Osnovni pojmovi prijenosa topline za proračun izmjenjivača topline

Izračun izmjenjivača topline trenutno traje ne više od pet minuta. Svaka organizacija koja proizvodi i prodaje takvu opremu, u pravilu, svima nudi vlastiti program odabira. Možete ga besplatno preuzeti s web stranice tvrtke ili će njihov tehničar doći u vaš ured i besplatno ga instalirati. Međutim, koliko je ispravan rezultat takvih izračuna, može li mu se vjerovati i nije li proizvođač lukav kad se bori na natječaju sa konkurentima? Provjera elektroničkog kalkulatora zahtijeva znanje ili barem razumijevanje metodologije izračuna za moderne izmjenjivače topline. Pokušajmo shvatiti detalje.

Što je izmjenjivač topline

Prije izračuna izmjenjivača topline, sjetimo se, o kakvom je uređaju riječ? Uređaj za izmjenu topline i mase (aka izmjenjivač topline, odnosno izmjenjivač topline ili TOA) je uređaj za prijenos topline s jednog na drugi nosač topline. U procesu promjene temperatura rashladnih tekućina mijenja se i njihova gustoća, a sukladno tome i pokazatelji mase tvari. Zato se takvi procesi nazivaju prijenosom topline i mase.

Glavni izbornik

Zdravo! Izmjenjivač topline je uređaj u kojem se izmjena topline vrši između dva ili više nosača topline ili između nosača topline i krutina (mlaznica, zid). Ulogu rashladne tekućine može igrati i okolina koja okružuje aparat. Prema svojoj namjeni i dizajnu, izmjenjivači topline mogu biti vrlo različiti, u rasponu od najjednostavnijih (radijator) do najnaprednijih (jedinica kotla). Prema principu rada, izmjenjivači topline dijele se na rekuperativni, regenerativni i miješajući.

Rekuperativni uređaji nazivaju se uređaji u kojima vrući i hladni nosači topline istodobno teku, odvojeni čvrstim zidom. Ti uređaji uključuju grijače, kotlovske jedinice, kondenzatore, isparivače itd.

Uređaji u kojima se ista površina grijanja naizmjenično pere vrućom i hladnom tekućinom nazivaju se regenerativnim. U tom se slučaju toplina akumulirana zidovima uređaja tijekom njihove interakcije s vrućom tekućinom odaje hladnoj tekućini. Primjer regenerativnih uređaja su grijači zraka s otvorenim i visokim pećima, pećima za grijanje itd. U regeneratorima se izmjena topline uvijek događa u nestacionarnim uvjetima, dok rekuperativni uređaji uglavnom rade u stacionarnom načinu rada.

Rekuperativni i regenerativni uređaji nazivaju se i površinskim, budući da je proces prijenosa topline u njima neizbježno povezan s površinom krutine.

Mješalice su uređaji u kojima se prijenos topline vrši izravnim miješanjem vrućih i hladnih tekućina.

Međusobno kretanje nosača topline u izmjenjivačima topline može biti različito (slika 1.).

Ovisno o tome razlikuju se uređaji s izravnim protokom, suprotnim protokom, poprečnim protokom i sa složenim smjerom kretanja nosača topline (miješana struja). Ako rashladne tekućine teku paralelno u jednom smjeru, tada se takav obrazac kretanja naziva protok prema naprijed (slika 1.). S protokom, rashladne tekućine kreću se paralelno, ali jedna prema drugoj. Ako se smjerovi kretanja tekućina sijeku, tada se obrazac kretanja naziva poprečni tok. Uz imenovane sheme, u praksi se koriste i složenije: istodobni protok i protok prema naprijed, višestruka poprečna struja itd.

Ovisno o tehnološkoj namjeni i dizajnerskim značajkama, izmjenjivači topline dijele se na bojlere, kondenzatore, kotlovske jedinice, isparivače itd. Ali zajednička stvar je da svi oni služe za prijenos topline s jednog nosača topline na drugi, stoga su osnovne odredbe toplinskih proračuna jednaki su za njih ... Razlika može biti samo konačna svrha nagodbe. Pri projektiranju novog izmjenjivača topline, zadatak izračuna je određivanje površine grijanja; u verifikacijskom toplinskom izračunu postojećeg izmjenjivača topline potrebno je pronaći količinu prenesene topline i konačne temperature radnih fluida.

Izračun topline u oba slučaja temelji se na jednadžbama ravnoteže topline i jednadžbi prijenosa topline.

Jednadžba ravnoteže topline izmjenjivača topline ima oblik:

gdje je M maseni protok rashladne tekućine, kg / s; cpm - specifična masa izobarni prosječni toplinski kapacitet rashladnog sredstva, J / (kg * ° S).

Ovdje i u nastavku, indeks "1" označava vrijednosti povezane s vrućom tekućinom (primarni nosač topline), a indeks "2" - s hladnom tekućinom (sekundarni nosač topline); linija odgovara temperaturi tekućine na ulazu u aparat, a dvije linije - na izlazu.

