Lämmönvaihtimen laskeminen kestää tällä hetkellä enintään viisi minuuttia. Jokainen organisaatio, joka valmistaa ja myy tällaisia laitteita, tarjoaa pääsääntöisesti kaikille oman valintaohjelmansa. Voit ladata sen ilmaiseksi yrityksen verkkosivustolta, tai heidän teknikkonsa tulee toimistoosi ja asentaa sen ilmaiseksi. Kuinka oikea tällaisten laskelmien tulos on, onko siihen mahdollista luottaa ja eikö valmistaja ole ovela taistellessaan kilpailussa kilpailijoidensa kanssa? Elektronisen laskimen tarkistus edellyttää tietoa tai ainakin ymmärrystä nykyaikaisten lämmönvaihtimien laskentamenetelmistä. Yritetään selvittää yksityiskohdat.
Mikä on lämmönvaihdin
Muistakaamme ennen lämmönvaihtimen laskemista, millainen laite se on? Lämmön- ja massanvaihtolaite (alias lämmönvaihdin, alias lämmönvaihdin tai TOA) on laite lämmön siirtämiseksi lämmönsiirtimestä toiseen. Jäähdytysnesteen lämpötilaa muutettaessa muuttuu myös niiden tiheys ja vastaavasti aineiden massaindikaattorit. Siksi tällaisia prosesseja kutsutaan lämmön ja massansiirroksi.
Päävalikko
Hei! Lämmönvaihdin on laite, jossa lämmönvaihto tapahtuu kahden tai useamman lämmönsiirtimen tai lämmönsiirtimien ja kiinteiden aineiden (suutin, seinä) välillä. Jäähdytysnesteen rooli voi olla myös laitetta ympäröivässä ympäristössä. Tarkoituksensa ja suunnittelunsa mukaan lämmönvaihtimet voivat olla hyvin erilaisia, aina yksinkertaisimmasta (jäähdytin) edistyneimpään (kattilayksikkö). Toimintaperiaatteen mukaan lämmönvaihtimet jaetaan rekuperatiivisiin, regeneratiivisiin ja sekoituksiin.
Parannuslaitteita kutsutaan laitteiksi, joissa kuuma ja kylmä lämmönsiirtoaineet virtaavat samanaikaisesti kiinteällä seinällä erotettuna. Näitä laitteita ovat lämmittimet, kattilayksiköt, lauhduttimet, höyrystimet jne.
Laitteita, joissa sama lämmityspinta pestään vuorotellen kuumalla ja kylmällä nesteellä, kutsutaan regeneratiivisiksi. Tällöin laitteen seinien kertynyt lämpö niiden vuorovaikutuksessa kuuman nesteen kanssa annetaan kylmälle nesteelle. Esimerkki regeneratiivisista laitteista ovat avotulen ja masuunin ilmalämmittimet, lämmitysuunit jne. Regeneraattoreissa lämmönvaihto tapahtuu aina ei-kiinteissä olosuhteissa, kun taas rekuperatiiviset laitteet toimivat enimmäkseen kiinteässä tilassa.
Rekuperatiivisia ja regeneratiivisia laitteita kutsutaan myös pinnoiksi, koska lämmönsiirtoprosessi niissä liittyy väistämättä kiinteän aineen pintaan.
Sekoittimet ovat laitteita, joissa lämmönsiirto tapahtuu suoraan sekoittamalla kuumia ja kylmiä nesteitä.
Lämmönsiirtimien keskinäinen liike lämmönvaihtimissa voi olla erilainen (kuva 1.).
Tästä riippuen tehdään ero laitteiden välillä, joissa on suora virtaus, vastavirta, ristivirta ja monimutkainen lämmönsiirtosuuntien (sekavirta) liike. Jos jäähdytysnesteet virtaavat yhdensuuntaisesti yhteen suuntaan, niin sellaista liikkumismallia kutsutaan eteenpäin virtaukseksi (kuva 1.). Vastavirtauksen yhteydessä jäähdytysnesteet liikkuvat rinnakkain, mutta toisiaan kohti. Jos nesteiden liikesuunnat leikkaavat, niin liikkumismallia kutsutaan ristivirtaukseksi. Nimettyjen järjestelmien lisäksi käytännössä käytetään myös monimutkaisempia: samanaikainen eteenpäin virtaus ja vastavirta, useita poikittaisvirta jne.
Lämmönvaihtimet jaetaan teknisestä tarkoituksesta ja suunnitteluominaisuuksista riippuen vedenlämmittimiksi, lauhduttimiksi, kattilayksiköiksi, höyrystimiksi jne. Mutta yhteistä on, että ne kaikki käyttävät lämmön siirtämistä lämmönsiirtimestä toiseen, joten perussäännökset lämpölaskennan arvot ovat samat heille .... Ero voi olla vain ratkaisun lopullinen tarkoitus. Uutta lämmönvaihdinta suunniteltaessa laskentatehtävä on määrittää lämmityspinta; olemassa olevan lämmönvaihtimen varmennuslämpölaskennassa on löydettävä siirrettävän lämmön määrä ja käyttönesteiden lopulliset lämpötilat.
Lämmön laskenta perustuu molemmissa tapauksissa lämpötaseyhtälöihin ja lämmönsiirtoyhtälöön.
Lämmönvaihtimen lämpötaseyhtälöllä on muoto:
missä M on jäähdytysnesteen massavirta, kg / s; cpm - jäähdytysnesteen spesifinen isobaarisen massan keskimääräinen lämpökapasiteetti, J / (kg * ° С).
