Pengiraan penukar haba pada masa ini mengambil masa tidak lebih daripada lima minit. Mana-mana organisasi yang mengeluarkan dan menjual peralatan sedemikian, sebagai peraturan, menyediakan semua orang dengan program pemilihan mereka sendiri. Ia boleh dimuat turun secara percuma dari laman web syarikat, atau juruteknik mereka akan datang ke pejabat anda dan memasangnya secara percuma. Namun, sejauh manakah betul hasil pengiraan tersebut, bolehkah ia dipercayai dan adakah pengeluar tidak licik apabila berlawan secara tender dengan pesaingnya? Memeriksa kalkulator elektronik memerlukan pengetahuan atau sekurang-kurangnya pemahaman tentang metodologi untuk mengira penukar haba moden. Mari cuba fahami butirannya.
Apakah itu penukar haba
Sebelum melakukan pengiraan penukar haba, mari kita ingat jenis peranti ini? Radas pemindahan haba dan jisim (aka penukar haba, aka penukar haba, atau TOA) ialahperanti untuk memindahkan haba dari satu penyejuk ke yang lain. Dalam proses menukar suhu pembawa haba, ketumpatannya dan, dengan itu, penunjuk jisim bahan juga berubah. Itulah sebabnya proses sedemikian dipanggil pemindahan haba dan jisim.
Jenis pemindahan haba
Sekarang mari kita bincangkan tentang jenis pemindahan haba - terdapat hanya tiga daripadanya. Radiatif - pemindahan haba akibat sinaran. Sebagai contoh, pertimbangkan untuk berjemur di pantai pada hari musim panas yang hangat. Dan penukar haba sedemikian juga boleh didapati di pasaran (pemanas udara tiub). Walau bagaimanapun, selalunya untuk pemanasan premis kediaman, bilik di apartmen, kami membeli minyak atau radiator elektrik. Ini adalah contoh satu lagi jenis pemindahan haba - perolakan. Perolakan boleh menjadi semula jadi, dipaksa (hud, dan terdapat penukar haba di dalam kotak) atau didorong secara mekanikal (dengan kipas, sebagai contoh). Jenis kedua adalah lebih cekap.
Walau bagaimanapun, cara yang paling berkesan untuk memindahkan haba ialah pengaliran, atau, sebagaimana ia juga dipanggil, pengaliran (dari bahasa Inggeris. pengaliran - "konduksi"). Mana-mana jurutera yang akan menjalankan pengiraan haba penukar haba, pertama sekali, berfikir tentang cara memilih peralatan yang cekap dalam dimensi minimum. Dan adalah mungkin untuk mencapai ini dengan tepat kerana kekonduksian terma. Contoh ini ialah TOA yang paling cekap hari ini - penukar haba plat. Penukar haba plat, mengikut definisi, adalah penukar haba yang memindahkan haba dari satu penyejuk ke yang lain melalui dinding yang memisahkannya. maksimumkawasan sentuhan yang mungkin antara kedua-dua media, bersama-sama dengan bahan yang dipilih dengan betul, profil plat dan ketebalan, membolehkan meminimumkan saiz peralatan yang dipilih sambil mengekalkan ciri teknikal asal yang diperlukan dalam proses teknologi.
Jenis penukar haba
Sebelum mengira penukar haba, ia ditentukan dengan jenisnya. Semua TOA boleh dibahagikan kepada dua kumpulan besar: penukar haba pemulihan dan regeneratif. Perbezaan utama antara mereka adalah seperti berikut: dalam TOA regeneratif, pertukaran haba berlaku melalui dinding yang memisahkan dua penyejuk, manakala dalam regeneratif, dua media mempunyai hubungan langsung antara satu sama lain, sering bercampur dan memerlukan pemisahan berikutnya dalam pemisah khas. Penukar haba regeneratif dibahagikan kepada pencampuran dan penukar haba dengan pembungkusan (pegun, jatuh atau perantaraan). Secara kasarnya, sebaldi air panas, terdedah kepada fros, atau segelas teh panas, tetapkan supaya sejuk di dalam peti sejuk (jangan sekali-kali lakukan ini!) - ini adalah contoh TOA pencampuran sedemikian. Dan menuang teh ke dalam piring dan menyejukkannya dengan cara ini, kita mendapat contoh penukar haba regeneratif dengan muncung (piring dalam contoh ini memainkan peranan muncung), yang mula-mula menyentuh udara sekeliling dan mengambil suhunya, dan kemudian menghilangkan sebahagian haba daripada teh panas yang dituangkan ke dalamnya, berusaha untuk membawa kedua-dua media ke dalam keseimbangan terma. Walau bagaimanapun, seperti yang telah kita ketahui sebelum ini, adalah lebih cekap untuk menggunakan kekonduksian terma untuk memindahkan haba dari satu medium ke medium lain, oleh ituPemindahan haba yang lebih berguna (dan digunakan secara meluas) pada hari ini, sudah tentu, TOA penjanaan semula.
