Что такое мощность теплообменника
ООО Энерготеп
Котельные Отопление Мини ТЭС Дымовые трубы Газопоршневые электростанции Трубопроводы Пластинчатые теплообменники Ульяновск Инженерные системы
Расчет и подбор теплообменника
РАСЧЕТ и ПОДБОР ТЕПЛООБМЕННИКА
ЗВОНИТЕ ПО ТЕЛ.(8422)44-75-75
ИЛИ ОТПРАВЛЯЙТЕ ОПРОСНЫЕ ЛИСТЫ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ПОЧТУ
Уважаемые посетители сайта, если при заполнении опросных листов у Вас возникнут какие-либо затруднения
Вы можете заполнить только контактные данные.
ЧТО НУЖНО ДЛЯ БЕСПЛАТНОГО РАСЧЕТА ЦЕНЫ ТЕПЛООБМЕННИКА?
Чтобы расчитать тип и цену на пластинчатый теплообменник, Вам необходимо предоставить исходные данные для расчета:
ГДЕ ВЗЯТЬ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ?
Исходные данные для расчета вы можете взять:
ПОДРОБНЕЕ ОБ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ:
1. Температура на входе и выходе обоих контуров.
К примеру, в устройствах для котла, входная температура не может превышать 55°С, а разница температур (LMTD) — 10°С. И, чем выше разница – тем компактней и дешевле оборудование.
2. Максимально допустимая рабочая температура, давление среды.
Определяются проектом и влияют на стоимость пластинчатого теплообменника (чем ниже эти параметры, тем меньше цена на оборудование).
3. Массовый расход (m) рабочей среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч).
Другими словами – это пропускная способность агрегата. Зачастую известен только объемный расход воды (измеряется в м3/ч, л/мин), которым, к примеру, может быть параметр, указанный на уже купленном гидравлическом насосе. Чтобы вычислить массовый расход, потребуется умножить объемную пропускную способность на плотность рабочей среды (для холодной воды из центральной сети она равна 0.99913 и может изменяться, в зависимости от температуры).
4. Тепловая мощность (Р, кВт).
Характеризует количество тепла, которое должно быть отдано теплообменником. Если все перечисленные выше параметры известны, то тепловая нагрузка легко определяется по формуле:
P = m * cp *δt, где m – расход среды, cp – удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, равна 4,182 кДж/(кг *°C)), δt – температурная разность на входе и выходе одного контура (t1 — t2).
5. Дополнительные характеристики.
При заполнении опросного листа на расчет теплообменника желательно указать и ряд дополнительных характеристик:
Любая из перечисленных характеристик может существенно повлиять на конструкцию и цену пластинчатого теплообменника. А цель теплотехнического расчета – подбор оптимальной площади теплопередачи будущего оборудования (и, соответственно, количества пластин).
СКОЛЬКО ВРЕМЕНИ ЗАЙМЕТ РАСЧЕТ?
Программный расчет стоимости теплообменника будет сделан на основании полученных исходных данных.
Коммерческое предложение с ценой и техническим расчетом будет отправлено Вам в течении 24 часов.
РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
При расчете оборудования используются базовые знания о законах теплообмена, в частности удельная теплота химических и фазовых превращений, удельное теплосодержание (количество тепла, необходимое для нагрева одного килограмма вещества от ОС0 до заданной t0) и теплоемкость (количество тепла, необходимое для нагрева на 1С0 1-го килограмма вещества).
Все агрегаты характеризуются параметрами, необходимыми для качественного расчета, так в частности:
1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПТО ВЫЧИСЛЯЕТСЯ СОГЛАСНО ФОРМУЛЕ:
Как правило, на практике данные значения не превышают показателей 80-85%.
2. РАСХОДЫ ЧЕРЕЗ ТЕПЛООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
С обеих сторон агрегата имеются 2-а независимых друг от друга контура, что позволяет предположить, что расходы каждого из контуров могут быть разными. Для того чтобы вычислить расходы, необходимо определить количество тепловой энергии, требуемое для отопления 2-го контура. Возьмем,например, 10 кВт. Далее необходимо вычислить площадь пластин, необходимую для теплопередачи. Это делается по формуле:
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
Тепловой расчет ПТО производится в следующей последовательности:
1. соотношение количества ходов для нагреваемой Х2 и греющей Х1 для пластинчатого теплообменника высчитывается согласно формуле:
В случае, когда соотношение ходов не превышает показатель 2, то для эффективного теплообмена (повышение скорости среды) целесообразно применить симметричную комплектацию.