Tämän jälkeen alaindeksi "1" merkitsee arvoja, jotka liittyvät kuumaan nesteeseen (ensisijainen lämmönsiirtoaine) ja alaindeksi "2" - kylmään nesteeseen (toissijainen lämmönsiirtoaine); linja vastaa nesteen lämpötilaa laitteen sisääntulossa ja kahta linjaa - poistoaukossa.
Lämmönvaihtimia laskettaessa käytetään usein lämmönsiirtimen massavirran (vesiekvivalentti) kokonaislämpökapasiteetin käsitettä, joka on yhtä suuri kuin C = Mav W / ° C. Lausekkeesta (1) seuraa, että
toisin sanoen yksivaiheisten lämmönsiirtonesteiden lämpötilamuutosten suhde on kääntäen verrannollinen niiden kokonaiskulutuslämpökapasiteettien (vesiekvivalenttien) suhteeseen.
Lämmönsiirtoyhtälö kirjoitetaan seuraavasti: Q = k * F * (t1 - t2), missä t1, t2 ovat primaaristen ja sekundaaristen lämmönsiirtolaitteiden lämpötilat; F on lämmönsiirtopinta-ala.
Lämmönvaihdon aikana useimmissa tapauksissa molempien lämmönsiirtolaitteiden lämpötilat muuttuvat ja siten lämpötilan pää Δt = t1 - t2 muuttuu. Lämmönsiirtokertoimella lämmönvaihtopinnalla on myös vaihteleva arvo, joten lämpötilaeron Atav ja lämmönsiirtokertoimen kcp keskiarvot tulisi korvata lämmönsiirtoyhtälöön, ts.
Q = kсp * F * Δtcp (3)
Lämmönvaihtopinta-ala F lasketaan kaavalla (3), samalla kun lämpöteho Q määritetään. Ongelman ratkaisemiseksi on tarpeen laskea lämmönsiirtokerroin keskiarvona koko pinnalle kp ja lämpötilapäälle Atav.
Keskimääräistä lämpötilaeroa laskettaessa on otettava huomioon lämmönsiirtopintojen lämpötilamuutosten luonne. Lämmönjohtavuuden teoriasta tiedetään, että levyssä tai sylinterimäisessä sauvassa, jos päissä on lämpötilaero (sivupinnat on eristetty), lämpötilajakauma pituudella on lineaarinen. Jos lämmönvaihto tapahtuu sivupinnalla tai järjestelmässä on sisäisiä lämmönlähteitä, lämpötilajakauma on kaareva. Lämmönlähteiden tasaisella jakautumisella lämpötilan muutos pituudelta on parabolista.
Siten lämmönvaihtimissa lämmönsiirtimien lämpötilan muutoksen luonne eroaa lineaarisesta ja se määräytyy lämmönsiirtimien massavirtausten kokonaislämmönkapasiteetin C1 ja C2 sekä niiden keskinäisen liikkeen suunnan mukaan (Kuva 2).
Kaavioista voidaan nähdä, että lämpötilan muutos pinnan F suhteen ei ole sama. Yhtälön (2) mukaisesti, sitä suurempi lämpötilan muutos tapahtuu lämmönsiirtimelle, jolla on pienempi massavirtauksen lämpökapasiteetti. Jos jäähdytysnesteet ovat samat, esimerkiksi vesi-vesi-lämmönvaihtimessa, jäähdytysnesteen lämpötilan muutoksen luonne määräytyy kokonaan niiden virtausnopeuksien avulla ja pienemmällä virtausnopeudella lämpötila muutos on suuri.Samanaikaisella virtauksella lämmitetyn väliaineen lopullinen lämpötila t "2 on aina pienempi kuin lämmitysvälineen lämpötila t" 1 laitteen ulostulossa, ja vastavirtauksen kanssa loppulämpötila t "2 voi olla korkeampi kuin lämpötila t "1 (katso tapauksen vastavirta, kun C1> C2). Näin ollen samassa alkulämpötilassa vastavirta- virtauksella lämmitettävä väliaine voidaan lämmittää korkeampaan lämpötilaan kuin rinnakkaisvirtauksella.
Samanaikaisella virtauksella lämpötilan pää lämmityspintaa pitkin muuttuu enemmän kuin vastavirtauksella. Samanaikaisesti sen keskimääräinen arvo jälkimmäisessä tapauksessa on suurempi, minkä seurauksena laitteen vastavirtauksella lämmitettävä pinta on pienempi. Täten tässä tapauksessa siirtyy enemmän lämpöä yhtäläisissä olosuhteissa. Tämän perusteella olisi annettava etusija laitteille, joissa on vastavirta.
Suoravirtauskaavion mukaan toimivan lämmönvaihtimen analyyttisen tutkimuksen tuloksena todettiin, että lämpötilan pää lämmönvaihtopinnalla muuttuu eksponentiaalisesti, joten keskilämpötilapää voidaan laskea kaavalla:
missä Δtb on suuri lämpötilaero kuuman ja kylmän lämmönsiirtimen välillä (lämmönvaihtimen toisesta päästä); Δtm - pienempi lämpötilaero (lämmönvaihtimen toisesta päästä).
