Perhitungan penukar panas: contoh. Perhitungan daerah, kekuatan penukar panas

Perhitungan penukar panas sekarang membutuhkan waktu kurang dari lima menit. Setiap organisasi yang memproduksi dan menjual peralatan tersebut biasanya memberikan setiap orang program rekrutmen mereka sendiri. Hal ini dapat didownload secara gratis dari situs perusahaan atau teknisi mereka akan datang ke kantor Anda dan menginstalnya secara gratis. Namun, sebagai hasil dari perhitungan tersebut benar, dapat kita percaya padanya dan tidak menjadi pintar jika produsen dengan memerangi dalam tender dengan pesaingnya? Memeriksa kalkulator elektronik membutuhkan pengetahuan atau setidaknya pemahaman metode modern perhitungan penukar panas. Mari kita coba untuk memilah rincian.

Apa yang dimaksud dengan penukar panas

Sebelum melakukan perhitungan penukar panas, mari kita ingat, dan jenis alat tersebut? Teplomassoobmennyh aparat (alias penukar panas, juga dikenal sebagai aparat pertukaran panas atau TOA) - perangkat untuk transfer panas dari satu pendingin yang lain. Dalam proses perubahan suhu pendingin juga mengubah kerapatan mereka dan, sesuai, massa indeks zat. Itu sebabnya proses tersebut disebut sebagai perpindahan panas dan massa.

jenis perpindahan panas

Sekarang mari kita bicara tentang jenis perpindahan panas - hanya ada tiga. Radiasi - transfer panas oleh radiasi. Sebagai contoh, kita dapat mengingat berjemur di pantai pada hari musim panas yang hangat. Dan bahkan penukar panas ini dapat ditemukan di pasar (pemanas tabung udara). Namun, paling sering untuk pemanasan rumah, kamar di apartemen kita membeli minyak atau pemanas listrik. Ini adalah contoh dari jenis lain dari perpindahan panas - konveksi. Konveksi alami, tak sadar (ekstrak, dan di dalam kotak harus penukar) atau dengan drive mekanis (dengan kipas angin, misalnya). Jenis terakhir ini jauh lebih efektif.

Namun, metode yang paling efektif perpindahan panas - adalah konduktivitas termal, atau, seperti yang disebut, konduksi (konduksi Bahasa Inggris -. "Konduktivitas"). Setiap insinyur yang akan memegang desain termal dari penukar panas, pertama-tama berpikir tentang bagaimana memilih peralatan efisien dalam minimal ruang. Dan itu berhasil mencapai ini adalah dengan konduksi. Contoh dari ini adalah yang paling efektif untuk tanggal TOA - pelat penukar panas. Piring TOA dengan definisi - penukar panas yang memindahkan panas dari pendingin satu sama lain melalui dinding yang memisahkan mereka. Maksimum yang mungkin bidang kontak antara dua media bersama-sama dengan bahan yang dipilih benar, dan piring profil mereka dimensi ketebalan yang dipilih untuk meminimalkan hardware sambil menjaga karakteristik teknis asli diperlukan dalam proses.

jenis penukar panas

Sebelum Anda melakukan perhitungan penukar panas ditentukan oleh jenisnya. Semua TOA dapat dibagi menjadi dua kelompok besar: penyembuhan dan regeneratif penukar panas. The diantaranya Perbedaan utama adalah sebagai berikut: di TOA pertukaran panas penyembuhan terjadi melalui dinding yang memisahkan media dua panas, dan datang dalam kontak dengan satu sama lain dalam dua media yang regeneratif, sering membutuhkan berikutnya pencampuran dan pemisahan di pemisah khusus. penukar panas regeneratif dibagi menjadi penukar panas dan pencampuran dengan nozzle (insiden stasioner atau menengah). Secara kasar, seember air panas, disiapkan dalam dingin, atau segelas teh panas, menempatkan didinginkan di dalam lemari es (tidak pernah tidak melakukan!) - ini adalah contoh dari TOA pencampuran tersebut. Sebuah menuangkan teh piring dan pendinginan itu sehingga kita mendapatkan contoh dari penukar panas regeneratif dengan nozzle (piring, dalam contoh ini memainkan bagian nozzle), yang pertama kali dihubungi dengan udara ambien dan mengambil suhu, dan kemudian memilih bagian dari panas dituangkan ke dalamnya teh panas mencari baik memimpin media untuk modus kesetimbangan termal. Namun, seperti yang kita telah menemukan penggunaan yang lebih efisien dari konduktivitas termal untuk mentransfer panas dari satu medium ke lainnya, oleh karena itu, lebih berguna dalam hal perpindahan panas (dan banyak digunakan) TOA hari ini - tentu saja, penyembuhan.