Pri izračunavanju izmjenjivača topline često se koristi koncept ukupnog toplinskog kapaciteta masenog protoka nosača topline (ekvivalent vode), jednak C = Mav W / ° C. Iz izraza (1) proizlazi da

odnosno omjer temperaturnih promjena jednofaznih tekućina za prijenos topline obrnuto je proporcionalan omjeru njihovih ukupnih potrošnih toplinskih kapaciteta (vodeni ekvivalenti).

Jednadžba prijenosa topline napisana je kako slijedi: Q = k * F * (t1 - t2), gdje su t1, t2 temperature primarnog i sekundarnog nosača topline; F je površina prijenosa topline.

Tijekom izmjene topline, u većini slučajeva, mijenjaju se temperature oba nosača topline i, prema tome, mijenja se temperatura glave Δt = t1 - t2. Koeficijent prijenosa topline preko površine izmjene topline također će imati promjenljivu vrijednost, pa bi prosječne vrijednosti temperaturne razlike Δtav i koeficijenta prijenosa topline kcp trebalo zamijeniti u jednadžbu prijenosa topline, tj.

Q = ksp * F * Δtcp (3)

Područje izmjene topline F izračunava se po formuli (3), dok se određuje toplinska izvedba Q. Da bi se problem riješio, potrebno je izračunati prosjek na cijeloj površini koeficijenta prijenosa topline kps i temperaturne visine Δtav.

Pri izračunu prosječne temperaturne razlike potrebno je uzeti u obzir prirodu promjene temperatura nosača topline duž površine izmjenjivača topline. Iz teorije toplinske vodljivosti poznato je da je u ploči ili cilindričnoj šipki u prisutnosti temperaturne razlike na krajevima (bočne su površine izolirane) raspodjela temperature po duljini ravna. Ako se izmjena topline odvija na bočnoj površini ili sustav ima unutarnje izvore topline, tada je raspodjela temperature krivolinijska. Uz jednoliku raspodjelu izvora topline, promjena temperature duž duljine bit će parabolična.

Dakle, u izmjenjivačima topline priroda promjene temperatura nosača topline razlikuje se od linearne i određena je ukupnim toplinskim kapacitetima C1 i C2 masenih protoka nosača topline i smjerom njihovog međusobnog kretanja (Slika 2).

Iz grafikona je vidljivo da promjena temperature duž površine F nije ista. U skladu s jednadžbom (2), veća promjena temperature bit će u nosaču topline s manjim toplinskim kapacitetom masenog protoka. Ako su nosači topline jednaki, na primjer, u izmjenjivaču topline voda-voda, tada će se priroda promjene temperatura nosača topline u potpunosti odrediti njihovim brzinama protoka, a pri nižoj brzini protoka promjena temperature bit će velika.S istjecanjem, konačna temperatura t "2 zagrijanog medija uvijek je manja od temperature t" 1 grijaćeg medija na izlazu iz uređaja, a s protutokom konačna temperatura t "2 može biti viša od temperatura t "1 (pogledajte slučaj protoka kada je C1> C2). Slijedom toga, pri istoj početnoj temperaturi, medij koji se zagrijava s protustrujnim protokom može se zagrijati na višu temperaturu nego s istodobnim protokom.

S istodobnim protokom, temperatura temperature duž grijaće površine mijenja se u većoj mjeri nego s protokom. Istodobno, njegova je prosječna vrijednost u potonjem slučaju veća, što će rezultirati time da će površina grijanja uređaja s protutokom biti manja. Dakle, pod jednakim uvjetima, u ovom će se slučaju prenijeti više topline. Na toj osnovi prednost treba dati uređajima s protustrujom.

Kao rezultat analitičkog ispitivanja izmjenjivača topline koji radi prema shemi izravnog protoka, utvrđeno je da se temperatura temperature duž površine izmjenjivača topline eksponencijalno mijenja, pa se prosječna temperatura temperature može izračunati formulom:

gdje je Δtb velika temperaturna razlika između vrućeg i hladnog nosača topline (s jednog kraja izmjenjivača topline); Δtm - manja temperaturna razlika (s drugog kraja izmjenjivača topline).

S protokom prema naprijed, Δtb = t'1 - t'2 i Δtm = t "1 - t" 2 (slika 2.). Ova formula vrijedi i za protutok s jedinom razlikom u onom slučaju kada je C1 C2 Δtb = t” 1 - t'2 i Δtm = t'1 - t "2.