Eteenpäin suuntautuvalla virtauksella Δtb = t'1 - t'2 ja Δtm = t "1 - t" 2 (kuva 2.). Tämä kaava pätee myös vastavirtaan sillä ainoalla erolla, että tapauksessa, jossa C1
Kaavan (4) avulla laskettua kahden väliaineen keskimääräistä lämpötilaeroa kutsutaan logaritmiseksi keskiarvoksi. lämpötilan pää. Lausekkeen muoto johtuu lämpötilan muutoksen luonteesta lämmityspintaa pitkin (kaareva riippuvuus). Jos riippuvuus oli lineaarinen, lämpötilapää tulisi määrittää aritmeettisena keskiarvona (kuva 3.). Pään aritmeettisen keskiarvon Δtа.av arvo on aina suurempi kuin logaritmisen keskiarvon Δtl.av. Kuitenkin tapauksissa, joissa lämpötilan pää lämmönvaihtimen pituudelta muuttuu merkityksettömästi, eli kun ehto Δtb / Δtm <2 täyttyy, keskimääräinen lämpötilaero voidaan laskea aritmeettisena keskiarvona:
Lämpötilaeron keskiarvoistaminen laitteille, joissa on ristivirta ja sekavirta, erotetaan laskelmien monimutkaisuudesta, joten useimmille yleisimmille kaavoille ratkaisujen tulokset annetaan yleensä kaavioina. Isp. Kirjallisuus: 1) Lämpötekniikan perusteet, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Minsk, toim. 2nd, "Higher school", 1976. 3) Lämpötekniikka, toim. 2, päätoimittajana. IN Sushkina, Moskova "Metallurgia", 1973.
Lämmönsiirron tyypit
Puhutaan nyt lämmönsiirtotyypeistä - niitä on vain kolme. Säteily - lämmön siirtyminen säteilyn kautta. Esimerkiksi voit ajatella aurinkoa rannalla lämpimänä kesäpäivänä. Ja tällaisia lämmönvaihtimia löytyy jopa markkinoilta (lamppuilmalämmittimet). Useimmiten kuitenkin ostamme asuintilojen, huoneistojen lämmitykseen öljy- tai sähköpatteria. Tämä on esimerkki toisesta lämmönsiirtotyypistä - konvektiosta. Konvektio voi olla luonnollinen, pakotettu (pakoputki ja laatikossa on rekuperaattori) tai mekaanisesti indusoitu (esimerkiksi tuulettimen kanssa). Jälkimmäinen tyyppi on paljon tehokkaampi.
Tehokkain tapa siirtää lämpöä on kuitenkin lämmönjohtavuus tai, kuten sitä kutsutaan, johtuminen (englanninkielisestä johtamisesta - "johtuminen"). Jokainen insinööri, joka aikoo suorittaa lämmönvaihtimen lämpölaskennan, miettii ensinnäkin tehokkaiden laitteiden valitsemista mahdollisimman pienissä mitoissa. Ja tämä saavutetaan juuri lämmönjohtavuuden ansiosta. Esimerkki tästä on tämän päivän tehokkain TOA - levylämmönvaihtimet. Levy TOA on määritelmän mukaan lämmönvaihdin, joka siirtää lämpöä jäähdytysnesteestä toiseen niitä erottavan seinän läpi. Kahden aineen suurin mahdollinen kosketuspinta yhdessä oikein valittujen materiaalien, levyjen profiilin ja paksuuden kanssa antaa sinun minimoida valitun laitteen koko säilyttäen samalla prosessin edellyttämät alkuperäiset tekniset ominaisuudet.
Lämmönvaihtimen tyypit
Ennen lämmönvaihtimen laskemista ne määritetään sen tyypillä. Kaikki TOA voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään: rekuperatiiviset ja regeneratiiviset lämmönvaihtimet. Suurin ero niiden välillä on seuraava: rekuperatiivisessa TOA: ssa lämmönvaihto tapahtuu seinän läpi, joka erottaa kaksi jäähdytysnestettä, ja regeneratiivisessa TOA: ssa nämä kaksi väliainetta ovat suorassa kosketuksessa toistensa kanssa, usein sekoittaen ja vaatien myöhempää erottamista erityisissä erottimissa. Regeneratiiviset lämmönvaihtimet on jaettu sekoitus- ja lämmönvaihtimiin, joissa on pakkaus (kiinteät, putoavat tai välituotteet). Karkeasti sanottuna ämpäri kuumaa vettä, joka on alttiina pakkaselle, tai lasillinen kuumaa teetä, joka asetetaan jääkaappiin jäähtymään (älä koskaan tee sitä!) On esimerkki tällaisesta TOA: n sekoittamisesta. Ja kaatamalla teetä lautanen ja jäähdyttämällä se tällä tavalla, saamme esimerkin regeneratiivisesta lämmönvaihtimesta, jossa on suutin (tässä esimerkissä lautanen on suuttimen rooli), joka ensin koskettaa ympäröivää ilmaa ja ottaa sen lämpötilan ja ottaa sitten osan lämmöstä siihen kaadetusta kuumasta teestä. Tavoitteena on saada molemmat väliaineet lämpötasapainoon. Kuitenkin, kuten olemme jo aiemmin todenneet, on tehokkaampaa käyttää lämmönjohtavuutta lämmön siirtämiseen väliaineesta toiseen, joten lämmönsiirron kannalta hyödyllisemmät (ja laajalti käytetyt) TOA: t ovat tietysti toipuva.
Lämmön määrän määrittäminen
Vakaan tilan aika- ja prosessiyksiköissä käytetty lämmönsiirtoyhtälö on seuraava:
Q = KFtcp (W)
Tässä yhtälössä:
- K on lämmönsiirtokertoimen arvo (ilmaistuna W / (m2 / K));
- tav - keskimääräinen lämpötilaindikaattorien ero eri lämmönsiirtimien välillä (arvo voidaan antaa sekä celsiusasteina (0С) että kelvineinä (K));
- F on sen pinta-alan arvo, jolle lämmönsiirto tapahtuu (arvo ilmoitetaan m2: nä).
Yhtälön avulla voit kuvata prosessin, jonka aikana lämpö siirtyy lämmönsiirtimien välillä (kuumasta kylmään). Yhtälössä otetaan huomioon:
- lämmönsiirto jäähdytysnesteestä (kuuma) seinälle;
- seinän lämmönjohtavuusparametrit;
- lämmönsiirto seinältä jäähdytysnesteeseen (kylmä).