Reka bentuk terma dan struktur
Sebarang pengiraan penukar haba pemulihan boleh dilakukan berdasarkan hasil pengiraan terma, hidraulik dan kekuatan. Ia adalah asas, wajib dalam reka bentuk peralatan baru dan membentuk asas metodologi untuk mengira model seterusnya bagi barisan peranti yang serupa. Tugas utama pengiraan terma TOA adalah untuk menentukan kawasan permukaan pertukaran haba yang diperlukan untuk operasi penukar haba yang stabil dan mengekalkan parameter media yang diperlukan di saluran keluar. Selalunya, dalam pengiraan sedemikian, jurutera diberi nilai sewenang-wenangnya ciri berat dan saiz peralatan masa depan (bahan, diameter paip, dimensi plat, geometri berkas, jenis dan bahan sirip, dll.), Oleh itu, selepas pengiraan haba, mereka biasanya menjalankan pengiraan konstruktif penukar haba. Lagipun, jika pada peringkat pertama jurutera mengira luas permukaan yang diperlukan untuk diameter paip tertentu, sebagai contoh, 60 mm, dan panjang penukar haba ternyata kira-kira enam puluh meter, maka lebih logik untuk menganggap peralihan. kepada penukar haba berbilang pas, atau kepada jenis cangkang dan tiub, atau untuk menambah diameter tiub.
Pengiraan hidraulik
Hidraulik atau hidromekanikal, serta pengiraan aerodinamik dijalankan untuk menentukan dan mengoptimumkan hidraulik(aerodinamik) kehilangan tekanan dalam penukar haba, serta mengira kos tenaga untuk mengatasinya. Pengiraan mana-mana laluan, saluran atau paip untuk laluan penyejuk menimbulkan tugas utama bagi seseorang - untuk mempergiatkan proses pemindahan haba di kawasan ini. Iaitu, satu medium mesti memindahkan, dan satu lagi menerima haba sebanyak mungkin dalam tempoh minimum alirannya. Untuk ini, permukaan pertukaran haba tambahan sering digunakan, dalam bentuk rusuk permukaan yang dibangunkan (untuk memisahkan sublayer lamina sempadan dan meningkatkan pergolakan aliran). Nisbah keseimbangan optimum bagi kehilangan hidraulik, luas permukaan pertukaran haba, ciri berat dan saiz serta kuasa terma yang dikeluarkan adalah hasil gabungan pengiraan terma, hidraulik dan struktur TOA.
Semak pengiraan
Pengiraan pengesahan penukar haba dijalankan dalam kes apabila perlu untuk meletakkan margin dari segi kuasa atau dari segi luas permukaan pertukaran haba. Permukaan dikhaskan untuk pelbagai sebab dan dalam situasi yang berbeza: jika ia diperlukan oleh terma rujukan, jika pengilang memutuskan untuk membuat margin tambahan untuk memastikan bahawa penukar haba sedemikian akan mencapai rejim dan meminimumkan ralat yang dibuat dalam pengiraan. Dalam sesetengah kes, lebihan diperlukan untuk membulatkan keputusan dimensi yang membina, manakala dalam yang lain (penyejat, penjimat), margin permukaan diperkenalkan khas ke dalam pengiraan kuasa penukar haba, untuk pencemaran oleh minyak pemampat yang terdapat dalam litar penyejukan.. Dan kualiti air yang terukmesti diambil kira. Selepas beberapa lama operasi penukar haba tanpa gangguan, terutamanya pada suhu tinggi, skala mengendap pada permukaan pertukaran haba radas, mengurangkan pekali pemindahan haba dan tidak dapat dielakkan membawa kepada pengurangan parasit dalam penyingkiran haba. Oleh itu, seorang jurutera yang cekap, apabila mengira penukar haba air-ke-air, memberi perhatian khusus kepada lebihan tambahan permukaan pertukaran haba. Pengiraan pengesahan juga dijalankan untuk melihat cara peralatan yang dipilih akan berfungsi dalam mod kedua yang lain. Sebagai contoh, dalam penghawa dingin pusat (unit bekalan), pemanas pemanasan pertama dan kedua, yang digunakan pada musim sejuk, sering digunakan pada musim panas untuk menyejukkan udara yang masuk, membekalkan air sejuk ke tiub penukar haba udara. Cara ia akan berfungsi dan parameter yang akan diberikan, membolehkan anda menilai pengiraan pengesahan.