2. При расчете необходимая скорость жидкости в каналах должна соответствовать ГОСТу-15515. По оптимальной скорости определяется требуемое количество каналов по нагреваемой среде:
где fk – сечение 1-го межпластинчатого канала.
3. Комплектация водонагревателя симметрична, иными словами мгр. = мнагр. Определяется общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей/нагреваемой среды согласно формуле:
В таблице нужно выбрать необходимый типоразмер устройства:
4. Далее необходимо найти фактическую скорость нагреваемой и греющей воды в агрегате:
5. По формуле определите коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки:
— где A – это коэффициент, который зависит от типа пластин.6. Коэффициент тепловосприятия стенок пластины к нагреваемой жидкости рассчитывается по формуле:
7. Коэффициент теплопередачи рассчитывается исходя из формулы:
8. Оптимальная поверхность нагрева определяется по формуле:
9. Количество ходов вычисляется по формуле:
10. Реальная поверхность нагрева вычисляется по формуле:
11. Потеря давления вычисляется согласно формулам:
Очевидно, что при равных показателях температуры теплоносителя и значении теплового потока, можно подобрать пластинчатые теплообменники различного типоразмера с равным количеством пластин и существенно отличающимся расчетным коэффициентом теплопередачи (Ко). Параметры Ко зачастую зависят от величины допустимого перепада давления. Из этого следует, что теплообменник с расчетным коэффициентом теплопередачи 6500 Вт/(м2*°С) будет иметь в 1.85 раза большую поверхность, нежели агрегат срасчетным коэффициентом теплопередачи 3500 Вт/(м2*°С). При этом стоимость первого теплообменного устройства будет примерно в 1.5 раза ниже.
Расчет теплообменника: пример. Расчет площади, мощности теплообменника
Расчет теплообменника в настоящее время занимает не более пяти минут. Любая организация, производящая и продающая такое оборудование, как правило, предоставляет всем желающим свою собственную программу подбора. Ее можно бесплатно скачать с сайта компании, либо их технический специалист приедет к вам в офис и бесплатно её установит. Однако насколько корректен результат таких расчетов, можно ли ему доверять и не лукавит ли производитель, сражаясь в тендере со своими конкурентами? Проверка электронного калькулятора требует наличия знаний или как минимум понимания методики расчета современных теплообменников. Попробуем разобраться в деталях.
Что такое теплообменник
Прежде чем выполнять расчет теплообменника, давайте вспомним, а что же это за устройство такое? Тепломассообменный аппарат (он же теплообменник, он же теплообменный аппарат, или ТОА) — это устройство для передачи теплоты от одного теплоносителя другому. В процессе изменения температур теплоносителей меняются также их плотности и, соответственно, массовые показатели веществ. Именно поэтому такие процессы называют тепломассообменными.
Main menu
Здравствуйте! Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителями и твердыми телами (насадкой, стенкой). Роль теплоносителя может выполнять и среда, окружающая аппарат. По своему назначению и конструктивному оформлению теплообменники могут быть самыми различными, начиная от простейшего (радиатор) и кончая наиболее совершенным (котельный агрегат). По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.
Рекуперативными называют аппараты, в которых одновременно протекают горячий и холодный теплоносители, разделенные между собой твердой стенкой. К числу таких аппаратов относятся подогреватели, котельные агрегаты, конденсаторы, выпарные аппараты и др.
Регенеративными называют аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева попеременно омывается то горячей, то холодной жидкостью. При этом теплота, аккумулированная стенками аппарата при их взаимодействии с горячей жидкостью, отдается холодной жидкости. Примером регенеративных аппаратов являются воздухоподогреватели мартеновских и доменных печей, отопительные печи и др. В регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, тогда как рекуперативные аппараты большей частью работают при стационарном режиме.
Рекуперативные и регенеративные аппараты называют также поверхностными, так как процесс передачи теплоты в них неизбежно связан с поверхностью твердого тела.
Смесительными являются аппараты, в которых передача теплоты осуществляется при непосредственном смешивании горячей и холодной жидкости.