Lämpö- ja rakenteellinen laskenta
Rekuperatiivisen lämmönvaihtimen kaikki laskelmat voidaan tehdä lämpö-, hydrauli- ja lujuuslaskelmien tulosten perusteella. Ne ovat perustavanlaatuisia, pakollisia uusien laitteiden suunnittelussa ja muodostavat perustan laskentamenetelmälle saman tyyppisten laitteiden myöhemmille malleille. TOA: n lämpölaskennan päätehtävänä on määrittää lämmönvaihtimen pinnan tarvittava alue lämmönvaihtimen vakaalle toiminnalle ja väliaineen vaadittujen parametrien ylläpitämiselle ulostulossa. Melko usein tällaisissa laskelmissa insinööreille annetaan mielivaltaiset arvot tulevien laitteiden massa- ja kokoominaisuuksille (materiaali, putken halkaisija, levykoot, palkin geometria, uimarungon tyyppi ja materiaali jne.), Siksi terminen, tehdään yleensä lämmönvaihtimen rakentava laskenta. Jos insinööri laskee ensimmäisessä vaiheessa vaaditun pinta-alan tietylle putken halkaisijalle, esimerkiksi 60 mm, ja lämmönvaihtimen pituus osoittautui siten noin kuusikymmentä metriä, on loogisempaa olettaa siirtyminen monipäästöiseen lämmönvaihtimeen tai kuori- ja putketyyppiin tai putkien halkaisijan lisäämiseksi.
Lämmönsiirtomekanismit lämmönvaihtimien laskennassa
Lämmönsiirron kolme päätyyppiä ovat konvektio, lämmönjohtavuus ja säteily.
Lämmönvaihtoprosesseissa, jotka etenevät lämmönjohtamismekanismin periaatteiden mukaisesti, lämpöenergia siirtyy elastisten atomien ja molekyylien värähtelyjen energiansiirron muodossa. Tämän energian siirtyminen erilaisten atomien välillä on suuntaan laskussa.
Lämpöenergian siirron ominaisuuksien laskeminen lämmönjohtavuusperiaatteen mukaisesti suoritetaan Fourier-lain mukaisesti
Lämpöenergian määrän laskemiseen käytetään tietoja pinta-alasta, lämmönjohtavuudesta, lämpötilagradientista, virtausajasta.Lämpötilagradientin käsite määritellään lämpötilan muutoksena lämmönsiirtosuuntaan yhdellä tai toisella pituusyksiköllä.
Lämmönjohtavuus on lämmönvaihtoprosessin nopeus, ts. minkä tahansa pintayksikön läpi kulkevan lämpöenergian määrä aikayksikköä kohti.
Kuten tiedätte, metalleille on ominaista korkein lämmönjohtokerroin verrattuna muihin materiaaleihin, mikä on otettava huomioon lämmönvaihtoprosessien laskennassa. Nesteiden osalta niiden lämmönjohtavuuskerroin on pääsääntöisesti suhteellisen alhaisempi kuin kiinteässä aggregaatiossa oleviin kappaleisiin.
On mahdollista laskea siirretyn lämpöenergian määrä lämmönvaihtimien laskemiseksi, jossa lämpöenergia siirtyy eri väliaineiden välillä seinän läpi, käyttämällä Fourier-yhtälöä. Se määritellään lämpöenergian määränä, joka kulkee tason läpi, jolle on tunnusomaista hyvin pieni paksuus:
Suoritettuamme matemaattisia operaatioita saadaan seuraava kaava
Voidaan päätellä, että lämpötilan lasku seinän sisällä tapahtuu suoraviivan lain mukaisesti.
Hydraulinen laskenta
Hydrauliset tai hydromekaaniset sekä aerodynaamiset laskelmat tehdään lämmönvaihtimen hydraulisten (aerodynaamisten) painehäviöiden määrittämiseksi ja optimoimiseksi sekä niiden voittamiseksi tarvittavien energiakustannusten laskemiseksi. Minkä tahansa polun, kanavan tai putken laskeminen jäähdytysnesteen kulkua varten on ensisijainen tehtävä ihmiselle - tehostaa lämmönsiirtoprosessia tällä alueella. Toisin sanoen yhden väliaineen tulisi siirtyä ja toisen tulisi saada mahdollisimman paljon lämpöä virtauksensa minimivälillä. Tätä varten käytetään usein ylimääräistä lämmönvaihtopintaa kehittyneen pintaraon muodossa (erottamaan laminaarinen alikerros ja tehostamaan virtauksen turbulisaatiota). Optimaalinen tasapainosuhde hydraulihäviöistä, lämmönvaihtopinta-alasta, painosta ja koosta sekä poistetusta lämpötehosta on seurausta TOA: n lämpö-, hydrauli- ja rakentavan laskennan yhdistelmästä.