Pengiraan penerokaan
Pengiraan penyelidikan TOA dijalankan berdasarkan hasil pengiraan terma dan pengesahan yang diperolehi. Mereka perlu, sebagai peraturan, untuk membuat pindaan terakhir kepada reka bentuk radas yang direka. Ia juga dijalankan untuk membetulkan sebarang persamaan yang digabungkan dalam model pengiraan TOA yang dilaksanakan, yang diperolehi secara empirik (mengikut data eksperimen). Melaksanakan pengiraan penyelidikan melibatkan puluhan dan kadangkala ratusan pengiraan mengikut pelan khas yang dibangunkan dan dilaksanakan dalam pengeluaran mengikutteori matematik perancangan eksperimen. Berdasarkan keputusan, pengaruh pelbagai keadaan dan kuantiti fizikal pada penunjuk kecekapan TOA didedahkan.
Pengiraan lain
Apabila mengira kawasan penukar haba, jangan lupa tentang rintangan bahan. Pengiraan kekuatan TOA termasuk memeriksa unit yang direka bentuk untuk tekanan, untuk kilasan, untuk menggunakan momen kerja maksimum yang dibenarkan pada bahagian dan pemasangan penukar haba masa hadapan. Dengan dimensi minimum, produk mestilah kukuh, stabil dan menjamin operasi yang selamat dalam pelbagai, walaupun dalam keadaan operasi yang paling mencabar.
Pengiraan dinamik dijalankan untuk menentukan pelbagai ciri penukar haba dalam mod operasi berubah-ubah.
Jenis reka bentuk penukar haba
TOA Pemulihan mengikut reka bentuk boleh dibahagikan kepada bilangan kumpulan yang agak besar. Yang paling terkenal dan digunakan secara meluas ialah penukar haba plat, udara (tiub bersirip), cangkang-dan-tiub, penukar haba tiub-dalam-paip, cangkang-dan-plat dan lain-lain. Terdapat juga jenis yang lebih eksotik dan sangat khusus, seperti lingkaran (penukar haba gegelung) atau jenis tergores, yang berfungsi dengan cecair likat atau bukan Newtonian, serta banyak jenis lain.
Penukar haba paip dalam paip
Mari kita pertimbangkan pengiraan paling mudah bagi penukar haba "paip dalam paip". Dari segi struktur, TOA jenis ini dipermudahkan secara maksimum. Sebagai peraturan, mereka membiarkan ke dalam tiub dalam radaspenyejuk panas, untuk meminimumkan kerugian, dan penyejuk penyejuk dilancarkan ke dalam selongsong, atau ke dalam paip luar. Tugas jurutera dalam kes ini dikurangkan kepada menentukan panjang penukar haba sedemikian berdasarkan luas pengiraan permukaan pertukaran haba dan diameter yang diberikan.
Di sini adalah wajar ditambah bahawa dalam termodinamik konsep penukar haba yang ideal diperkenalkan, iaitu, radas dengan panjang tak terhingga, di mana pembawa haba berfungsi dalam arus berlawanan, dan perbezaan suhu dikerjakan sepenuhnya di antara mereka.. Reka bentuk paip dalam paip paling hampir untuk memenuhi keperluan ini. Dan jika anda menjalankan penyejuk dalam arus berlawanan, maka ia akan menjadi apa yang dipanggil "aliran balas sebenar" (dan tidak bersilang, seperti dalam TOA plat). Kepala suhu paling berkesan digunakan dengan organisasi pergerakan sedemikian. Walau bagaimanapun, apabila mengira penukar haba "paip dalam paip", seseorang harus realistik dan tidak melupakan komponen logistik, serta kemudahan pemasangan. Panjang eurotruck ialah 13.5 meter, dan tidak semua premis teknikal disesuaikan dengan tergelincir dan pemasangan peralatan sepanjang ini.