Взаимное движение теплоносителей в теплообменных аппаратах может быть различным (рис. 1.).
В зависимости от технологического назначения и конструктивных особенностей теплообменные аппараты подразделяются на водоподогреватели, конденсаторы, котельные агрегаты, испарители и др. Но общим является то, что все они служат для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому, поэтому и основные положения теплового расчета для них одинаковы. Разница может состоять только в конечной цели расчета. При проектировании нового теплообменного аппарата задачей расчета является определение поверхности нагрева; при поверочном тепловом расчете имеющегося теплообменника требуется найти количество переданной теплоты и конечные температуры рабочих жидкостей.
В основу теплового расчета в обоих случаях положены уравнения теплового баланса и уравнение теплопередачи.
Уравнение теплового баланса теплообменного аппарата имеет вид:
где М — массовый расход теплоносителя, кг/с; cpm — удельная массовая изобарная средняя теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг*°С).
Здесь и в дальнейшем индексом «1» обозначаются величины, относящиеся к горячей жидкости (первичный теплоноситель), а индексом «2» — к холодной жидкости (вторичный теплоноситель); штрих соответствует температуре жидкости на входе в аппарат, а два штриха — на выходе.
При расчете теплообменников часто пользуются понятием полной теплоемкости массового расхода теплоносителя (водяного эквивалента), равной С = Мср Вт/°С. Из выражения (1) следует, что
то есть отношение изменений температур однофазных теплоносителей обратно пропорционально отношению их полных расходных теплоемкостей (водяных эквивалентов).
Уравнение теплопередачи записывается так: Q=k*F*(t1—t2), где t1, t2— температуры первичного и вторичного теплоносителей; F — площадь поверхности теплопередачи.
При теплообмене в большинстве случаев изменяются температуры обоих теплоносителей и, следовательно, изменяется температурный напор Δt = t1—t2. Коэффициент теплопередачи по поверхности теплообмена также будет иметь переменную величину, поэтому в уравнение теплопередачи следует подставлять средние значения температурного напора Δtср и коэффициента теплопередачи kсp, то есть
Площадь теплообмена F рассчитывается по формуле (3), тепловая производительность Q при этом задается. Для решения задачи необходимо вычислить средний по всей поверхности коэффициент теплопередачи kсp и температурный напор Δtср.
При вычислении среднего температурного напора необходимо учитывать характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Из теории теплопроводности известно, что в пластине или цилиндрическом стержне при наличии разности температур на торцах (боковые поверхности изолированы) распределение температур по длине линейное. Если же на боковой поверхности имеет место теплообмен или система располагает внутренними источниками теплоты, то распределение температур является криволинейным. При равномерном распределении источников теплоты изменение температур по длине будет параболическим.
Таким образом, в теплообменных аппаратах характер изменения температур теплоносителей отличается от линейного и определяется полными теплоемкостями С1 и С2 массовых расходов теплоносителей и направлением их взаимного движения (рис. 2).
Из графиков видно, что изменение температуры вдоль поверхности F неодинаково. В соответствии с уравнением (2) большее изменение температуры будет у теплоносителя с меньшей теплоемкостью массового расхода. Если же теплоносители одинаковы, например, в водоводяном теплообменнике, то характер изменения температур теплоносителей будет всецело определяться их расходами, причем при меньшем расходе изменение температур будет большим. При прямотоке конечная температура t»2 нагреваемой среды всегда меньше температуры t»1 греющей среды на выходе из аппарата, а при противотоке конечная температура t»2 может быть выше температуры t»1 (см. для противотока случай, когда C1 > C2). Следовательно, при одинаковой начальной температуре нагреваемую среду при противотоке можно нагреть до более высокой температуры, чем при прямотоке.
При прямотоке температурный напор вдоль поверхности нагрева изменяется в большей степени, чем при противотоке. Вместе с тем среднее его значение в последнем случае больше, вследствие чего поверхность нагрева аппарата с противотоком будет меньшей. Таким образом, при равных условиях в этом случае будет передано большее количество теплоты. Исходя из этого, предпочтение следует отдавать аппаратам с противотоком.
