølgende adskillelse i specielle separatorer. Regenerative varmevekslere er opdelt i blanding og varmevekslere med pakning (stationær, faldende eller mellemliggende). Groft sagt er en spand varmt vand udsat for frost eller et glas varm te anbragt i køleskabet for at afkøle (gør det aldrig!) Et eksempel på sådan en blanding af TOA. Og ved at hælde te i et underkop og afkøle det på denne måde får vi et eksempel på en regenerativ varmeveksler med en dyse (underkoppen i dette eksempel spiller rollen som en dyse), som først kommer i kontakt med den omgivende luft og tager dens temperatur , og tager derefter noget af varmen fra den varme te, der hældes i den. og forsøger at bringe begge medier i termisk ligevægt. Men som vi allerede har fundet ud af tidligere, er det mere effektivt at bruge varmeledningsevne til at overføre varme fra et medium til et andet, derfor er TOA, der er mere nyttige med hensyn til varmeoverførsel (og i vid udstrækning brugt) i dag selvfølgelig rekuperativ.

Bestemmelse af mængden af ​​varme

Varmeoverførselsligningen anvendt til steady-state tidsenheder og processer er som følger:

Q = KFtcp (W)

I denne ligning:

• K er værdien af ​​varmeoverføringskoefficienten (udtrykt i W / (m2 / K));
• tav - den gennemsnitlige forskel i temperaturindikatorer mellem forskellige varmebærere (værdien kan angives både i grader Celsius (0С) og i kelvin (K));
• F er værdien af ​​det overfladeareal, for hvilket der sker varmeoverførsel (værdien er angivet i m2).

Ligningen giver dig mulighed for at beskrive den proces, hvor varme overføres mellem varmebærere (fra varm til kold). Ligningen tager højde for:

• varmeoverførsel fra kølemidlet (varmt) til væggen
• vægvarmeledningsevne parametre;
• varmeoverførsel fra væggen til kølevæsken (kold).

Termisk og strukturel beregning

Enhver beregning af en rekuperativ varmeveksler kan foretages på baggrund af resultaterne af termiske, hydrauliske og styrkeberegninger. De er grundlæggende, obligatoriske i designet af nyt udstyr og danner grundlaget for beregningsmetoden for efterfølgende modeller af linjen for den samme type apparater. Hovedopgaven med den termiske beregning af TOA er at bestemme det krævede område af varmevekslingsoverfladen til stabil drift af varmeveksleren og opretholde de krævede parametre for mediet ved udløbet. Ofte får ingeniører i sådanne beregninger vilkårlige værdier for det fremtidige udstyrs masse og størrelseskarakteristika (materiale, rørdiameter, pladestørrelser, bjælkegeometri, type og materiale til finning osv.), Derfor efter termisk en udføres normalt en konstruktiv beregning af varmeveksleren. Faktisk, hvis ingeniøren i det første trin beregnede det krævede overfladeareal for en given rørdiameter, for eksempel 60 mm, og længden af ​​varmeveksleren således viste sig at være omkring tres meter, så er det mere logisk at antage en overgang til en multipass-varmeveksler eller til en skal-og-rør-type eller for at øge rørernes diameter.

Varmeoverførselsmekanismer til beregning af varmevekslere

De tre hovedtyper af varmeoverførsel er konvektion, varmeledning og stråling.

I varmevekslingsprocesser, der forløber i overensstemmelse med principperne for mekanismen for varmeledning, overføres varmeenergi i form af energioverførsel af elastiske atomiske og molekylære vibrationer. Overførslen af ​​denne energi mellem forskellige atomer er i retning af faldende.

Beregningen af ​​egenskaberne ved overførsel af termisk energi i henhold til princippet om varmeledningsevne udføres i henhold til Fourier-loven

Data om overfladeareal, varmeledningsevne, temperaturgradient, strømningsperiode bruges til at beregne mængden af ​​varmeenergi.Begrebet en temperaturgradient defineres som temperaturændringen i retning af varmeoverførsel med en eller anden længdeenhed.

Varmeledningsevnen er hastigheden for varmevekslingsprocessen, dvs. mængden af ​​termisk energi, der passerer gennem en hvilken som helst overfladeenhed pr. tidsenhed.

