İstilik dəyişdiricisinin hesablanması: bir nümunə. Sahənin hesablanması, istilik mübadilə cihazının gücü

Hazırda istilik mübadiləsinin hesablanması beş dəqiqədən çox sürər. Bu avadanlıqları istehsal edən və satan hər bir təşkilat, bir qayda olaraq, hər kəsə öz seçim proqramı ilə təmin edir. Şirkətin veb saytından pulsuz yükləyə bilərsiniz və ya onların texniki mütəxəssisi ofisinizə gələcək və onu pulsuz olaraq quracaq. Ancaq belə hesablamaların nəticəsi nə qədər etibarlıdır və istehsalçını aldatmır və rəqibləri ilə tenderdə mübarizə aparmaq mümkün deyildir? Elektron kalkulyatorun yoxlanılması, müasir istilik dəyişdiricilərinin hesablanması üçün bilik və ya ən azı metodologiyanın başa düşülməsini tələb edir. Təlqinləri anlamağa çalışaq.

Bir istilik mübadiləsi nədir

İstilik dəyişdiricisini hesablamadan əvvəl, xatırlayaq, ancaq bu hansı cihazdır? İstilik və kütləvi ötürmə avadanlıqları (istilik eşanjörü, istilik eşanjörü və ya TOA) bir soyuducudan digərinə istilik ötürmək üçün bir cihazdır. İstilik daşıyıcılarının temperaturunu dəyişdirmə prosesində, onların sıxlığı və buna görə maddələrin kütlə indeksləri də dəyişir. Buna görə bu proseslər istilik və kütləvi mübadilə adlanır.

İstilik köçürmə növləri

İndi istilik mübadiləsi növləri haqqında danışaq - yalnız üçü var. Radiasiya - radiasiyaya görə istiliyin ötürülməsi. Bir nümunə olaraq, isti yay günündə çimərlikdə günəş batareyaları alaraq xatırlaya bilərsiniz. Belə istilik dəyişdiriciləri hətta bazarda (lampa havası qızdırıcıları) tapıla bilər. Ancaq daha tez-tez mənzildə oturma otağı və otaqları istilik üçün yağı və ya elektrik radiatorları alırıq. Bu istilik mübadiləsinin başqa növü - konveksiya nümunəsidir. Konveksiya təbii, məcburi (egzoz və qutuda recuperator) və ya mexaniki impuls (məsələn, bir fan ilə). Sonuncu növ daha təsirli olur.

Bununla yanaşı, istilik ötürülməsinin ən təsirli üsulu istilik yayımıdır, ya da, həmçinin ötürülmə (İngilis ötürülməsindən - "ötürücülük"). Bir istilik eşanjörünün istilik hesabını aparmaq niyyətində olan hər bir mühəndis ilk növbədə minimum ölçüdə səmərəli avadanlıq seçilməsi barədə düşünür. Buna nail olmaq üçün, istilik keçirilməsidir. Bunun bir nümunəsi, TOA plitə istilik dəyişdiriciləri üçün ən effektivdir. Tərif plitə TOA, tərifə uyğun olaraq, bir soyuducudan başqa birinə istilik transfer edən bir istilik mübadilə cihazıdır. İki mühit arasında düzgün seçilmiş materiallar, plaka profili və onların qalınlığı ilə birlikdə maksimum mümkün əlaqə sahəsi texnoloji prosesdə lazımi texniki xüsusiyyətləri qoruyarkən seçilmiş avadanlığın ölçüsünü minimuma endirmək imkanı verir.

İstilik dəyişdiricilərinin növləri

İstilik dəyişdiricisini hesablamadan əvvəl, onun növü ilə müəyyən edilir. Bütün TOA iki böyük qrupa bölünür: bərpaedici və bərpaedici istilik dəyişdiriciləri. Onların əsas fərqi aşağıdakılardır: recuperative TOA-da, istilik mübadiləsi iki istilik ötürmə vasitəsini ayıran divardan meydana gəlir və bərpa olunan iki mühitdə bir-biri ilə birbaşa əlaqə saxlayırlar, tez-tez qarışırlar və xüsusi ayırıcılarda növbəti ayırma tələb edirlər. Rejenerativ istilik dəyişdiriciləri qarışdırıcı və istilik dəyişdiricilərinə bir məmə ilə bölünür (sabit, düşən və ya aralıq). Sözsüz ki, soyuducuda sərinləmək üçün qurulan isti suyun bir hissəsi dondan və ya bir stəkan isti çaydan ibarətdir (bu heç vaxt!) - bu belə bir qarışıq TOA-a nümunədir. Bir saucerdə çay tökərək bu şəkildə soyuduğumuzda, bir nozzle olan bir regenerative istilik mübadiləsi nümunəsi (bu nümunədə olan saucer bir nozzinin rolunu oynayır), ilk olaraq ətrafdakı havanı əlaqələndirir və onun temperaturu alır və sonra istiliyin bir qismini isti çaydan dökülür Hər iki mühitin istilik balans rejiminə gətirilməsini istəyir. Ancaq biz artıq izah etdiyimiz kimi istilik ötürməsini bir atmosferdən digərinə ötürmək üçün istilik keçiriciliyindən daha səmərəli istifadə edir, bu gün də istilik ötürmələri (və geniş yayılmışdır) baxımından daha faydalıdır.