В результате аналитического исследования теплообменного аппарата, работающего по схеме прямотока, установлено, что температурный напор вдоль поверхности теплообмена изменяется по экспоненциальному закону, поэтому средний температурный напор может быть вычислен по формуле:
где Δtб — большая разность температур между горячим и холодным теплоносителем (с одного края теплообменника); Δtм — меньшая разность температур (с другого края теплообменника).
При прямотоке Δtб = t’1 — t’2 и Δtм = t»1 — t»2 (рис. 2.). Эта формула справедлива также и для противотока с той лишь разницей, что для случая, когда С1 С2 Δtб = t»1 — t’2 и Δtм = t’1 — t»2.
Однако самый эффективный способ передачи теплоты — это теплопроводность, или, как её ещё называют, кондукция (от англ. conduction — «проводимость»). Любой инженер, собирающийся провести тепловой расчет теплообменника, прежде всего задумывается о том, чтобы выбрать эффективное оборудование в минимальных габаритах. И достичь этого удаётся именно за счет теплопроводности. Примером тому служат самые эффективные на сегодняшний день ТОА — пластинчатые теплообменники. Пластинчатый ТОА, согласно определению, — это теплообменный аппарат, передающий теплоту от одного теплоносителя другому через разделяющую их стенку. Максимально возможная площадь контакта между двумя средами в совокупности с верно подобранными материалами, профилем пластин и их толщиной позволяет минимизировать размеры выбираемого оборудования при сохранении исходных технических характеристик, необходимых в технологическом процессе.
Список литературы […]
Типы теплообменников
Прежде чем проводить расчет теплообменника, определяются с его типом. Все ТОА можно разделить на две большие группы: рекуперативные и регенеративные теплообменники. Основное отличие между ними заключается в следующем: в рекуперативных ТОА теплообмен происходит через разделяющую два теплоносителя стенку, а в регенеративных две среды имеют непосредственный контакт между собой, часто смешиваясь и требуя последующего разделения в специальных сепараторах. Регенеративные теплообменники подразделяются на смесительные и на теплообменники с насадкой (стационарной, падающей или промежуточной). Грубо говоря, ведро с горячей водой, выставленное на мороз, или стакан с горячим чаем, поставленный остужаться в холодильник (никогда так не делайте!) — это и есть пример такого смесительного ТОА. А наливая чай в блюдце и остужая его таким образом, мы получаем пример регенеративного теплообменника с насадкой (блюдце в этом примере играет роль насадки), которая сначала контактирует с окружающим воздухом и принимает его температуру, а потом отбирает часть теплоты от налитого в него горячего чая, стремясь привести обе среды в режим теплового равновесия. Однако, как мы уже выяснили ранее, эффективнее использовать теплопроводность для передачи теплоты от одной среды к другой, поэтому более полезные в плане теплопередачи (и широко используемые) ТОА на сегодняшний день – конечно же, рекуперативные.
Тепловой и конструктивный расчет
Любой расчет рекуперативного теплообменника можно провести на основе результатов теплового, гидравлического и прочностного вычислений. Они являются основополагающими, обязательны при проектировании нового оборудования и ложатся в основу методики расчета последующих моделей линейки однотипных аппаратов. Главной задачей теплового расчета ТОА является определение необходимой площади теплообменной поверхности для устойчивой работы теплообменника и поддержания необходимых параметров сред на выходе. Довольно часто при таких расчетах инженеры задаются произвольными значениями массогабаритных характеристик будущего оборудования (материал, диаметр труб, размеры пластин, геометрия пучка, тип и материал оребрения и др.), поэтому после теплового обычно проводят конструктивный расчет теплообменника. Ведь если на первой стадии инженер посчитал необходимую площадь поверхности при заданном диаметре трубы, например, 60 мм, и длина теплообменника при этом получилась порядка шестидесяти метров, то логичнее предположить переход к многоходовому теплообменнику, либо к кожухотрубному типу, либо увеличить диаметр трубок.
Специальные формулы
Расчет основывается на уравнении теплопередачи Q = F×k×Δt, где Q означает объем теплового потока (Вт), F — площадь поверхности в м2, k — коэффициент передаваемого тепла, а Δt — разность в показателях температур теплоносителей на входе и выходе из агрегата.