Todentamislaskenta
Lämmönvaihdin lasketaan silloin, kun on tarpeen asettaa marginaali teholle tai lämmönvaihtopinnan alueelle. Pinta on varattu useista syistä ja eri tilanteissa: jos tämä vaaditaan käyttöohjeiden mukaan, jos valmistaja päättää lisätä ylimääräisen marginaalin varmistaakseen, että tällainen lämmönvaihdin otetaan käyttöön, ja minimoida laskelmissa tehdyt virheet. Joissakin tapauksissa redundanssia tarvitaan suunnittelumittojen tulosten pyöristämiseksi, toisissa (höyrystimet, ekonomaiserit) pintamarginaali lisätään erityisesti laskettaessa lämmönvaihtimen kapasiteettia jäähdytyspiirissä olevan kompressoriöljyn saastuttamiseksi. Ja veden heikko laatu on otettava huomioon. Jonkin ajan kuluttua lämmönvaihtimien keskeytymättömästä toiminnasta, erityisesti korkeissa lämpötiloissa, laitteen lämmönvaihtopinnalle laskeutuu asteikko, mikä vähentää lämmönsiirtokerrointa ja johtaa väistämättä lämmönpoiston parasiittiseen vähenemiseen. Siksi pätevä insinööri, kun lasketaan vesi-vesi-lämmönvaihdinta, kiinnittää erityistä huomiota lämmönvaihtopinnan ylimääräiseen redundanssiin. Todentamislaskenta suoritetaan myös sen selvittämiseksi, kuinka valittu laite toimii muissa toissijaisissa tiloissa. Esimerkiksi keski-ilmastointilaitteissa (ilmansyöttöyksiköissä) ensimmäistä ja toista lämmityslämmitintä, joita käytetään kylmänä vuodenaikana, käytetään usein kesällä saapuvan ilman jäähdyttämiseen syöttämällä kylmää vettä ilmalämmönvaihtimen putkiin.Kuinka ne toimivat ja mitkä parametrit he antavat, voit arvioida varmennuslaskentaa.
Laite ja toimintaperiaate
Lämmönvaihtolaitteita nykyaikaisilla markkinoilla on laaja valikoima.
Koko tämän sarjan tuotevalikoima voidaan jakaa kahteen tyyppiin, kuten:
- levyn aggregaatit;
- kuori- ja putkilaitteet.
Jälkimmäistä lajiketta alhaisen hyötysuhteensa ja suuren koonsa vuoksi ei melkein myydä markkinoilla. Levylämmönvaihdin koostuu identtisistä aallotetuista levyistä, jotka on kiinnitetty tukevaan metallirunkoon. Elementit sijaitsevat peilikuvana suhteessa toisiinsa, ja niiden välissä on teräs- ja kumitiivisteet. Hyödyllinen lämmönvaihtopinta-ala riippuu suoraan levyjen koosta ja lukumäärästä.
Levylaitteet voidaan jakaa kahteen alalajiin kokoonpanon perusteella, kuten:
- juotetut yksiköt;
- tiivistetyt lämmönvaihtimet.
Kokoontaitettavat laitteet eroavat juotettujen kokoonpanotyyppien tuotteista siinä, että laite voidaan päivittää ja mukauttaa henkilökohtaisiin tarpeisiin, kuten esimerkiksi lisätä tai poistaa tietty määrä levyjä. Tiivistetyt lämmönvaihtimet ovat kysyttyjä alueilla, joilla kotitalouksien tarpeisiin käytetään kovaa vettä, jonka ominaisuuksien vuoksi juoma ja erilaiset epäpuhtaudet kertyvät yksikön elementteihin. Nämä kasvaimet vaikuttavat haitallisesti laitteen tehokkuuteen, joten ne on puhdistettava säännöllisesti, ja niiden kokoonpanon ansiosta tämä on aina mahdollista.
Irrotettavat laitteet erotetaan seuraavista ominaisuuksista:
- korkea vastustuskyky korkeille paineille ja lämpötilan vaihteluille;
- pitkä käyttöikä;
- kevyt.
Juotetut kokoonpanot puhdistetaan purkamatta koko rakennetta.
Yksikön tyypin ja asennusvaihtoehdon laskemisen perusteella on erotettava kaksi lämmönvaihtimen tyyppiä lämmityksestä saatavaa kuumaa vettä varten.
- Sisäiset lämmönvaihtimet sijaitsevat itse lämmityslaitteissa - uuneissa, kattiloissa ja muissa. Tämän tyyppinen asennus antaa sinulle parhaan mahdollisen hyötysuhteen tuotteiden käytön aikana, koska lämpöhäviö kotelon lämmittämiseen on minimaalinen. Tällaiset laitteet on yleensä rakennettu kattilaan jo kattiloiden valmistusvaiheessa. Tämä helpottaa huomattavasti asennusta ja käyttöönottoa, koska sinun on vain säädettävä lämmönvaihtimen vaadittu käyttötapa.
- Ulkoiset lämmönvaihtimet on kytkettävä erikseen lämmönlähteestä. Tällaiset laitteet ovat merkityksellisiä käytettäväksi tapauksissa, joissa laitteen toiminta riippuu etälämmityslähteestä. Esimerkkinä talot, joissa on keskuslämmitys. Tässä suoritusmuodossa vettä lämmittävä kotitalousyksikkö toimii ulkoisena laitteena.
Kun otetaan huomioon materiaalityyppi, josta irtoaminen tehdään, on syytä korostaa seuraavia malleja:
- teräs lämmönvaihtimet;
- valuraudasta valmistetut laitteet.
Lisäksi kuparijuotetut järjestelmät erottuvat. Niitä käytetään kerrostalojen kaukolämmitykseen.
Seuraavia ominaisuuksia on pidettävä valurautalaitteiden ominaisuuksina:
- raaka-aine jäähtyy melko hitaasti, mikä säästää koko lämmitysjärjestelmän toimintaa;
- materiaalilla on korkea lämmönjohtavuus, kaikilla valurautatuotteilla on luontaisia ominaisuuksia, joissa se lämpenee hyvin nopeasti ja antaa lämpöä muille alkuaineille;
- raaka-aine on kestävä kalkin muodostumiselle pohjassa, lisäksi se kestää paremmin korroosiota;
- asentamalla lisäosia, voit lisätä yksikön tehoa ja toimivuutta kokonaisuutena;
- tästä materiaalista saatavia tuotteita voidaan kuljettaa osina, jakamalla se osiin, mikä helpottaa toimitusprosessia sekä lämmönvaihtimen asennusta ja huoltoa.