Termal və konstruktiv hesablama

Istilik, hidravlik və qüvvət hesablamalarının nəticələrinə əsasən bərpaedici istilik dəyişdiricisinin hesablanması mümkündür. Onlar yeni avadanlıqların dizaynı üçün məcburidir və eyni tipli aparatın xəttinin sonrakı modellərinin hesablanması üçün əsas təşkil edirlər. TOA-nın istilik hesablamasının əsas vəzifəsi istilik mübadiləsinin istikrarlı istifadəsi üçün istilik mübadiləsi səthinin lazımi sahəsini müəyyən etmək və lazım olan media parametrlərini çıxışa saxlamaqdır. Tez-tez belə hesablamalarda mühəndislər gələcək avadanlıqların (material, boru diametri, plaka ölçüləri, kiriş geometrisi, fin tipi və materialları və s.) Kütləvi ölçülü xüsusiyyətlərinin özbaşına dəyərlərini təyin edirlər. Buna görə termal analizdən sonra istilik mübadiləsinin struktur hesablanması aparılır. Birinci mərhələdə mühəndis, müəyyən bir boru diametri üçün məsələn, 60 mm məsafədə lazımi səth sahəsi hesablayırsa və istilik mübadilə cihazının uzunluğu təxminən altmış metrə çıxdıqda, çox keçidli bir istilik dəyişdiricisinə ya bir qab-tube tipinə keçmək və ya boruların diametrini artırmaq daha mantiqlıdır.

Hidravlik hesablama

Hidravlik və ya hidromekanik, eləcə də aerodinamik hesablamalar, istilik mübadilə cihazında hidravlik (aerodinamik) təzyiq itkilərini müəyyənləşdirmək və optimallaşdırmaq, həmçinin onları aradan qaldırmaq üçün enerji xərclərini hesablamaq üçün həyata keçirilir. Soyuducunun keçməsi üçün hər hansı bir kanal, kanal və ya borunun hesablanması bu sahədə ilkin istifadəni bu sahədə istilik mübadiləsinin gücləndirilməsini müəyyən edir. Yəni, bir vasitə ötürülməli, digərinin mümkün qədər çox istilik olmasını, onun axınının minimum aralığında olmalıdır. Bunu etmək üçün, əlavə bir istilik mübadiləsi səthi tez-tez inkişaf etmiş bir səthin formasında (sərhəd laminar sublayerin çıxarılması və axın turbulansını gücləndirmək üçün) istifadə olunur. Hidravlik itkilərin optimal balans nisbəti, istilik mübadiləsi səthinin sahələri, kütləvi ölçü xüsusiyyətləri və çıxarılmış istilik axını, TOA-nın termal, hidravlik və struktur hesablamalarının birləşməsidir.