Чтобы вычислить площадь поверхности, используют формулу F=Q/k×Δt. Формула теплопередачи учитывает конструктивные особенности агрегата. Рассмотрев их, можно выделить значения t1 и t2, чтобы рассчитать F. Для вычислений используется формула Q=G1cp1(t1вх–t1вых)=G2cp2(t2вых–t2вх), где G1и G2 обозначают расход массы греющего и нагреваемого теплоносителя, cp1 и cp2 — удельную теплоемкость по нормативам. Обмениваясь энергией, теплоносители меняют температуру, поэтому t1вх и t1вых, t2вх и t2вых выводятся в проверочном расчете для сравнения с фактическими температурными показателями. Важно учесть коэффициент теплоотдачи среды и конструктивные особенности теплообменного оборудования. Детальный конструкторский расчет предполагает составление схемы теплообменных агрегатов, включая схему движения теплоносителя.
Стандартные размеры элементов и коэффициенты теплоотдачи учитывают в ГОСТах. Чтобы не ошибиться, можно ознакомиться с примерами расчетов для разных типов теплового оборудования. Простые подсчеты выполняются на онлайн-калькуляторе, куда вносятся соответствующие параметры. Для сложных систем понадобятся опыт и знания, а также потребуется соответствующее программное обеспечение. Избежать ошибок можно, если доверить проведение расчетов специалистам.
Гидравлический расчет
Гидравлические или гидромеханические, а также аэродинамические расчеты проводят с целью определить и оптимизировать гидравлические (аэродинамические) потери давления в теплообменнике, а также подсчитать энергетические затраты на их преодоление. Расчет любого тракта, канала или трубы для прохода теплоносителя ставит перед человеком первостепенную задачу — интенсифицировать процесс теплообмена на данном участке. То есть одна среда должна передать, а другая получить как можно больше тепла на минимальном промежутке его течения. Для этого часто применяют дополнительную поверхность теплообмена, в виде развитого оребрения поверхности (для отрыва пограничного ламинарного подслоя и усиления турбулизации потока). Оптимальное балансовое соотношение гидравлических потерь, площади теплообменной поверхности, массогабаритных характеристик и снимаемой тепловой мощности является результатом совокупности теплового, гидравлического и конструктивного расчета ТОА.
Что необходимо знать для осуществления расчета теплообменного оборудования?
Для того чтобы грамотно выполнить расчет теплообменника, нужно знать:
Кроме того, понадобятся при расчетах следующие характеристики:
Поверочный расчет
Поверочный расчет теплообменника проводят в случае, когда надо заложить запас по мощности либо по площади теплообменной поверхности. Поверхность резервируют по разным причинам и в разных ситуациях: если так требуется по техзаданию, если производитель решает внести дополнительный запас для того, чтобы быть точно уверенным в том, что такой теплообменник выйдет на режим, и минимизировать ошибки, допущенные при расчетах. В каких-то случаях резервирование требуется для округления результатов конструктивных размеров, в других же (испарители, экономайзеры) в расчет мощности теплообменника специально вводят запас по поверхности, на загрязнение компрессорным маслом, присутствующим в холодильном контуре. Да и низкое качество воды необходимо принимать во внимание. Через некоторое время бесперебойной работы теплообменников, особенно при высоких температурах, накипь оседает на теплообменной поверхности аппарата, снижая коэффициент теплопередачи и неминуемо приводя к паразитному снижению теплосъёма. Поэтому грамотный инженер, проводя расчет теплообменника «вода-вода», уделяет особое внимание дополнительному резервированию поверхности теплообмена. Поверочный расчет также проводят для того, чтобы посмотреть, как выбранное оборудование будет работать на иных, вторичных режимах. Например, в центральных кондиционерах (приточных установках) калориферы первого и второго подогрева, использующиеся в холодный период года, нередко задействуют и летом для охлаждения поступающего воздуха, подавая в трубки воздушного теплообменника холодную воду. Как они будут функционировать и какие будут выдавать параметры, позволяет оценить поверочный расчет.
Способы подбора теплообменника
Существует несколько вариантов подбора теплообменника:
Исследовательские расчеты
Исследовательские расчеты ТОА проводят на основе полученных результатов теплового и поверочного расчетов. Они необходимы, как правило, для внесения последних поправок в конструкцию проектируемого аппарата. Их также проводят с целью корректировки каких-либо уравнений, закладываемых в реализуемой расчетной модели ТОА, полученной эмпирическим путём (по экспериментальным данным). Выполнение исследовательских расчетов предполагает проведение десятков, а иногда и сотен вычислений по специальному плану, разработанному и внедрённому на производстве согласно математической теории планирования экспериментов. По результатам выявляют влияние различных условий и физических величин на показатели эффективности ТОА.