Suosittelemme, että tutustut: Kummalle puolelle höyrysulku asetetaan - DOLGOSTROI.PRO
Kuten kaikilla muilla tuotteilla, tällaisella riippuvaisella laitteella on seuraavat haitat:
- valurauta on tunnettu sen vähäisestä kestävyydestä terävissä lämpötilavaihteluissa, sellaiset ilmiöt voivat olla täynnä laitteeseen muodostuneita halkeamia, jotka vaikuttavat negatiivisesti lämmönvaihtimen suorituskykyyn;
- jopa suurikokoisilla valurautayksiköillä on erittäin hauras vaikutus, joten mekaaniset vauriot, erityisesti tuotteiden kuljetuksen aikana, voivat vahingoittaa sitä vakavasti;
- materiaali on altis kuivalle korroosiolle;
- laitteen suuri massa ja mitat vaikeuttavat toisinaan järjestelmän kehittämistä ja asennusta.
Teräslämmönvaihtimet kuumavesihuoltoon ovat merkittäviä seuraavista eduista:
- korkea lämmönjohtavuus;
- pieni massa tuotteita. Teräs ei tee järjestelmästä raskaampaa, joten tällaiset laitteet ovat paras vaihtoehto, kun tarvitaan lämmönvaihdinta, jonka tehtävänä on huoltaa suuri alue;
- teräsyksiköt kestävät mekaanista rasitusta;
- teräslämmönvaihdin ei reagoi lämpötilan vaihteluihin rakenteen sisällä;
- materiaalilla on hyvät kimmoisuusominaisuudet, mutta pitkäaikainen kosketus erittäin kuumennetun tai jäähdytetyn väliaineen kanssa voi johtaa halkeamien muodostumiseen hitsialueella.
Laitteiden haittoihin kuuluvat seuraavat ominaisuudet:
- alttius sähkökemialliselle korroosiolle. Siksi jatkuvassa kosketuksessa aggressiivisen ympäristön kanssa laitteen käyttöikä lyhenee merkittävästi;
- laitteilla ei ole kykyä lisätä työn tehokkuutta;
- teräsyksikkö menettää lämpöä erittäin nopeasti, mikä on täynnä polttoaineenkulutusta tuottavaan käyttöön;
- huono huollettavuus. Laitteen korjaaminen omin käsin on melkein mahdotonta.
- teräslämmönvaihtimen lopullinen kokoonpano suoritetaan sen työpajan olosuhteissa, jossa se valmistettiin. Yksiköt ovat suurikokoisia monoliittilohkoja, minkä vuoksi niiden toimituksessa on vaikeuksia.
Jotkut valmistajat, teräksen lämmönvaihtimien laadun parantamiseksi, peittävät sen sisäseinät valuraudalla, mikä lisää rakenteen luotettavuutta.
Nykyaikaiset lämmönvaihtimet ovat yksiköitä, joiden toiminta perustuu erilaisiin periaatteisiin:
- kastelu;
- upotettava;
- juotettu;
- pinnallinen;
- kokoontaitettava;
- uurrettu lamellaarinen;
- sekoittaminen;
- kuori ja putki ja muut.
Kuumavesiveden ja lämmityksen levylämmönvaihtimet eroavat kuitenkin suotuisasti monista muista. Nämä ovat läpivirtauslämmittimiä. Asennukset ovat sarja levyjä, joiden väliin muodostuu kaksi kanavaa: kuuma ja kylmä. Ne on erotettu teräs- ja kumitiivisteellä, joten väliaineen sekoittuminen poistuu.
Levyt kootaan yhteen lohkoon. Tämä tekijä määrittää laitteen toimivuuden. Levyt ovat kooltaan samanlaisia, mutta sijaitsevat 180 asteen käännöksessä, mikä on syy onteloiden muodostumiseen, joiden läpi nesteitä kuljetetaan. Näin muodostuu kylmien ja kuumien kanavien vuorottelu ja lämmönvaihtoprosessi.
Kierrätys tämän tyyppisissä laitteissa on intensiivistä. Lämmönvaihtimen käyttöolosuhteet käyttöveden syöttöjärjestelmissä riippuvat tiivisteiden materiaalista, levyjen lukumäärästä, koosta ja tyypistä. Kuumavettä valmistavat laitokset on varustettu kahdella piirillä: yksi käyttövettä varten, toinen tilan lämmitykseen. Levykoneet ovat turvallisia, tuottavia ja niitä käytetään seuraavilla alueilla:
- lämmönsiirtimen valmistus kuuman veden syöttö-, ilmanvaihto- ja lämmitysjärjestelmissä;
- elintarvikkeiden ja teollisuusöljyjen jäähdytys;
- kuumavesihuolto suihkussa yrityksissä;
- lämmönsiirtimen valmistamiseksi lattialämmitysjärjestelmissä;
- lämmönkantajan valmistamiseksi elintarvike-, kemian- ja lääketeollisuudessa;
- altaan veden lämmitys ja muut lämmönvaihtoprosessit.
Tutkimuslaskelmat
TOA: n tutkimuslaskelmat suoritetaan saatujen lämpö- ja todentamislaskelmien tulosten perusteella. Yleensä ne ovat välttämättömiä uusimpien muutosten tekemiseksi projisoidun laitteen suunnitteluun. Ne suoritetaan myös toteutetun TOA-laskentamallin empiirisesti saatujen yhtälöiden korjaamiseksi (kokeellisten tietojen mukaan). Tutkimuslaskelmien tekemiseen liittyy kymmeniä, ja toisinaan satoja laskelmia erikoissuunnitelman mukaan, joka on kehitetty ja toteutettu tuotannossa kokeiden suunnittelun matemaattisen teorian mukaisesti. Tulosten mukaan eri olosuhteiden ja fyysisten suureiden vaikutus TOA: n suorituskykyindikaattoreihin paljastuu.