Penukar haba cangkerang dan tiub
Oleh itu, selalunya pengiraan radas sedemikian lancar mengalir ke dalam pengiraan penukar haba shell-dan-tiub. Ini adalah radas di mana satu bundle paip terletak dalam satu perumahan (selongsong), dibasuh oleh pelbagai penyejuk, bergantung pada tujuan peralatan. Dalam pemeluwap, sebagai contoh, penyejuk disalurkan ke dalam cangkerang, dan air disalurkan ke dalam tiub. Dengan kaedah pergerakan media ini, ia lebih mudah dan lebih cekap untuk dikawalpengendalian radas. Dalam penyejat, sebaliknya, penyejuk mendidih di dalam tiub, sementara ia dibasuh oleh cecair yang disejukkan (air, air garam, glikol, dll.). Oleh itu, pengiraan penukar haba shell-dan-tiub dikurangkan untuk meminimumkan dimensi peralatan. Bermain dengan diameter cangkerang, diameter dan bilangan paip dalaman serta panjang radas, jurutera mencapai nilai pengiraan luas permukaan pertukaran haba.
Penukar haba udara
Salah satu penukar haba yang paling biasa hari ini ialah penukar haba bersirip tiub. Mereka juga dipanggil ular. Di mana ia bukan sahaja dipasang, bermula dari unit gegelung kipas (dari kipas + gegelung Inggeris, iaitu "kipas" + "gegelung") dalam unit dalaman sistem belah dan berakhir dengan recuperator gas serombong gergasi (pengeluaran haba daripada gas serombong panas dan penghantaran untuk keperluan pemanasan) dalam loji dandang di CHP. Itulah sebabnya pengiraan penukar haba gegelung bergantung pada aplikasi di mana penukar haba ini akan beroperasi. Penyejuk udara industri (HOP) yang dipasang di ruang pembekuan letupan daging, penyejuk beku suhu rendah dan kemudahan penyejukan makanan lain memerlukan ciri reka bentuk tertentu dalam reka bentuknya. Jarak antara lamela (sirip) hendaklah sebesar mungkin untuk meningkatkan masa operasi berterusan antara kitaran nyahbeku. Penyejat untuk pusat data (pusat pemprosesan data), sebaliknya, dibuat sepadat mungkin dengan mengapit interlamellarjarak minimum. Penukar haba sedemikian beroperasi dalam "zon bersih", dikelilingi oleh penapis halus (sehingga kelas HEPA), oleh itu, pengiraan penukar haba tiub sedemikian dijalankan dengan penekanan pada meminimumkan dimensi.
Penukar haba plat
Pada masa ini, penukar haba plat berada dalam permintaan yang stabil. Mengikut reka bentuk mereka, ia boleh dilipat sepenuhnya dan separuh dikimpal, dipateri tembaga dan dipateri nikel, dikimpal dan dipateri dengan penyebaran (tanpa pateri). Pengiraan terma penukar haba plat agak fleksibel dan tidak memberikan sebarang kesulitan khusus untuk seorang jurutera. Dalam proses pemilihan, anda boleh bermain dengan jenis plat, kedalaman saluran penempaan, jenis sirip, ketebalan keluli, bahan yang berbeza, dan yang paling penting, banyak model saiz standard peranti dengan saiz yang berbeza. Penukar haba sedemikian adalah rendah dan lebar (untuk pemanasan wap air) atau tinggi dan sempit (pengasingan penukar haba untuk sistem penyaman udara). Mereka juga sering digunakan untuk media perubahan fasa, iaitu sebagai pemeluwap, penyejat, nyahpanas nyahpemanas, prakondenser, dsb. Pengiraan haba penukar haba dua fasa adalah lebih rumit sedikit daripada penukar haba cecair-cecair, walau bagaimanapun, bagi jurutera berpengalaman, tugas ini boleh diselesaikan dan tidak menimbulkan sebarang kesulitan tertentu. Untuk memudahkan pengiraan sedemikian, pereka moden menggunakan pangkalan data komputer kejuruteraan, di mana anda boleh menemui banyak maklumat yang diperlukan, termasuk gambar rajah keadaan mana-mana bahan pendingin dalam sebarang sapuan, sebagai contoh, program. CoolPack.