Применение
Устройства используют в системах отопления, ГВС и кондиционирования, различных отраслях промышленности: пищевой, химической, в энергетике, металлургии. С их помощью можно реализовать эффективные инженерные решения в области отопления и горячего водоснабжения и на больших промышленных объектах, и в частных домах или квартирах.
Производители выпускают различные варианты: легко подобрать теплообменники для ГВС, отопления или другой системы в соответствии с конкретной задачей.
Другие расчеты
Выполняя расчет площади теплообменника, не стоит забывать и о сопротивлении материалов. Прочностные расчеты ТОА включают проверку проектируемого агрегата на напряжение, на кручение, на прикладывание максимально допустимых рабочих моментов к деталям и узлам будущего теплообменника. При минимальных габаритах изделие должно быть прочным, устойчивым и гарантировать безопасную работу в различных, даже самых напряженных условиях эксплуатации.
Динамический расчет проводится с целью определения различных характеристик теплообменного аппарата на переменных режимах его работы.
Дополнительные результаты моделирования
Изображения движения воздуха по вариантам
Производительность и эффективность теплообменников разной формы
Аэродинамическая характеристика для разных форм грунтового теплообменника
Потери на трение выше у теплообменников кольцо и серпантин. Это можно компенсировать добавлением подпорных вентиляторов.
Температура на выходе для разных форм грунтового теплообменника
У теплообменников кольцо и серпантин температура на выходе ближе к температуре грунта. Это значит более высокий КПД и большее количество получаемого от земли тепла.
Теплообменники «труба в трубе»
Рассмотрим самый простой расчет теплообменника «труба в трубе». Конструктивно данный тип ТОА максимально упрощен. Во внутреннюю трубу аппарата пускают, как правило, горячий теплоноситель, для минимизации потерь, а в кожух, или в наружную трубу, запускают охлаждающий теплоноситель. Задача инженера в этом случае сводится к определению длины такого теплообменника исходя из рассчитанной площади теплообменной поверхности и заданных диаметров.
Здесь стоит добавить, что в термодинамике вводится понятие идеального теплообменника, то есть аппарата бесконечной длины, где теплоносители работают в противотоке, и между ними полностью срабатывается температурный напор. Конструкция «труба в трубе» ближе всего удовлетворяет этим требованиям. И если запустить теплоносители в противотоке, то это будет так называемый «реальный противоток» (а не перекрёстный, как в пластинчатых ТОА). Температурный напор максимально эффективно срабатывается при такой организации движения. Однако выполняя расчет теплообменника «труба в трубе», следует быть реалистами и не забывать о логистической составляющей, а также об удобстве монтажа. Длина еврофуры — 13,5 метров, да и не все технические помещения приспособлены к заносу и монтажу оборудования такой длины.
Бактерии / Плесень
Рекомендации по снижению риска образования бактерий и плесени:
Кожухотрубные теплообменники
Поэтому очень часто расчет такого аппарата плавно перетекает в расчет кожухотрубного теплообменника. Это аппарат, в котором пучок труб находится в едином корпусе (кожухе), омываемым различными теплоносителями, в зависимости от назначения оборудования. В конденсаторах, например, хладагент запускают в кожух, а воду – в трубки. При таком способе движения сред удобнее и эффективнее контролировать работу аппарата. В испарителях, наоборот, хладагент кипит в трубках, а они при этом омываются охлаждаемой жидкостью (водой, рассолами, гликолями и др.). Поэтому расчет кожухотрубного теплообменника сводится к минимизации габаритов оборудования. Играя при этом диаметром кожуха, диаметром и количеством внутренних труб и длиной аппарата, инженер выходит на расчетное значение площади теплообменной поверхности.
Пример
На youtube канале Андрея Руднева показан пример реализации грунтового воздушного теплообменника <1>, <2>.
Грунтовый воздушный теплообменник
Данные
ПВХ трубы 200мм. Конфигурация по Тихельману с шагом 1м (Z-форма).