Prosječna temperaturna razlika između dva medija, izračunata formulom (4), naziva se srednja logaritamska. temperatura glave. Oblik izraza je zbog prirode promjene temperature duž površine grijanja (krivolinijska ovisnost). Ako je ovisnost bila linearna, tada bi temperaturnu visinu trebalo odrediti kao aritmetičku sredinu (slika 3.). Vrijednost aritmetičke sredine Δta.av uvijek je veća od srednje logaritamske Δtl.av. Međutim, u slučajevima kada se temperatura temperature duž duljine izmjenjivača topline neznatno mijenja, odnosno da je zadovoljen uvjet Δtb / Δtm <2, prosječna temperaturna razlika može se izračunati kao aritmetička sredina:

Prosjek temperaturne razlike za uređaje s poprečnim protokom i mješovitom strujom razlikuje se po složenosti izračuna, stoga se za niz najčešćih shema rezultati rješenja obično daju u obliku grafikona. Isp. Literatura: 1) Osnove toplotne energetike, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Minsk, ur. 2., "Viša škola", 1976. 3) Toplinska tehnika, ur. 2, pod generalnim uredništvom. IN Sushkina, Moskva "Metalurgija", 1973.

Vrste prijenosa topline

Sada razgovarajmo o vrstama prijenosa topline - postoje samo tri. Zračenje - prijenos topline zračenjem. Primjer je sunčanje na plaži u toplom ljetnom danu. A takvi izmjenjivači topline mogu se naći i na tržištu (grijači zraka s lampama). Međutim, najčešće za grijanje stambenih prostorija, soba u stanu kupujemo uljne ili električne radijatore. Ovo je primjer druge vrste prijenosa topline - konvekcije. Konvekcija može biti prirodna, prisilna (napa, a u kutiji je rekuperator) ili mehanički inducirana (na primjer s ventilatorom). Potonji je tip mnogo učinkovitiji.

Međutim, najučinkovitiji način prijenosa topline je toplinska vodljivost, ili, kako se još naziva, provodljivost (od engleskog conduction - "provođenje"). Bilo koji inženjer koji će izvršiti toplinski proračun izmjenjivača topline, prije svega, razmišlja o odabiru učinkovite opreme u najmanjim mogućim dimenzijama. A to se postiže upravo zahvaljujući toplinskoj vodljivosti. Primjer za to je najučinkovitiji TOA danas - pločasti izmjenjivači topline. Ploča TOA, po definiciji, je izmjenjivač topline koji prenosi toplinu s jedne rashladne tekućine na drugu kroz zid koji ih razdvaja. Maksimalna moguća površina dodira između dva medija, zajedno s ispravno odabranim materijalima, profilom ploča i njihovom debljinom, omogućuje vam smanjenje veličine odabrane opreme uz zadržavanje izvornih tehničkih karakteristika potrebnih u tehnološkom procesu.

Vrste izmjenjivača topline

Prije izračuna izmjenjivača topline, oni se određuju s njegovom vrstom. Svi TOA mogu se podijeliti u dvije velike skupine: rekuperativni i regenerativni izmjenjivači topline. Glavna razlika između njih je sljedeća: u rekuperativnom TOA, izmjena topline događa se kroz zid koji razdvaja dvije rashladne tekućine, a u regenerativnom TOA, dva medija imaju izravan međusobni kontakt, često se miješaju i zahtijevaju naknadno odvajanje u posebnim separatorima. Regenerativni izmjenjivači topline dijele se na izmjenjivače i izmjenjivače topline s pakiranjem (stacionarni, padajući ili srednji). Grubo rečeno, kanta vruće vode izložene mrazu ili čaša vrućeg čaja stavljena u hladnjak da se ohladi (nikada to nemojte!) Primjer je takvog miješanja TOA. A ulijevanjem čaja u tanjurić i hlađenjem na taj način dobivamo primjer regenerativnog izmjenjivača topline s mlaznicom (tanjurić u ovom primjeru igra ulogu mlaznice), koji prvo kontaktira zrak okoline i mjeri njegovu temperaturu , a zatim uzima dio topline iz vrućeg čaja ulivenog u nju, nastojeći dovesti oba medija u toplinsku ravnotežu. Međutim, kao što smo već ranije otkrili, učinkovitije je koristiti toplinsku vodljivost za prijenos topline iz jednog medija u drugi, stoga su TOA koji su korisniji u smislu prijenosa topline (i danas se široko koriste), naravno, oporavak.

Određivanje količine topline

Jednadžba prijenosa topline koja se koristi za ustaljene jedinice vremena i procesa je kako slijedi:

Q = KFtcp (W)

U ovoj jednadžbi:

• K vrijednost koeficijenta prijenosa topline (izražena u W / (m2 / K));
• tav - prosječna razlika u temperaturnim pokazateljima između različitih nosača topline (vrijednost se može dati i u Celzijevim stupnjevima (0S) i u kelvinima (K));
• F je vrijednost površine za koju dolazi do prijenosa topline (vrijednost je dana u m2).

Jednadžba vam omogućuje opis procesa tijekom kojeg se toplina prenosi između nosača topline (s vrućeg na hladno). Jednadžba uzima u obzir:

• prijenos topline iz rashladne tekućine (vruće) na zid;
• parametri toplinske vodljivosti zida;
• prijenos topline sa zida na rashladnu tekućinu (hladnu).