Som du ved, er metaller kendetegnet ved den højeste koefficient for varmeledningsevne i forhold til andre materialer, som skal tages i betragtning i alle beregninger af varmevekslingsprocesser. Med hensyn til væsker har de som regel en relativt lavere koefficient for varmeledningsevne sammenlignet med legemer i fast sammenlægningstilstand.

Det er muligt at beregne mængden af ​​overført termisk energi til beregning af varmevekslere, hvor varmeenergi overføres mellem forskellige medier gennem væggen ved hjælp af Fourier-ligningen. Det defineres som den mængde varmeenergi, der passerer gennem et plan, der er kendetegnet ved en meget lille tykkelse:

Efter at have udført nogle matematiske operationer får vi følgende formel

Det kan konkluderes, at temperaturfaldet inde i væggen udføres i overensstemmelse med loven om en lige linje.

Hydraulisk beregning

Hydrauliske eller hydromekaniske såvel som aerodynamiske beregninger udføres for at bestemme og optimere det hydrauliske (aerodynamiske) tryktab i varmeveksleren samt beregne energiomkostningerne for at overvinde dem. Beregningen af ​​en hvilken som helst sti, kanal eller et rør til passage af kølemidlet udgør en primær opgave for en person - at intensivere varmeoverførselsprocessen i dette område. Det vil sige, det ene medium skal overføre, og det andet skal modtage så meget varme som muligt ved det minimale interval for dets strømning. Til dette anvendes ofte en ekstra varmevekslingsoverflade i form af en udviklet overfladebåndning (for at adskille det laminære underlag af grænsen og forbedre turbulisering af strømmen). Det optimale balanceforhold mellem hydrauliske tab, varmevekslingsoverfladeareal, vægt og størrelsesegenskaber og fjernet varmeeffekt er resultatet af en kombination af termisk, hydraulisk og konstruktiv beregning af TOA.

Verifikationsberegning

Beregning af varmeveksleren udføres i det tilfælde, hvor det er nødvendigt at lægge en margen for effekt eller for området af varmevekslingsoverfladen. Overfladen er reserveret af forskellige årsager og i forskellige situationer: hvis dette kræves i henhold til vilkårene, hvis producenten beslutter at tilføje en ekstra margen for at være sikker på, at en sådan varmeveksler vil gå i drift, og for at minimere fejl foretaget i beregningerne. I nogle tilfælde kræves redundans for at afrunde resultaterne af designdimensioner, i andre (fordampere, økonomisatorer) introduceres en overflademargin specielt til beregningen af ​​varmevekslerens kapacitet til forurening med kompressorolie til stede i kølekredsløbet. Og den lave vandkvalitet skal tages i betragtning. Efter et stykke tid med uafbrudt drift af varmevekslere, især ved høje temperaturer, lægger skala sig på apparatets varmeveksleroverflade, hvilket reducerer varmeoverførselskoefficienten og fører uundgåeligt til et parasitisk fald i varmefjernelse. Derfor lægger en kompetent ingeniør særlig vægt på yderligere redundans i varmevekslingsoverfladen ved beregning af vand-til-vand-varmeveksleren. Verifikationsberegningen udføres også for at se, hvordan det valgte udstyr fungerer i andre sekundære tilstande. For eksempel i centrale klimaanlæg (luftforsyningsenheder) bruges første og anden varmelegeme, der bruges i den kolde årstid, ofte om sommeren til at afkøle den indkommende luft ved at tilføre koldt vand til rørene i luftvarmeveksleren.Hvordan de fungerer, og hvilke parametre de giver ud, giver dig mulighed for at evaluere verifikationsberegningen.

Enhed og funktionsprincip

Varmevekslerudstyr på det moderne marked præsenteres i en bred vifte.

Hele det tilgængelige sortiment af produkter fra denne serie kan opdeles i to typer, såsom:

• pladeaggregater;
• skal-og-rør-enheder.

Den sidstnævnte sort sælges næsten ikke på markedet i dag på grund af dens lave effektivitetsgrad såvel som sin store størrelse. Pladevarmeveksleren består af identiske bølgeplader, der er fastgjort til en robust metalramme. Elementerne er placeret i et spejlbillede i forhold til hinanden, og mellem dem er der stål- og gummitætninger. Det nyttige varmevekslingsareal afhænger direkte af størrelsen og antallet af plader.