Muut laskelmat
Laskettaessa lämmönvaihtimen pinta-alaa, älä unohda materiaalien kestävyyttä. TOA-voimalaskelmiin sisältyy suunnitellun yksikön jännityksen, vääntymisen ja suurimpien sallittujen käyttömomenttien soveltamisen tarkastaminen tulevan lämmönvaihtimen osiin ja kokoonpanoihin. Pienillä mitoilla tuotteen on oltava kestävä, vakaa ja taattava turvallinen käyttö erilaisissa vaikeimmissakin käyttöolosuhteissa.
Dynaaminen laskenta suoritetaan lämmönvaihtimen eri ominaisuuksien määrittämiseksi vaihtelevissa toimintatiloissa.
Putki-putki-lämmönvaihtimet
Tarkastellaan yksinkertaisin laskelma putki-putki-lämmönvaihtimesta. Rakenteellisesti tämän tyyppinen TOA yksinkertaistetaan mahdollisimman paljon. Yleensä kuuma jäähdytysneste päästetään laitteen sisempään putkeen häviöiden minimoimiseksi ja jäähdytysjäähdytysneste johdetaan koteloon tai ulkoputkeen. Insinöörin tehtävä tässä tapauksessa supistuu määrittämään tällaisen lämmönvaihtimen pituus lämmönvaihtopinnan lasketun alueen ja annettujen halkaisijoiden perusteella.
Olisi lisättävä, että ihanteellisen lämmönvaihtimen käsite otetaan käyttöön termodynamiikassa, eli äärettömän pitkässä laitteessa, jossa jäähdytysnesteet toimivat vastavirtaan ja lämpötilaero eroaa niiden välillä kokonaan. Putki putkessa -rakenne on lähinnä näiden vaatimusten täyttämistä. Ja jos syötät jäähdytysnesteitä vastavirtaan, niin se on niin kutsuttu "todellinen vastavirta" (eikä ristivirtaus, kuten levyssä TOA). Lämpötilapää laukaistaan tehokkaimmin tällaisella liikkeen organisoinnilla. Laskettaessa putki putkessa -lämmönvaihdinta on kuitenkin oltava realistinen, unohtamatta logistiikkakomponenttia sekä asennuksen helppoutta. Eurotruckin pituus on 13,5 metriä, eikä kaikkia teknisiä huoneita ole mukautettu tämän pituisten laitteiden luistamiseen ja asentamiseen.
Kuinka lasketaan lämmönvaihdin
Kelan lämmönvaihdin on välttämätöntä laskea, muuten sen lämpöteho ei välttämättä riitä huoneen lämmittämiseen. Lämmitysjärjestelmä on suunniteltu kompensoimaan lämpöhäviöt. Vastaavasti voimme selvittää tarvittavan lämpöenergian tarkan määrän vain rakennuksen lämpöhäviön perusteella. Laskutoimitusten tekeminen on melko vaikeaa, joten keskimäärin ne ottavat 100 W / 1 neliömetri ja kattokorkeus 2,7 m.
Kääntymien välillä on oltava rako.
Laskennassa vaaditaan myös seuraavat arvot:
- Pi;
- käytettävissä olevan putken halkaisija (ota 10 mm);
- metallin lambda-lämmönjohtavuus (kuparille 401 W / m * K);
- jäähdytysnesteen meno- ja paluulämpötilan delta (20 astetta).
Putken pituuden määrittämiseksi sinun on jaettava kokonaislämpöteho W: ssä yllä olevien tekijöiden tulolla.Harkitaanpa esimerkkiä kuparilämmönvaihtimesta, jonka vaadittu lämpöteho on 3 kW - tämä on 3000 W.
3000 / 3,14 (Pi) * 401 (lämmönjohtavuus lambda) * 20 (lämpötilan delta) * 0,01 (putken halkaisija metreinä)
Tästä laskelmasta käy ilmi, että tarvitset 11,91 m kupariputkea, jonka halkaisija on 10 mm, jotta kelan lämmöntuotto olisi 3 kW.
Kuori- ja putkilämmönvaihtimet
Siksi tällaisen laitteen laskenta virtaa hyvin usein kuori- ja putkilämmönvaihtimen laskentaan. Tämä on laite, jossa putkipaketti on sijoitettu yhteen koteloon (koteloon), jota pestään erilaisilla jäähdytysnesteillä laitteen käyttötarkoituksesta riippuen. Esimerkiksi lauhduttimissa kylmäaine johdetaan vaippaan ja vesi putkiin. Tällä väliaineen siirtomenetelmällä on helpompaa ja tehokkaampaa ohjata laitteen toimintaa. Höyrystimissä päinvastoin kylmäaine kiehuu putkissa, ja samalla ne pestään jäähdytetyllä nesteellä (vesi, suolavedet, glykolit jne.). Siksi kuoren ja putken lämmönvaihtimen laskenta pienenee laitteen koon minimoimiseksi. Toistettaessa kotelon halkaisijaa, sisäputkien halkaisijaa ja lukumäärää sekä laitteen pituutta insinööri saavuttaa lämmönvaihtopinnan pinta-alan lasketun arvon.