Toplinski i strukturni proračun

Bilo koji proračun rekuperativnog izmjenjivača topline može se izvršiti na temelju rezultata proračuna topline, hidraulike i čvrstoće. Oni su temeljni, obvezni u dizajnu nove opreme i čine osnovu metode izračunavanja za sljedeće modele linija iste vrste uređaja. Glavni zadatak toplinskog izračuna TOA je utvrditi potrebnu površinu površine izmjenjivača topline za stabilan rad izmjenjivača topline i održavanje potrebnih parametara medija na izlazu. Često se u takvim proračunima inženjerima daju proizvoljne vrijednosti karakteristika mase i veličine buduće opreme (materijal, promjer cijevi, veličine ploča, geometrija grede, vrsta i materijal rebra, itd.), Dakle, nakon toplinski, obično se provodi konstruktivni proračun izmjenjivača topline. Doista, ako je u prvoj fazi inženjer izračunao potrebnu površinu za zadani promjer cijevi, na primjer 60 mm, a duljina izmjenjivača topline ispala je oko šezdeset metara, tada je logičnije pretpostaviti prijelaz na višeprolazni izmjenjivač topline, ili na tip školjke ili cijevi, ili za povećanje promjera cijevi.

Mehanizmi prijenosa topline u proračunu izmjenjivača topline

Tri glavne vrste prijenosa topline su konvekcija, provođenje topline i zračenje.

U procesima izmjene topline koji se odvijaju u skladu s načelima mehanizma provođenja topline, toplinska se energija prenosi u obliku prijenosa energije elastičnih atomskih i molekularnih vibracija. Prijenos ove energije između različitih atoma ide u smjeru smanjenja.

Proračun karakteristika prijenosa toplinske energije prema principu toplinske vodljivosti provodi se prema Fourierovom zakonu

Za izračunavanje količine toplinske energije koriste se podaci o površini, toplinskoj vodljivosti, gradijentu temperature, razdoblju protoka.Koncept gradijenta temperature definiran je kao promjena temperature u smjeru prijenosa topline za jednu ili drugu jedinicu duljine.

Toplinska vodljivost je brzina procesa izmjene topline, tj. količina toplinske energije koja prolazi kroz bilo koju jedinicu površine u jedinici vremena.

Kao što znate, metali se odlikuju najvišim koeficijentom toplinske vodljivosti u odnosu na druge materijale, što se mora uzeti u obzir u bilo kakvim proračunima procesa izmjene topline. Što se tiče tekućina, one u pravilu imaju relativno niži koeficijent toplinske vodljivosti u usporedbi s tijelima u čvrstom agregatnom stanju.

Količina prenesene toplinske energije za izračunavanje izmjenjivača topline, u kojoj se toplinska energija prenosi između različitih medija kroz zid, moguće je izračunati pomoću Fourierove jednadžbe. Definira se kao količina toplinske energije koja prolazi kroz ravninu koju karakterizira vrlo mala debljina:

Nakon izvođenja nekih matematičkih operacija dobivamo sljedeću formulu

Može se zaključiti da se pad temperature unutar zida provodi u skladu sa zakonom ravne crte.

Hidraulički proračun

Hidraulički ili hidromehanički, kao i aerodinamički proračuni provode se kako bi se utvrdili i optimizirali hidraulički (aerodinamični) gubici tlaka u izmjenjivaču topline, kao i izračunali troškovi energije za njihovo prevladavanje. Izračun bilo kojeg puta, kanala ili cijevi za prolazak rashladne tekućine predstavlja primarni zadatak za osobu - intenziviranje procesa prijenosa topline na ovom području. Odnosno, jedan medij treba prenositi, a drugi treba primati što više topline u minimalnom intervalu svog protoka. Za to se često koristi dodatna površina za izmjenu topline, u obliku razvijenog površinskog rebra (za odvajanje graničnog laminarnog podsloja i pojačavanje turbulizacije protoka). Optimalni omjer ravnoteže hidrauličkih gubitaka, površine izmjenjivača topline, karakteristika težine i veličine i uklonjene toplinske snage rezultat je kombinacije toplinskog, hidrauličkog i konstruktivnog izračuna TOA.

Verifikacijski izračun

Proračun izmjenjivača topline provodi se u slučaju kada je potrebno postaviti granicu snage ili površine površine izmjenjivača topline. Površina je rezervirana iz različitih razloga i u različitim situacijama: ako je to potrebno u skladu s projektnim zadatkom, ako proizvođač odluči dodati dodatnu marginu kako bi bio siguran da će takav izmjenjivač topline početi raditi i kako bi se pogreške svele na najmanju moguću mjeru načinjene u izračunima. U nekim je slučajevima potrebna redundantnost da bi se zaokružili rezultati projektnih dimenzija, u drugima (isparivači, ekonomajzeri) površinska margina je posebno uvedena u izračun kapaciteta izmjenjivača topline za onečišćenje kompresorskim uljem prisutnim u rashladnom krugu. I mora se uzeti u obzir niska kvaliteta vode. Nakon određenog vremena neprekinutog rada izmjenjivača topline, posebno pri visokim temperaturama, kamenac se taloži na površini izmjenjivača topline uređaja, smanjujući koeficijent prijenosa topline i neizbježno vodeći parazitskom smanjenju uklanjanja topline. Stoga, kompetentni inženjer, prilikom izračunavanja izmjenjivača topline voda-voda, obraća posebnu pozornost na dodatnu redundanciju površine izmjenjivača topline. Proračun provjere također se provodi kako bi se vidjelo kako će odabrana oprema raditi u drugim, sekundarnim načinima rada. Na primjer, u centralnim klima-uređajima (jedinice za dovod zraka), grijači prvog i drugog grijanja, koji se koriste u hladnoj sezoni, često se koriste ljeti za hlađenje dolaznog zraka opskrbljujući hladnom vodom cijevi zraka izmjenjivač topline.Kako će funkcionirati i koje će parametre izdati, omogućuje vam procjenu proračuna provjere.