Contoh pengiraan penukar haba
Tujuan utama pengiraan adalah untuk mengira luas permukaan pertukaran haba yang diperlukan. Kuasa terma (penyejukan) biasanya dinyatakan dalam terma rujukan, bagaimanapun, dalam contoh kami, kami akan mengiranya, boleh dikatakan, untuk menyemak terma rujukan itu sendiri. Kadang-kadang ia juga berlaku bahawa ralat boleh merayap ke dalam data sumber. Salah satu tugas jurutera yang cekap ialah mencari dan membetulkan kesilapan ini. Sebagai contoh, mari kita mengira penukar haba plat jenis "cecair-cecair". Biarkan ini menjadi pemutus tekanan di bangunan tinggi. Untuk memunggah peralatan dengan tekanan, pendekatan ini sangat kerap digunakan dalam pembinaan bangunan pencakar langit. Di satu sisi penukar haba, kami mempunyai air dengan suhu masuk Tin1=14 ᵒС dan suhu keluar Тout1=9 ᵒС, dan dengan kadar aliran G1=14,500 kg / j, dan di sisi lain - juga air, tetapi hanya dengan parameter berikut: Тin2=8 ᵒС, Тout2=12 ᵒС, G2=18 125 kg/j.
Kami mengira kuasa yang diperlukan (Q0) menggunakan formula imbangan haba (lihat rajah di atas, formula 7.1), dengan Ср ialah kapasiti haba tentu (nilai jadual). Untuk kesederhanaan pengiraan, kami mengambil nilai pengurangan kapasiti haba Срв=4.187 [kJ/kgᵒС]. Mengira:
Q1=14,500(14 - 9)4, 187=303557. 5 [kJ/j]=84321, 53 W=84. 3 kW - pada bahagian pertama dan
Q2=18 125(12 - 8)4, 187=303557. 5 [kJ/j]=84321, 53 W=84. 3 kW - pada bahagian kedua.
Perhatikan bahawa, mengikut formula (7.1), Q0=Q1=Q2, tanpa mengiradi sebelah mana pengiraan dibuat.
Selanjutnya, menggunakan persamaan pemindahan haba utama (7.2), kita dapati luas permukaan yang diperlukan (7.2.1), di mana k ialah pekali pemindahan haba (diambil bersamaan dengan 6350 [W/m 2]), dan ΔТav.log. - purata perbezaan suhu logaritma, dikira mengikut formula (7.3):
ΔT log purata.=(2 - 1) / ln (2 / 1)=1 / ln2=1 / 0, 6931=1, 4428;
F kemudian=84321 / 63501, 4428=9.2 m2.
Apabila pekali pemindahan haba tidak diketahui, pengiraan penukar haba plat adalah sedikit lebih rumit. Mengikut formula (7.4), kita mengira kriteria Reynolds, di mana ρ ialah ketumpatan, [kg/m3], η ialah kelikatan dinamik, [Ns/m 2], v ialah halaju medium dalam saluran, [m/s], d cm ialah diameter basah bagi saluran [m].
Mengikut jadual, kami mencari nilai kriteria Prandtl [Pr] yang kami perlukan dan, menggunakan formula (7.5), kami memperoleh kriteria Nusselt, di mana n=0.4 - dalam keadaan pemanasan cecair, dan n=0.3 - dalam keadaan penyejukan cecair.
Seterusnya, menggunakan formula (7.6), kami mengira pekali pemindahan haba dari setiap penyejuk ke dinding, dan menggunakan formula (7.7), kami mengira pekali pemindahan haba, yang kami gantikan kepada formula (7.2.1) untuk mengira luas permukaan pertukaran haba.
Dalam formula yang ditunjukkan, λ ialah pekali kekonduksian terma, ϭ ialah ketebalan dinding saluran, α1 dan α2 ialah pekali pemindahan haba daripada setiap pembawa haba ke dinding.