Pladeenheder kan opdeles i to underarter baseret på konfiguration, såsom:

• lodde enheder;
• pakninger med varmevekslere.

Sammenklappelige enheder adskiller sig fra produkter af en loddet samlingstype, idet enheden så hurtigt som muligt kan opgraderes og tilpasses til personlige behov, f.eks. Tilføje eller fjerne et bestemt antal plader. Pakningsvarmevekslere er efterspurgt i områder, hvor hårdt vand bruges til husholdningsbehov, på grund af de funktioner, som drikke og forskellige forurenende stoffer ophobes på enhedens elementer. Disse neoplasmer påvirker enhedens effektivitet, derfor skal de rengøres regelmæssigt, og takket være deres konfiguration er dette altid muligt.

Ikke-aftagelige enheder er kendetegnet ved følgende funktioner:

• højt niveau af modstand mod svingninger i højt tryk og temperatur
• lang levetid
• let vægt.

De loddede enheder rengøres uden at demontere hele strukturen.

Baseret på beregningen af ​​enhedens type og installationsmulighed skal der skelnes mellem to typer varmevekslere til varmt vand fra opvarmning.

• Interne varmevekslere er placeret i selve varmeenhederne - ovne, kedler og andre. Installation af denne art giver dig mulighed for at opnå maksimal effektivitet under driften af ​​produkter, da varmetabet til opvarmning af sagen vil være minimal. Som regel er sådanne enheder allerede indbygget i kedlen på det tidspunkt, hvor kedlerne fremstilles. Dette letter installation og idriftsættelse i høj grad, da du kun behøver at justere den krævede driftstilstand for varmeveksleren.

• Eksterne varmevekslere skal tilsluttes separat fra varmekilden. Sådanne enheder er relevante til brug i tilfælde, hvor betjeningen af ​​enheden afhænger af en fjernvarmekilde. Huse med centralvarme er et eksempel. I denne udførelsesform fungerer husholdningsenheden, der opvarmer vandet, som en ekstern enhed.

Under hensyntagen til typen af ​​materiale, hvorfra skillevægge er lavet, er det værd at fremhæve følgende modeller:

• stål varmevekslere;
• udstyr lavet af støbejern.

Derudover skiller kobberloddede systemer sig ud. De bruges til fjernvarme i lejlighedsbygninger.

Følgende egenskaber skal overvejes ved egenskaberne ved støbejernudstyr:

• råmaterialet afkøles temmelig langsomt, hvilket sparer driften af ​​hele varmesystemet;
• materialet har høj varmeledningsevne, alle støbejernsprodukter har iboende egenskaber, hvor det opvarmes meget hurtigt og afgiver varme til andre elementer;
• råmaterialet er modstandsdygtigt over for dannelse af skala på basen, desuden er det mere modstandsdygtigt over for korrosion;
• ved at installere yderligere sektioner kan du øge enhedens effekt og funktionalitet som helhed;
• produkter fra dette materiale kan transporteres i dele, opdele det i sektioner, hvilket letter leveringsprocessen samt installation og vedligeholdelse af varmeveksleren.

Vi foreslår, at du gør dig fortrolig med: Hvilken side der skal placeres dampspærre a - DOLGOSTROI.PRO
Som ethvert andet produkt har en sådan afhængig enhed følgende ulemper:

• støbejern er bemærkelsesværdigt for sin lave modstandsdygtighed over for skarpe temperatursvingninger, sådanne fænomener kan være fyldt med dannelsen af ​​revner på enheden, hvilket vil påvirke varmevekslerens ydeevne negativt;
• selv med store dimensioner er støbejernsenheder meget skrøbelige, derfor kan mekaniske skader, især under transport af produkter, alvorligt beskadige det;
• materialet er udsat for tør korrosion;
• enhedens store masse og dimensioner komplicerer undertiden udviklingen og installationen af ​​systemet.

Stålvarmevekslere til varmt vandforsyning er bemærkelsesværdige for følgende fordele:

• høj varmeledningsevne;
• lille masse af produkter. Stål gør ikke systemet tungere, derfor er sådanne enheder den bedste mulighed, når der er behov for en varmeveksler, hvis opgave er at servicere et stort område;
• stålenheder er modstandsdygtige over for mekanisk belastning;
• stålvarmeveksleren reagerer ikke på temperatursvingninger inde i strukturen
• materialet har gode elasticitetsegenskaber, men langvarig kontakt med et stærkt opvarmet eller afkølet medium kan føre til dannelse af revner i svejseområdet.