Doğrulama hesablanması

İstilik dəyişdiricisinin verifikasiya hesablanması istilik mübadiləsi səthinin sahəsi və ya ehtiyatı üçün ehtiyat qoymaq lazım olduqda həyata keçirilir. Səth müxtəlif səbəblərdən və müxtəlif hallarda qorunur: əgər spesifikasiyanın tələb olunduğu təqdirdə, istehsalçı bu cür istilik mübadiləsinin rejimə daxil olacağına və hesablamalardakı səhvləri minimuma endirəcəyinə əmin olmaq üçün əlavə səhmlər verməyə qərar verərsə. Bəzi hallarda, struktur ölçülərin nəticələrini yumşaltmaq tələb olunur, digərlərində (buxarlandırıcılar, iqtisadçılar), istilik dəyişdiricisinin gücünün hesablanması səthində sintezatorda mövcud olan kompressor yağı ilə çirklənmə üçün səthin üzərində bir margin gətirir. Bəli, suyun keyfiyyəti nəzərə alınmalıdır. Xüsusilə yüksək temperaturda istilik dəyişdiricilərinin fasiləsiz istismarının bir müddətdən sonra aparılması cihazın istilik mübadiləsi səthinə yerləşdirilir, istilik ötürmə katsayısını azaldır və istənilən dərəcədə istilik yayılmasının parazitar azalmasına gətirib çıxarır. Bu səbəbdən, yetkin bir mühəndis, suyundan istilik eşanjörünü hesablayarkən, istilik mübadiləsi səthinin əlavə rezervinə xüsusi diqqət yetirir. Doğrulama hesablaması seçilmiş avadanlıqların digər, ikincil rejimlərdə necə fəaliyyət göstərəcəyini görmək üçün də həyata keçirilir. Məsələn, mərkəzi hava kondisionerləri (hava işləyən qurğular) ildə ilin soyuq dövründə istifadə olunan birinci və ikinci isitici kaloriferlər hava istiliyinin borularına soyuq su verərək daxil olan havanı yaymaq üçün tez-tez yayılırlar. Nə funksiya və parametrləri verəcəkləri, doğrulama hesablamasını qiymətləndirməyə imkan verir.

Araşdırma hesablamaları

TOA tədqiqat hesablamaları istilik və doğrulama hesablamalarının nəticələrinə əsaslanır. Onlar proqnozlaşdırılan aparatın dizaynında ən son dəyişiklikləri etmək üçün, bir qayda olaraq, zəruridirlər. Bunlar, eyni zamanda, empirik şəkildə (eksperimental məlumatlara görə) əldə edilən mümkün TOA modelində müəyyən edilmiş hər hansı tənliyi düzəltmək məqsədilə həyata keçirilir. Tədqiqat hesablamalarının həyata keçirilməsi, xüsusi plana əsasən, onlarca, bəzən yüzlərlə hesablamaların həyata keçirilməsini, təcrübədə planlaşdırmanın riyazi nəzəriyyəsinə əsasən istehsalda hazırlanmış və həyata keçirilməsini nəzərdə tutur . Nəticələrə əsaslanaraq, müxtəlif şəraitlərin və fiziki miqdarların təsirinin TOA-nın effektiv göstəricilərinə təsiri göstərilir.

Digər hesablamalar

İstilik değiştiricisinin sahəsini hesablayarkən, materialların müqaviməti barədə unutmayın. TOA-nın dayanıqlı hesablamalarında nəzərdə tutulmuş vahidi stress, burulma, gələcək istilik mübadiləsinin hissələri və qurğularına maksimum icazə verilən işləmə anlarını tətbiq etmək üçün yoxlanılır. Minimum ölçülərlə məhsul müxtəlif, hətta ən stresli iş şəraitində təhlükəsiz və etibarlı işləməlidir.

Dinamik hesablama, istilik mübadilə cihazının işlədilən dəyişən rejimlərində müxtəlif xüsusiyyətləri müəyyən etmək məqsədi ilə həyata keçirilir.

İstilik dəyişdiricilərinin növləri

Dizayn ilə bərpaçı TOA kifayət qədər çox sayda qrupa bölünür. Ən məşhur və geniş yayılmış istifadə olunan plitə istilik dəyişdiriciləri, hava (boru kəməri), qabıqlı və tüplü istilik dəyişdiriciləri, "boru içində boru" istilik dəyişdiriciləri, shell plitə istilik dəyişdiriciləri və s. Misal üçün, viskoz və ya qeyri-nyuton suyu ilə işləyən spiral (istilik eşşəkənli salyangoz) və ya qazıcı kimi digər ekzotik və dar xüsusi növlər də mövcuddur.

Boru-boru istilik dəyişdiriciləri

"Boru içində boru" istilik dəyişdiricisinin ən sadə hesablanmasına nəzər salaq. Struktur olaraq bu cür TOA mümkün qədər sadələşdirilir. Bir qayda olaraq, isti istilik daşıyıcısı aparatın daxili borusuna axırınca, itkilərin minimuma endirilməsi üçün mühərrikdə və ya xarici boruda bir soyuducu başlanır. Bu halda mühəndisin vəzifəsi istilik mübadiləsi səthinin və göstərilən diametrlərin hesablanmış sahəsinə əsaslanan belə bir istilik mübadiləsinin uzunluğunu müəyyən etmək üçün azaldır.