Uređaj i princip rada

Oprema za izmjenu topline na modernom tržištu predstavljena je u širokoj paleti.

Cjelokupni raspoloživi asortiman proizvoda ove linije možemo podijeliti u dvije vrste, kao što su:

• pločasti agregati;
• uređaji ljuske i cijevi.

Potonja sorta, zbog svoje niske stope učinkovitosti, kao i velike veličine, danas se gotovo ne prodaje na tržištu. Pločasti izmjenjivač topline sastoji se od identičnih valovitih ploča koje su učvršćene na čvrsti metalni okvir. Elementi se međusobno nalaze u zrcalnoj slici, a između njih su čelične i gumene brtve. Učinkovito područje izmjene topline izravno ovisi o veličini i broju ploča.

Uređaji s pločama mogu se podijeliti u dvije podvrste na temelju konfiguracije, kao što su:

• lemljene jedinice;
• brtvljeni izmjenjivači topline.

Sklopivi uređaji razlikuju se od proizvoda lemljenog sklopa po tome što se uređaj, čim je potrebno, može nadograditi i prilagoditi osobnim potrebama, na primjer, dodati ili ukloniti određeni broj ploča. Izmjenjivači topline s brtvama traže se u područjima u kojima se tvrda voda koristi za kućne potrebe, zbog značajki kojih se piće i razni zagađivači nakupljaju na elementima jedinice. Te novotvorine negativno utječu na učinkovitost uređaja, stoga ih je potrebno redovito čistiti, a zahvaljujući njihovoj konfiguraciji to je uvijek moguće.

Uređaji koji se ne rastavljaju razlikuju se sljedećim značajkama:

• visoka razina otpornosti na visoke oscilacije tlaka i temperature;
• dug životni vijek;
• mala težina.

Lemljeni sklopovi čiste se bez rastavljanja cijele konstrukcije.

Na temelju izračuna vrste i mogućnosti ugradnje jedinice, treba razlikovati dvije vrste izmjenjivača topline za toplu vodu iz grijanja.

• Unutarnji izmjenjivači topline nalaze se u samim uređajima za grijanje - peći, kotlovima i drugima. Instalacija ove vrste omogućuje vam maksimalnu učinkovitost tijekom rada proizvoda, jer će gubici topline za grijanje kućišta biti minimalni. U pravilu su takvi uređaji već ugrađeni u kotao u fazi proizvodnje kotlova. To uvelike olakšava ugradnju i puštanje u pogon, jer trebate samo prilagoditi potreban način rada izmjenjivača topline.

• Vanjski izmjenjivači topline moraju biti povezani odvojeno od izvora topline. Takvi su uređaji relevantni za upotrebu u slučajevima kada rad uređaja ovisi o udaljenom izvoru grijanja. Primjer su kuće s centraliziranim grijanjem. U ovom utjelovljenju kućanska jedinica koja zagrijava vodu djeluje kao vanjski uređaj.

Uzimajući u obzir vrstu materijala od kojeg su rastavljeni dijelovi, vrijedi istaknuti sljedeće modele:

• čelični izmjenjivači topline;
• uređaji od lijevanog željeza.

Uz to se ističu sustavi s lemljenim bakrom. Koriste se za daljinsko grijanje u višestambenim zgradama.

Sljedeće karakteristike treba uzeti u obzir značajke opreme od lijevanog željeza:

• sirovina se prilično polako hladi, što štedi na radu cijelog sustava grijanja;
• materijal ima visoku toplinsku vodljivost, svi proizvodi od lijevanog željeza imaju svojstvena svojstva u kojima se vrlo brzo zagrijava i odaje toplinu drugim elementima;
• sirovina je otporna na stvaranje kamenca na bazi, uz to je otpornija na koroziju;
• instaliranjem dodatnih odjeljaka možete povećati snagu i funkcionalnost jedinice u cjelini;
• proizvodi od ovog materijala mogu se transportirati u dijelovima, rastavljajući ih na dijelove, što olakšava postupak isporuke, kao i ugradnju i održavanje izmjenjivača topline.