Ulemperne ved enheder inkluderer følgende funktioner:

• modtagelighed for elektrokemisk korrosion. Derfor, med konstant kontakt med et aggressivt miljø, reduceres enhedens levetid betydeligt;
• enhederne har ikke evnen til at øge arbejdseffektiviteten
• stålenheden mister varme meget hurtigt, hvilket er fyldt med øget brændstofforbrug til produktiv drift;
• lavt vedligeholdelsesniveau. Det er næsten umuligt at reparere enheden med egne hænder;
• den endelige samling af stålvarmeveksleren udføres under forholdene på værkstedet, hvor den blev fremstillet. Enhederne er monolitiske blokke af stor størrelse, på grund af hvilke der er vanskeligheder med deres levering.

Nogle producenter dækker dets indvendige vægge med støbejern for at øge kvaliteten af ​​stålvarmevekslere og derved øge konstruktionens pålidelighed.

Moderne varmevekslere er enheder, hvis drift er baseret på forskellige principper:

• vanding;
• nedsænket
• loddet;
• overfladisk;
• sammenklappelig
• ribbet lamellær;
• blanding;
• shell-and-tube og andre.

Men pladevarmevekslere til varmt vandforsyning og opvarmning adskiller sig positivt fra en række andre. Disse er gennemstrømningsvarmer. Installationer er en række plader, mellem hvilke der dannes to kanaler: varmt og koldt. De er adskilt af en stål- og gummipakning, så blanding af medierne elimineres.

Pladerne samles i en blok. Denne faktor bestemmer enhedens funktionalitet. Pladerne er identiske i størrelse, men placeret ved en drejning på 180 grader, hvilket er grunden til dannelsen af ​​hulrum, gennem hvilke væsker transporteres. Sådan dannes vekslen mellem kolde og varme kanaler, og der dannes en varmevekslingsproces.

Recirkulation i denne type udstyr er intensiv. Betingelserne for anvendelse af varmeveksleren til varmtvandsforsyningssystemer afhænger af pakningens materiale, antallet af plader, deres størrelse og type. Installationer, der forbereder varmt vand, er udstyret med to kredsløb: den ene til varmt brugsvand, den anden til rumopvarmning. Plademaskiner er sikre, produktive og bruges i følgende områder:

• forberedelse af en varmebærer i varmtvandsforsynings-, ventilations- og varmesystemer;
• køling af fødevarer og industrielle olier;
• varmt vandforsyning til brusere i virksomheder;
• til fremstilling af varmebæreren i gulvvarmesystemer;
• til fremstilling af en varmebærer i fødevare-, kemiske og farmaceutiske industrier;
• opvarmning af poolvand og andre varmevekslingsprocesser.

Forskningsberegninger

Forskningsberegninger af TOA udføres på basis af de opnåede resultater af termiske og verifikationsberegninger. Som regel er de nødvendige for at foretage de seneste ændringer til designet af det projicerede apparat. De udføres også for at rette eventuelle ligninger, der er fastlagt i den implementerede beregningsmodel TOA, opnået empirisk (ifølge eksperimentelle data). Udførelse af forskningsberegninger involverer tiere og undertiden hundreder af beregninger i henhold til en særlig plan, der er udviklet og implementeret i produktionen i henhold til den matematiske teori om eksperimentplanlægning. Ifølge resultaterne afsløres indflydelsen af ​​forskellige forhold og fysiske størrelser på ydeevneindikatorerne for TOA.

Andre beregninger

Ved beregning af arealet på varmeveksleren skal du ikke glemme materialernes modstand. TOA-styrkeberegningerne inkluderer kontrol af den konstruerede enhed for spænding, vridning, for anvendelse af de maksimalt tilladte driftsmomenter til dele og samlinger i den fremtidige varmeveksler. Med minimale dimensioner skal produktet være holdbart, stabilt og garantere sikker drift under forskellige, selv de mest belastende driftsforhold.

Dynamisk beregning udføres for at bestemme de forskellige egenskaber ved varmeveksleren ved variable driftstilstande.