Ilmalämmönvaihtimet
Yksi yleisimmistä lämmönvaihtimista on nykyään putkimainen lämmönvaihdin. Niitä kutsutaan myös keloiksi. Missä tahansa niitä ei ole asennettu, alkaen puhallinkonvektoriyksiköistä (englantilaisesta tuulettimesta + kela, ts. "Puhallin" + "kela") split-järjestelmien sisäisiin lohkoihin ja päättyen jättimäisiin savukaasujen talteenottolaitteisiin (lämmön poisto kuumasta savukaasusta ja siirtää lämmitykseen) CHP: n kattilalaitoksissa. Siksi kelan lämmönvaihtimen suunnittelu riippuu sovelluksesta, jossa lämmönvaihdin otetaan käyttöön. Teollisuuden ilmanjäähdyttimet (VOP: t), jotka on asennettu lihan suurpakastuskammioihin, matalien lämpötilojen pakastimiin ja muihin elintarvikkeiden jäähdytysobjekteihin, edellyttävät tiettyjä suunnitteluominaisuuksia. Lamellien (evien) välisen etäisyyden tulisi olla mahdollisimman suuri, jotta sulatusjaksojen välinen jatkuva toiminta-aika kasvaa. Datakeskusten (tietojenkäsittelykeskusten) höyrystimet on päinvastoin tehty mahdollisimman pienikokoisiksi, kiinnittämällä etäisyys minimiin. Tällaiset lämmönvaihtimet toimivat "puhtailla vyöhykkeillä", joita ympäröivät hienosuodattimet (HEPA-luokkaan saakka), joten putkimainen lämmönvaihdin lasketaan siten, että painotetaan koon minimointia.
Käämin lämmönvaihtimien tyypit
Lämmitetty pyyhekuivain on myös kelan lämmönvaihdin.
Voit valmistaa kelan omin käsin eri malleista ja useista metallityypeistä (teräs, kupari, alumiini, valurauta). Alumiini- ja valurautatuotteet leimataan tehtaissa, koska vaaditut olosuhteet näiden metallien kanssa voidaan saavuttaa vain tuotanto-olosuhteissa. Ilman tätä on mahdollista työskennellä vain teräksen tai kuparin kanssa. Parasta on käyttää kuparia, koska se on muokattavaa ja sillä on korkea lämmönjohtavuus. Kelan valmistamiseksi on kaksi mallia:
- ruuvi;
- rinnakkain.
Kierukkamalli tarkoittaa spiraalikierrosten sijaintia kierukkaviivaa pitkin. Tällaisten lämmönvaihtimien jäähdytysneste liikkuu yhteen suuntaan. Tarvittaessa lämmöntuotannon lisäämiseksi voidaan yhdistää useita spiraaleja "putki putkessa" -periaatteen mukaisesti.
Lämpöhäviön minimoimiseksi mahdollisimman paljon on valittava, millainen eristys talon eristämiseksi parhaiten ulkopuolelta. Se riippuu myös seinien materiaalista.
Puutalolle on valittava eristys lämmöneristyksen höyrynläpäisevyyden perusteella.
Rinnakkaispiirissä jäähdytysneste muuttaa jatkuvasti liikesuuntaan. Tällainen lämmönvaihdin on valmistettu suorista putkista, jotka on yhdistetty 180 asteen kulmalla.Joissakin tapauksissa, esimerkiksi lämmitysrekisterin valmistuksessa, ei saa käyttää kääntyviä polvia. Niiden sijaan asennetaan suora ohitus, joka voidaan sijoittaa sekä putken yhteen että molempiin päihin.
Lämmönsiirtomenetelmät
Käämin lämmönvaihtimen toimintaperiaate on yhden aineen lämmittäminen toisen lämmön kustannuksella. Siten lämmönvaihtimen vesi voidaan lämmittää avotulella. Tässä tapauksessa se toimii jäähdytyselementtinä. Mutta myös kela itse voi toimia lämmönlähteenä. Esimerkiksi, kun jäähdytysneste virtaa putkien läpi, lämmitetään kattilassa tai sisäänrakennetun sähköisen lämmityselementin avulla, ja sen lämpö siirtyy veteen lämmitysjärjestelmästä. Pohjimmiltaan lämmönsiirron lopullinen tarkoitus on lämmittää sisäilmaa.
Levylämmönvaihtimet
Tällä hetkellä levylämmönvaihtimilla on vakaa kysyntä. Suunnittelunsa mukaan ne ovat täysin kokoontaitettavia ja puol hitsattuja, kupari- ja nikkelijuotettuja, hitsattuja ja juotettuja diffuusiomenetelmällä (ilman juotetta). Levylämmönvaihtimen lämpörakenne on riittävän joustava, eikä se ole erityisen vaikeaa insinöörille. Valintaprosessissa voit leikkiä levytyypillä, kanavien lävistyssyvyydellä, uritustyypillä, teräksen paksuudella, erilaisilla materiaaleilla ja mikä tärkeintä - lukuisilla eri kokoisten laitteiden vakiokokoisilla malleilla. Tällaiset lämmönvaihtimet ovat matalia ja leveitä (veden höyrylämmitykseen) tai korkeita ja kapeita (erottavat lämmönvaihtimet ilmastointijärjestelmille). Niitä käytetään usein vaiheenvaihtoväliaineisiin, toisin sanoen lauhduttimina, höyrystiminä, höyrystiminä, esilauhduttimina jne. Kaksivaiheisen järjestelmän mukaisen lämmönvaihtimen lämpölaskentaa on hieman vaikeampi suorittaa kuin nestettä -nesteen lämmönvaihtimeen, mutta kokeneelle insinöörille tämä tehtävä on ratkaistavissa eikä erityisen vaikea. Tällaisten laskelmien helpottamiseksi nykyaikaiset suunnittelijat käyttävät teknisiä tietokantoja, joista löydät paljon tarvittavia tietoja, mukaan lukien kaaviot minkä tahansa kylmäaineen tilasta missä tahansa skannauksessa, esimerkiksi CoolPack-ohjelma.