Predlažemo da se upoznate sa: Na koju stranu postaviti parnu barijeru a - DOLGOSTROI.PRO
Kao i svaki drugi proizvod, takav ovisni uređaj ima sljedeće nedostatke:

• lijevano željezo zapaženo je zbog niske otpornosti na oštre temperaturne fluktuacije, takvi fenomeni mogu biti ispunjeni stvaranjem pukotina na uređaju, što će negativno utjecati na performanse izmjenjivača topline;
• čak i velike dimenzije, jedinice od lijevanog željeza vrlo su krhke, pa ih mehanička oštećenja, posebno tijekom transporta proizvoda, mogu ozbiljno oštetiti;
• materijal je sklon suhoj koroziji;
• velika masa i dimenzije uređaja ponekad kompliciraju razvoj i ugradnju sustava.

Čelični izmjenjivači topline za opskrbu toplom vodom prepoznatljivi su po sljedećim prednostima:

• visoka toplinska vodljivost;
• mala masa proizvoda. Čelik ne otežava sustav, stoga su takvi uređaji najbolja opcija kada je potreban izmjenjivač topline, čiji je zadatak servisiranje velike površine;
• čelične jedinice su otporne na mehanička naprezanja;
• čelični izmjenjivač topline ne reagira na temperaturne oscilacije unutar konstrukcije;
• materijal ima dobre elastične karakteristike, međutim, dulji kontakt s jako zagrijanim ili ohlađenim medijem može dovesti do stvaranja pukotina u području zavarenih spojeva.

Mane uređaja uključuju sljedeće značajke:

• podložnost elektrokemijskoj koroziji. Stoga će se stalnim kontaktom s agresivnim okolišem radni vijek uređaja znatno smanjiti;
• uređaji nemaju sposobnost povećanja učinkovitosti rada;
• čelična jedinica vrlo brzo gubi toplinu, što je opterećeno povećanom potrošnjom goriva za produktivan rad;
• niska razina održavanja. Gotovo je nemoguće popraviti uređaj vlastitim rukama;
• završna montaža čeličnog izmjenjivača topline izvodi se u uvjetima radionice u kojoj je proizveden. Jedinice su monolitni blokovi velikih veličina, zbog čega postoje poteškoće s njihovom isporukom.

Neki proizvođači, kako bi povećali kvalitetu čeličnih izmjenjivača topline, prekrivaju unutarnje zidove lijevanim željezom, povećavajući pritom pouzdanost konstrukcije.

Suvremeni izmjenjivači topline su jedinice čiji se rad temelji na različitim principima:

• navodnjavanje;
• podmornica;
• lemljen;
• površan;
• sklopivi;
• rebrasti lamelasti;
• miješanje;
• ljuska i cijev i drugi.

No, pločasti izmjenjivači topline za opskrbu toplom vodom i grijanje povoljno se razlikuju od niza drugih. To su protočni grijači. Instalacije su niz ploča, između kojih se formiraju dva kanala: topli i hladni. Odvojeni su čeličnom i gumenom brtvom, pa se uklanja miješanje medija.

Ploče su sastavljene u jedan blok. Ovaj faktor određuje funkcionalnost uređaja. Ploče su identične veličine, ali nalaze se na zavoju od 180 stupnjeva, što je razlog nastanka šupljina kroz koje se prenose tekućine. Tako nastaje izmjena hladnih i vrućih kanala i nastaje proces izmjene topline.

Recirkulacija u ovoj vrsti opreme je intenzivna. Uvjeti u kojima će se koristiti izmjenjivač topline za sustave opskrbe toplom vodom ovise o materijalu brtvila, broju ploča, njihovoj veličini i vrsti. Instalacije za pripremu tople vode opremljene su s dva kruga: jedan za PTV, drugi za grijanje prostora. Strojevi za ploče su sigurni, produktivni i koriste se u sljedećim područjima:

• priprema nosača topline u sustavima opskrbe toplom vodom, ventilacije i grijanja;
• hlađenje prehrambenih proizvoda i industrijskih ulja;
• opskrba toplom vodom za tuševe u poduzećima;
• za pripremu nosača topline u sustavima podnog grijanja;
• za pripremu nosača topline u prehrambenoj, kemijskoj i farmaceutskoj industriji;
• zagrijavanje vode u bazenu i drugi postupci izmjene topline.

Izračuni istraživanja

Istraživački izračuni TOA provode se na temelju dobivenih rezultata toplinskih i verifikacijskih izračuna. U pravilu su neophodni za unošenje najnovijih izmjena u dizajn dizajniranog uređaja. Također se provode kako bi se ispravile sve jednadžbe postavljene u implementiranom proračunskom modelu TOA, dobivene empirijski (prema eksperimentalnim podacima). Izvođenje istraživačkih izračuna uključuje desetke, a ponekad i stotine proračuna prema posebnom planu razvijenom i implementiranom u proizvodnju prema matematičkoj teoriji planiranja eksperimenta. Prema rezultatima otkriva se utjecaj različitih stanja i fizičkih veličina na pokazatelje učinka TOA.