Tube-in-tube varmevekslere

Lad os overveje den enkleste beregning af en rør-i-rør-varmeveksler. Strukturelt er denne type TOA forenklet så meget som muligt. Som regel ledes et varmt kølemiddel ind i apparatets indre rør for at minimere tab, og et kølekølemiddel sendes ind i huset eller ind i det ydre rør. Ingeniørens opgave er i dette tilfælde reduceret til at bestemme længden af ​​en sådan varmeveksler baseret på det beregnede areal på varmevekslingsoverfladen og angivne diametre.

Det skal tilføjes her, at konceptet med en ideel varmeveksler introduceres i termodynamik, det vil sige et apparat med uendelig længde, hvor kølemidlet fungerer i en modstrøm, og temperaturforskellen udløses fuldt ud mellem dem. Rør-i-rør-designet kommer tættest på at opfylde disse krav. Og hvis du kører kølemidlet i en modstrøm, så vil det være den såkaldte "rigtige modstrøm" (og ikke tværstrøm, som i pladen TOA). Temperaturhovedet udløses mest effektivt med en sådan organisering af bevægelse. Ved beregning af en rør-i-rør-varmeveksler skal man imidlertid være realistisk og ikke glemme logistikkomponenten såvel som nem installation. Eurotruckens længde er 13,5 meter, og ikke alle tekniske rum er tilpasset udskridning og installation af udstyr af denne længde.

Sådan beregnes varmeveksleren

Det er bydende nødvendigt at beregne varmeveksleren, ellers er dens varmeeffekt muligvis ikke nok til at opvarme rummet. Varmesystemet er designet til at kompensere for varmetab. Derfor kan vi kun finde ud af den nøjagtige mængde krævet varmeenergi baseret på bygningens varmetab. Det er ret vanskeligt at foretage en beregning, derfor tager de i gennemsnit 100 W pr. 1 kvadratmeter med en lofthøjde på 2,7 m.

Der skal være et hul mellem svingene.

Der kræves også følgende værdier til beregningen:

• Pi;
• diameteren på det tilgængelige rør (tag 10 mm);
• lambda varmeledningsevne af metal (for kobber 401 W / m * K);
• kølervæskens tilførsels- og returtemperatur (20 grader).

For at bestemme rørets længde skal du dividere den samlede termiske effekt i W efter produktet af ovenstående faktorer.Lad os overveje at bruge eksemplet på en kobbervarmeveksler med en krævet termisk effekt på 3 kW - dette er 3000 W.

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

Fra denne beregning viser det sig, at du har brug for 11,91 m kobberrør med en diameter på 10 mm for at varmeeffekten af ​​spolen skal være 3 kW.

Skal og rør varmevekslere

Derfor flyder beregningen af ​​et sådant apparat meget ofte jævnt ind i beregningen af ​​en skal-og-rør-varmeveksler. Dette er et apparat, hvor et bundt af rør er placeret i et enkelt hus (hus), vasket af forskellige kølemidler, afhængigt af udstyrets formål. I kondensatorer løber f.eks. Kølemidlet ind i kappen og vandet ind i rørene. Med denne metode til at flytte mediet er det mere bekvemt og effektivt at styre driften af ​​apparatet. Tværtimod koger kølemidlet i rørene i fordampere, og på samme tid vaskes de af den afkølede væske (vand, saltlage, glykoler osv.). Derfor reduceres beregningen af ​​en skal-og-rør-varmeveksler for at minimere udstyrets størrelse. Mens han leger med kabinets diameter, diameteren og antallet af de indre rør og apparatets længde, når teknikeren den beregnede værdi af arealet på varmevekslingsoverfladen.