Поле укладки 11 Х 7м. Длина трубы 70м*. Глубина 1.5м. Стоимость 95тр под ключ.
Параметры эксплуатации
Тулица +24С, Т на входе +13С
Расход воздуха: автор указывает 330 м3/ч** <2>.
Рассматривая данный пример возникли вопросы:
Воздушные теплообменники
Один из самых распространённых на сегодняшний день теплообменных аппаратов – это трубчатые оребрённые теплообменники. Их ещё называют змеевиками. Где их только не устанавливают, начиная от фанкойлов (от англ. fan + coil, т.е. «вентилятор» + «змеевик») во внутренних блоках сплит-систем и заканчивая гигантскими рекуператорами дымовых газов (отбор теплоты от горячего дымового газа и передача его на нужды отопления) в котельных установках на ТЭЦ. Вот почему расчет змеевикового теплообменника зависит от того применения, куда этот теплообменник пойдёт в эксплуатацию. Промышленные воздухоохладители (ВОПы), устанавливаемые в камерах шоковой заморозки мяса, в морозильных камерах низких температур и на других объектах пищевого холодоснабжения, требуют определённых конструктивных особенностей в своём исполнении. Расстояния между ламелями (оребрением) должно быть максимальным, для увеличения времени непрерывной работы между циклами оттайки. Испарители для ЦОДов (центров обработки данных), наоборот, делают как можно более компактными, зажимая межламельные расстояния до минимума. Такие теплообменники работают в «чистых зонах», окруженные фильтрами тонкой очистки (вплоть до класса HEPA), поэтому такой расчет трубчатого теплообменника проводят с упором на минимизацию габаритов.
Пластинчатые теплообменники
В настоящее время стабильным спросом пользуются пластинчатые теплообменники. По своему конструктивному исполнению они бывают полностью разборными и полусварными, меднопаяными и никельпаяными, сварными и спаянными диффузионным методом (без припоя). Тепловой расчет пластинчатого теплообменника достаточно гибок и не представляет особой сложности для инженера. В процессе подбора можно играть типом пластин, глубиной штамповки каналов, типом оребрения, толщиной стали, разными материалами, а самое главное – многочисленными типоразмерными моделями аппаратов разных габаритов. Такие теплообменники бывают низкими и широкими (для парового нагрева воды) или высокими и узкими (разделительные теплообменники для систем кондиционирования). Их часто используют и под среды с фазовым переходом, то есть в качестве конденсаторов, испарителей, пароохладителей, предконденсаторов и т. д. Выполнить тепловой расчет теплообменника, работающего по двухфазной схеме, немного сложнее, чем теплообменника типа «жидкость-жидкость», однако для опытного инженера эта задача разрешима и не представляет особой сложности. Для облегчения таких расчетов современные проектировщики используют инженерные компьютерные базы, где можно найти много нужной информации, в том числе диаграммы состояния любого хладагента в любой развёртке, например, программу CoolPack.
Как рассчитать мощность теплообменника?
Расчет мощности теплообменника проводится в 2 этапа (рассмотрим на примере бассейна).
Первый этап подразумевает дополнительно расчет объема, а второй – производство вычислений по формуле:
Р = 1,16 x (Т1/Т2)/t x V, где:
Р — мощность конкретного теплообменника;
1,16 — примененный коэффициент;
Т1 — конечная температура для нагрева;
Т2 — температура воды (скажем, водопроводная должна нагреться не менее, чем на 15 С);
t — время, необходимое для нагрева (где-то 3-4 часа в нашем случае);
V — объем самого бассейна.
Произведя все предусмотренные действия, несложно определить требуемую мощность теплообменника, который нужен, чтобы вода, находящаяся в бассейне, грелась до необходимой температуры за какой-то определенный временной промежуток.
Далее требуется найти (по специальным каталогам, например) подходящий под произведенные расчеты теплообменник.
Перед реализацией обсуждаются возможности устройства. Затем сравниваются все показатели со значениями, указанными в технической документации к теплообменнику.
Так, в данном конкретном случае (с бассейном) ориентиром послужат параметры насоса для циркуляции воды.
Правильный расчет теплообменника под любые задачи могут выполнить специалисты нашей компании. Звоните в ООО «Сервис-ПТО» по телефонам,, и мы ответим на любые вопросы!