Ostali izračuni

Pri izračunavanju površine izmjenjivača topline, ne zaboravite na otpor materijala. Izračuni čvrstoće TOA uključuju provjeru dizajnirane jedinice za naprezanje, uvijanje, za primjenu najvećih dopuštenih radnih trenutaka na dijelove i sklopove budućeg izmjenjivača topline. Uz minimalne dimenzije, proizvod mora biti izdržljiv, stabilan i jamčiti siguran rad u raznim, čak i najstresnijim uvjetima rada.

Dinamički proračun provodi se kako bi se utvrdile različite karakteristike izmjenjivača topline u promjenjivim načinima rada.

Izmjenjivači topline cijev u cijevi

Razmotrimo najjednostavniji izračun izmjenjivača topline cijevi u cijevi. Strukturno je ova vrsta TOA pojednostavljena što je više moguće. U pravilu se vrući nosač topline pušta u unutarnju cijev uređaja kako bi se minimalizirali gubici, a rashladni nosač topline lansira u kućište ili u vanjsku cijev. Zadatak inženjera u ovom se slučaju svodi na određivanje duljine takvog izmjenjivača topline na temelju izračunate površine površine izmjenjivača topline i zadanih promjera.

Ovdje treba dodati da se pojam idealnog izmjenjivača topline uvodi u termodinamiku, odnosno uređaj beskonačne duljine, gdje rashladne tekućine rade u protustruji, a temperaturna razlika u potpunosti se aktivira među njima. Dizajn cijev u cijevi najbliži je ispunjavanju ovih zahtjeva. A ako rashladne tekućine pokrenete u suprotnom protoku, tada će to biti takozvani "pravi protutok" (a ne poprečni protok, kao u pločici TOA). Temperaturna glava najučinkovitije se pokreće takvom organizacijom kretanja. Međutim, prilikom izračunavanja izmjenjivača topline cijevi u cijevi treba biti realan i ne zaboraviti na logističku komponentu, kao i na jednostavnost instalacije. Duljina eurokamiona je 13,5 metara, a nisu sve tehničke prostorije prilagođene klizanju i ugradnji opreme ove duljine.

Kako izračunati izmjenjivač topline

Neophodno je izračunati izmjenjivač topline zavojnice, inače njegova toplinska snaga možda neće biti dovoljna za grijanje prostorije. Sustav grijanja dizajniran je da nadoknadi gubitak topline. Sukladno tome, možemo saznati samo točnu količinu potrebne toplinske energije na temelju gubitka topline zgrade. Prilično je teško napraviti izračun, stoga u prosjeku uzimaju 100 W po 1 četvornom metru s visinom stropa od 2,7 m.

Između zavoja mora postojati razmak.

Također, za izračun su potrebne sljedeće vrijednosti:

• Pi;
• promjer cijevi koji je dostupan (uzmite 10 mm);
• lambda-toplinska vodljivost metala (za bakar 401 W / m * K);
• delta temperature dovoda i povrata rashladne tekućine (20 stupnjeva).

Da biste odredili duljinu cijevi, morate podijeliti ukupnu toplinsku snagu u W umnoškom gore navedenih čimbenika.Razmotrimo na primjeru bakrenog izmjenjivača topline s potrebnom toplinskom snagom od 3 kW - to je 3000 W.

3000 / 3,14 (Pi) * 401 (toplinska vodljivost lambda) * 20 (delta temperature) * 0,01 (promjer cijevi u metrima)

Iz ovog izračuna proizlazi da vam treba 11,91 m bakrene cijevi promjera 10 mm da bi toplinska snaga zavojnice bila 3 kW.

Izmjenjivači topline u ljusci i cijevi

Stoga se vrlo često proračun takvog uređaja glatko ulijeva u izračun izmjenjivača topline u obliku cijevi i cijevi. Ovo je uređaj u kojem se snop cijevi nalazi u jednom kućištu (kućištu), opranom raznim rashladnim sredstvima, ovisno o namjeni opreme. Na primjer, u kondenzatorima se rashladno sredstvo ulijeva u plašt, a voda u cijevi. Ovom metodom pomicanja medija prikladnije je i učinkovitije kontrolirati rad uređaja. U isparivačima, naprotiv, rashladno sredstvo ključa u cijevima, a istodobno ih pere ohlađena tekućina (voda, salamura, glikoli itd.). Stoga se proračun izmjenjivača topline u obliku cijevi svodi na minimiziranje veličine opreme. Igrajući se s promjerom kućišta, promjerom i brojem unutarnjih cijevi i duljinom uređaja, inženjer doseže izračunatu vrijednost površine površine izmjenjivača topline.