Burada termodinamikdə ideal bir istilik mübadiləsi konsepsiyası tətbiq olunur, yəni, səth daşıyıcılarının qarşı axında işlədiyi sonsuz uzunluqlu bir aparat və onların arasında bir temperatur başlığı tamamilə aktivləşdirilir. Bu tələblərə ən yaxın boru-boru dizaynı. Əgər soyuducuya qarşı bir cərəyanla başlasanız, "real əks counter" (plitə TOA-da olduğu kimi deyil) kimi qəbul olunacaq. İstilik başı belə bir nəqliyyat təşkilatı ilə maksimum məhsuldarlığı təmin edir. Lakin, "boru-boru" istilik dəyişdiricisi hesablanması həyata keçirərkən, bir realist olmalıdır və logistika komponenti, habelə quraşdırılması rahatlığı. Avropanın uzunluğu 13,5 metrdir və bütün texniki otaqlar bu uzunluğun sökülməsi və montajına uyğundur.

Shell və boru istilik dəyişdiriciləri

Buna görə də, tez-tez bu cür cihazın hesablanması asanlıqla qabığın və tüpün istilik mübadiləsinin hesablanmasına axır . Boru paketinin vahid bir qabığın içərisində olduğu bu cihaz, müxtəlif məqsədli istilik daşıyıcıları tərəfindən avadanlıqların məqsədinə görə yuyulur. Kondenserlərdə, məsələn, soyuducu suya çəkilərək, suyun borulara salınması təmin edilir. Bu orta hərəkət üsulu ilə aparatın işini idarə etmək daha rahat və daha səmərəli olur. Buxarlayıcılarda, əksinə, soyuducu borularda qaynar, soyudulmuş bir maye (su, brin, glikol və s.) Ilə yuyulur. Buna görə, qabığın və boruların istilik mübadiləsinin hesablanması avadanlıqların ölçülərini minimuma endirir. Mühərrikin diametri, daxili boruların diametri və sayı və aparatın uzunluğu ilə oynarkən, mühəndis istilik mübadiləsi səthinin ərazisinin hesablanmış dəyərinə daxil olur.

Hava istilik dəyişdiriciləri

Bu gün üçün ən çox yayılmış istilik dəyişdiricilərindən biri boru kəməri ilə işlənmiş istilik dəyişdiriciləridir. Bunlara da kəmərlər deyilir. Split sistemlərin iç bölmələrində və nəhəng baca qazı bərpası ilə bitən fan qövslərindən (fan + coil, yəni "fan + coil" dan) quraşdırılmırlar (isti baca qazından və ötürülmədən istilik çıxarılması) Istilik məqsədləri üçün) CHPP-də qazan bitkilərində. Bu səbəbdən, qaynaq istiliyinin hesablanması bu istilik mübadilə cihazının işə salacağı tətbiqə bağlıdır. Aşağıdakı temperaturun dondurma otağında və digər soyuducu soyuducu obyektlərində duzlu dondurma kameralarına quraşdırılmış sənaye soyuq hava soyuducuları (VOPs) onların performansında müəyyən dizayn xüsusiyyətlərini tələb edir. Defrost dövrü arasında davamlı işin vaxtını artırmaq üçün lamellər arasındakı məsafə maksimum olmalıdır. Məlumat mərkəzləri üçün buxarlayıcılar (məlumat mərkəzləri) əksinə, mümkün qədər kompakt hala gətirirlər, interlam məsafəsini minimuma endirirlər. Belə istilik dəyişdiriciləri "təmiz zonalarda" fəaliyyət göstərir, gözəl filtrlərlə əhatə olunur (sinif HEPA-a qədər), beləliklə boru şəklində istilik eşanjörünün hesablanması ölçəni minimuma endirməklə həyata keçirilir.