Luftvarmevekslere

En af de mest almindelige varmevekslere i dag er de finnede rørformede varmevekslere. De kaldes også spoler. Uanset hvor de ikke er installeret, startende fra ventilatorspoleenheder (fra den engelske ventilator + spole, dvs. "ventilator" + "spole") i de interne blokke i split-systemer og slutter med kæmpe røggasrecuperatorer (varmeudvinding fra varm røggas og overfør det til opvarmningsbehov) i kedelanlæg ved kraftvarmeproduktion. Derfor afhænger designet af en spolevarmeveksler af anvendelsen, hvor varmeveksleren vil gå i drift. Industrielle luftkølere (VOP'er), der er installeret i eksplosionsfrysningskamre af kød, i frysere med lave temperaturer og andre genstande inden for madkøling, kræver visse designfunktioner i deres ydeevne. Afstanden mellem lamellerne (lamellerne) skal være så stor som muligt for at øge den kontinuerlige driftstid mellem afrimningscyklusser. Fordampere til datacentre (databehandlingscentre) er tværtimod lavet så kompakte som muligt og spænder afstanden til et minimum. Sådanne varmevekslere fungerer i "rene zoner" omgivet af fine filtre (op til HEPA-klassen), derfor foretages en sådan beregning af den rørformede varmeveksler med vægt på at minimere størrelsen.

Typer af varmevekslere

En håndklædetørrer er også en varmeveksler.

Du kan lave en spole med dine egne hænder i forskellige designs og af flere typer metal (stål, kobber, aluminium, støbejern). Aluminium og støbejernsprodukter er stemplet i fabrikker, da de krævede betingelser for at arbejde med disse metaller kun kan opnås under produktionsforhold. Uden dette er det kun muligt at arbejde med stål eller kobber. Det er bedst at bruge kobber, da det er formbart og har en høj grad af varmeledningsevne. Der er to ordninger til fremstilling af en spole:

• skrue;
• parallel.

Den spiralformede ordning indebærer placeringen af ​​spiral drejer langs en spiralformet linje. Kølevæsken i sådanne varmevekslere bevæger sig i en retning. Hvis det er nødvendigt, kan flere spiraler kombineres i henhold til "rør i rør" -princippet for at øge varmeydelsen.

For at minimere varmetabet så meget som muligt skal du vælge, hvilken type isolering der er bedst for at isolere huset udefra. Det afhænger også af væggenes materiale.

Det er nødvendigt at foretage et valg af isolering til et træhus baseret på varmeisolationens dampgennemtrængelighed.

I et parallelt kredsløb ændrer kølemidlet konstant sin bevægelsesretning. En sådan varmeveksler er lavet af lige rør forbundet med en 180 graders albue.I nogle tilfælde, for eksempel til fremstilling af et opvarmningsregister, kan der ikke anvendes drejelige knæ. I stedet for dem installeres en direkte bypass, som kan placeres både i den ene og i begge ender af røret.

Metoder til varmeoverførsel

Princippet for drift af en varmeveksler er at opvarme et stof på bekostning af varmen fra et andet. Således kan vandet i varmeveksleren opvarmes med en åben flamme. I dette tilfælde fungerer det som en køleplade. Men også selve spolen kan fungere som varmekilde. For eksempel når et kølemiddel strømmer gennem rørene, opvarmet i en kedel eller ved hjælp af et indbygget elektrisk varmeelement, og dets varme overføres til vand fra varmesystemet. Dybest set er det ultimative formål med varmeoverførsel at opvarme den indendørs luft.

Pladevarmevekslere

I øjeblikket er pladevarmevekslere i stabil efterspørgsel. Ifølge deres design er de fuldstændigt sammenklappelige og halvsvejsede, kobberloddede og nikkellodede, svejset og loddet ved diffusionsmetoden (uden lodde). Det termiske design af en pladevarmeveksler er fleksibel nok og ikke særlig vanskelig for en ingeniør. I udvælgelsesprocessen kan du lege med typen af ​​plader, kanalernes stansedybde, typen af ​​ribber, tykkelsen af ​​stål, forskellige materialer og vigtigst af alt - talrige modeller i standardstørrelse af enheder med forskellige dimensioner. Sådanne varmevekslere er lave og brede (til dampopvarmning af vand) eller høje og smalle (adskille varmevekslere til klimaanlæg). De bruges ofte til faseændringsmedier, det vil sige som kondensatorer, fordampere, opvarmningsanlæg, forkondensatorer osv. Det er lidt sværere at udføre termisk beregning af en varmeveksler, der fungerer efter et tofaseskema end en væske -til flydende varmeveksler, men for en erfaren ingeniør er denne opgave løselig og ikke særlig vanskelig. For at lette sådanne beregninger bruger moderne designere tekniske computerbaser, hvor du kan finde en masse nødvendige oplysninger, herunder diagrammer over tilstanden for ethvert kølemiddel i enhver scanning, for eksempel CoolPack-programmet.