Zračni izmjenjivači topline

Jedan od najčešćih izmjenjivača topline danas je rebrasti cijevni izmjenjivač topline. Zovu se i zavojnice. Gdje god nisu instalirani, počevši od jedinica s ventilskim zavojnicama (od engleskog ventilator + zavojnica, tj. "Ventilator" + "zavojnica") u unutarnjim blokovima podijeljenih sustava i završavajući s divovskim rekuperatorima dimnih plinova (izdvajanje topline iz vrućih dimnih plinova i prenesite ga za potrebe grijanja) u kotlovnicama u CHP. Zato dizajn izmjenjivača topline zavojnice ovisi o primjeni gdje će izmjenjivač topline puštati u rad. Industrijski hladnjaci zraka (VOP), instalirani u komorama za brzo zamrzavanje mesa, u zamrzivačima s niskim temperaturama i na drugim objektima za hlađenje hrane, zahtijevaju određene značajke dizajna u svojim performansama. Udaljenost između lamela (peraja) trebala bi biti što veća kako bi se povećalo vrijeme neprekidnog rada između ciklusa odmrzavanja. Isparivači za podatkovne centre (centri za obradu podataka), naprotiv, izrađeni su što je moguće kompaktnije, a razmak je minimalan. Takvi izmjenjivači topline rade u "čistim zonama", okruženi finim filtrima (do HEPA klase), stoga se takav proračun cjevastog izmjenjivača topline provodi s naglaskom na minimiziranju dimenzija.

Vrste spiralnih izmjenjivača topline

Držač grijanih ručnika također je izmjenjivač topline u zavojnici.

Možete napraviti zavojnicu vlastitim rukama različitih dizajna i od nekoliko vrsta metala (čelik, bakar, aluminij, lijevano željezo). Proizvodi od aluminija i lijevanog željeza štancaju se u tvornicama, jer se potrebni uvjeti za rad s tim metalima mogu postići samo u proizvodnim uvjetima. Bez toga će biti moguće raditi samo s čelikom ili bakrom. Najbolje je koristiti bakar jer je kovan i ima visok stupanj toplinske vodljivosti. Postoje dvije sheme za izradu zavojnice:

• vijak;
• paralelno.

Spiralna shema podrazumijeva mjesto spiralnih zavoja duž zavojne crte. Rashladna tekućina u takvim izmjenjivačima topline kreće se u jednom smjeru. Ako je potrebno, radi povećanja izlazne topline može se kombinirati nekoliko spirala prema principu "cijev u cijevi".

Kako biste minimalizirali gubitak topline, morate odabrati kakvu je izolaciju bolje izolirati kuću izvana. Ovisi i o materijalu zidova.

Potrebno je napraviti izbor izolacije za drvenu kuću na temelju paropropusnosti toplinske izolacije.

U paralelnom krugu, rashladna tekućina neprestano mijenja smjer kretanja. Takav izmjenjivač topline izrađen je od ravnih cijevi povezanih laktom od 180 stupnjeva.U nekim slučajevima, na primjer, za izradu registra grijanja, zakretna koljena ne smiju se koristiti. Umjesto njih instalira se izravna premosnica koja se može nalaziti i na jednom i na oba kraja cijevi.

Metode prijenosa topline

Načelo rada izmjenjivača topline u zavojnici je zagrijavanje jedne tvari na štetu topline druge. Dakle, voda u izmjenjivaču topline može se zagrijavati otvorenim plamenom. U tom će slučaju djelovati kao hladnjak. Ali i sama zavojnica može djelovati kao izvor topline. Na primjer, kada rashladna tekućina teče kroz cijevi, zagrijava se u kotlu ili pomoću ugrađenog električnog grijaćeg elementa, a njegova se toplina prenosi u vodu iz sustava grijanja. U osnovi, krajnja svrha prijenosa topline je zagrijavanje unutarnjeg zraka.

Pločasti izmjenjivači topline

Trenutno su pločasti izmjenjivači topline stabilni u potražnji. Prema svom dizajnu potpuno su sklopivi i poluzavareni, lemljeni bakrom i niklom lemljeni, zavareni i lemljeni difuzionom metodom (bez lemljenja). Toplinska izvedba pločastog izmjenjivača topline dovoljno je fleksibilna i nije osobito teška za inženjera. U postupku odabira možete se igrati s vrstom ploča, dubinom probijanja kanala, vrstom rebra, debljinom čelika, različitim materijalima i što je najvažnije - brojnim modelima uređaja standardnih veličina različitih dimenzija. Takvi izmjenjivači topline su niski i široki (za parno grijanje vode) ili visoki i uski (razdvajajući izmjenjivači topline za klimatizacijske sustave). Često se koriste za medije s promjenom faze, odnosno kao kondenzatori, isparivači, pregrejači, predkondenzatori itd. Malo je teže izvesti toplinski proračun izmjenjivača topline koji radi po dvofaznoj shemi od tekućine -tekući izmjenjivač topline, ali za iskusnog inženjera ovaj je zadatak rješiv i nije osobito težak. Da bi olakšali takve izračune, moderni dizajneri koriste inženjerske računalne baze, gdje možete pronaći puno potrebnih informacija, uključujući dijagrame stanja bilo kojeg rashladnog sredstva u bilo kojem skeniranju, na primjer, program CoolPack.