Plate Isı Eşanjörleri

Hazırda plitə istilik dəyişdiriciləri sabit tələb edirlər. Dizaynlarına əsasən onlar diffuziya metodu (lehimsiz) ilə tamamilə yığılacaq və yarı qaynaqlı, mis-lehimli və nikellə örtülmüş, qaynaqlanır və qaynaqlanır. Plitə istilik mübadiləsinin istilik hesabı kifayət qədər çevikdir və mühəndis üçün xüsusi bir çətinlik yoxdur. Seçim prosesində plitələrin tipini, qanadlı kanalların dərinliyini, qanadların tipini, poladın qalınlığını, müxtəlif materialları və ən başlıcası, müxtəlif ölçülü cihazların çoxsaylı standart modellərini oynaya bilərsiniz. Belə istilik dəyişdiriciləri aşağı və genişdir (buxar suyu istilik üçün) və ya yüksək və dar (kondisioner sistemləri üçün ayırıcı istilik değiştiriciler). Onlar tez-tez mərhələyə keçid, yəni kondensatorlar, evaporatörler, desuperheaters, precondensors, və s. Kimi mühitlərdə istifadə olunur. İki fazlı sxemdə işləyən bir istilik əvəzləyicisinin istilik hesabının aparılması maye-maye istilik dəyişdiricisindən daha az mürəkkəbdir; Təcrübəli mühəndis, bu problem həlledici və müəyyən bir mürəkkəbliyi təmsil etmir. Belə hesablamaları asanlaşdırmaq üçün, müasir dizaynerlər mühəndis kompüter məlumat bazalarını istifadə edirlər, burada hər hansı bir tarama zamanı, məsələn, CoolPack proqramı olan hər hansı bir soyuducu diaqramını da daxil edə bilərsiniz.

İstilik dəyişdirici hesablama nümunəsi

hesablanması əsas məqsədi lazım istilik mübadiləsi səthinin sahəsi hesablanması edir. Heat (soyuducu) enerji adətən yalnız istinad baxımından müəyyən edilir, lakin, məsələn, biz, demək, üçün, tələblər dəqiqləşdirilməsi çek onun hesablamaq edəcək. Bəzən də orijinal data səhv dırmaşmaq bilər ki, olur. səlahiyyətli mühəndis vəzifələrindən biri - tapmaq və düzeltmek üçün bu səhv. "- maye maye" Məsələn, hesablanması nömrəli qurğu həyata keçirir. Bu çoxmərtəbəli binada separator circuit (təzyiq breaker) olsun. avadanlıq təzyiqi rahatlaşdırmaq üçün, göydələnlər tikintisi çox tez-tez bu yanaşma istifadə olunur. qurğu bir tərəfində giriş Tvh1 = 14 ᵒS və exit Tvyh1 = 9 ᵒS su var və bir axın G1 = 14 500 kg / h və digər - ancaq burada aşağıdakı parametrləri ilə də su: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

xüsusi istilik tutumu (cədvəl dəyər) - zəruri güc (Q0) istilik balansı formula (yuxarıda rəqəm formula 7.1 görmək ..), Cp hesablamaq. hesablamalar sadəlik üçün bu dəyərlər istilik tutumu eot = 4,187 [kC / kq * ᵒS] edir. Biz hesab:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [kC / h] = W = 84,3 84321.53 kW - ilk tərəfində və

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4,187 = 303557,5 [kC / h] = W = 84,3 84321.53 kW - ikinci tərəfdən.

asılı olmayaraq həyata keçirilir hesablanması olan tərəfi, formula (7.1), Q0 = Q1 = Q2 görə ki, unutmayın.

istilik transfer əmsalı (6350 [W / ^m2] bərabər ^{fərz) və} ΔTsr.log - Bundan əlavə, əsas istilik transfer tənlik (7,2), biz lazımi səth k sahəsi (7.2.1), tapa bilərsiniz. - orta temperatur fərqi düstur (7.3) ilə hesablanır:

? T sr.log. = (2 - 1) / ln (2/1) = 1 / LN2 = 1 / 0.6931 = 1.4428;

F = 84321/6350 * 1.4428 = 9.2 m ^2.

istilik transfer əmsalı məlum deyil halda, hesablanması bir az daha mürəkkəb boşqab regenerator edir. Formula (7.4) Reynolds sayı hesab olunur ρ - sıxlığı [kq / ^m3] η - dinamik özlülük, [N * s / m ^2], v - kanal orta sürət [m / s], d sm - Suda həll olunan buruq diametri [m].

maye istilik şərait, və n = 0,3 - - masa biz tələb dəyər Prandtl [Pr] və formula (7.5) axtarmaq, biz Nusselt sayı, n = 0,4 almaq maye şəraitdə soyutma.

Bundan əlavə, formula (7.6) hər divar Soğutucu istilik transfer əmsalı hesablanır və formula (7,7) istilik mübadiləsi səthinin sahəsi hesablamaq üçün düstur (7.2.1) ilə əvəz olunur istilik transfer əmsalı, ehtimal edilir.

Yuxarıda düsturlar, λ - istilik keçiriciliyi əmsalı, ϭ - istilik transfer divar hər istilik transfer əmsalları - kanal divar, α1 və α2 qalınlığı.