perhitungan termal dan struktural

Setiap perhitungan penukar panas regeneratif dapat dibuat berdasarkan hasil termal, perhitungan hidrolik dan kekuatan. Mereka adalah fundamental, sangat diperlukan untuk desain peralatan baru dan teknik merupakan dasar untuk menghitung model berikutnya dari jenis yang sama dari garis perangkat. Tugas utama dari perhitungan TOA termal adalah untuk menentukan daerah panas diperlukan permukaan pertukaran untuk operasi yang stabil dari penukar panas dan menjaga parameter yang diperlukan outlet media. Cukup sering dalam perhitungan seperti insinyur diberikan nilai-nilai sewenang-wenang dari berat dan ukuran karakteristik peralatan masa depan (material, diameter tabung, piring, dimensi, balok geometri, jenis dan bahan finning et al.), Namun setelah panas biasanya dilakukan perhitungan konstruktif exchanger. Setelah semua, jika langkah insinyur pertama dianggap luas permukaan yang diperlukan untuk pipa diameter tertentu, misalnya, 60 mm, dan panjang penukar panas sehingga berubah sekitar enam puluh meter, adalah logis untuk mengasumsikan transisi multistage penukar panas atau tabung jenis bundel, atau untuk meningkatkan diameter tabung.

perhitungan hidrolik

perhitungan hidrolik atau hidro-mekanis dan aerodinamis dilakukan untuk mengidentifikasi dan mengoptimalkan hidrolik (aerodinamis) kehilangan tekanan di penukar panas, dan untuk menghitung konsumsi energi untuk mengatasinya. Perhitungan setiap jalan, saluran atau pipa untuk bagian media pemanas menghadapkan tugas utama manusia - untuk mengintensifkan proses pertukaran panas di situs. Artinya, salah satu media harus lulus, dan yang lainnya adalah untuk mendapatkan lebih banyak panas pada interval minimal nya saja. Hal ini sering berlaku tambahan permukaan pertukaran panas dalam bentuk permukaan sirip dikembangkan (untuk pemisahan laminar sublayer batas dan meningkatkan aliran turbulensi). hubungan keseimbangan optimal kerugian hidrolik, bidang permukaan panas pertukaran, berat dan ukuran karakteristik, dan output panas ditarik adalah hasil dari panas, hidrolik dan konstruktif perhitungan TOA agregat.

memeriksa perhitungan

Verifikasi penukar panas dilakukan dalam kasus di mana perlu untuk meletakkan cadangan daya dari setiap luas permukaan pertukaran panas. Permukaan cadangan untuk alasan yang berbeda dan dalam situasi yang berbeda, jika demikian diperlukan oleh kerangka acuan, jika produsen memutuskan untuk membuat margin tambahan untuk benar-benar yakin bahwa panas ini akan dirilis pada rezim, dan untuk meminimalkan kesalahan dalam perhitungan. Dalam beberapa kasus, pemesanan diperlukan untuk pembulatan struktural dimensi hasil di lain (evaporator, economizers) di perhitungan kapasitas dari penukar panas khusus diperkenalkan permukaan margin pada minyak kompresor kontaminasi hadir di sirkuit pendingin. Ya, dan kualitas air yang buruk harus diperhitungkan. Setelah beberapa saat, kelancaran penukar panas, terutama pada suhu tinggi, sampah yang mengendap di permukaan aparat pertukaran panas, mengurangi koefisien perpindahan panas, dan pasti mengarah ke penurunan lepas landas panas parasit. Oleh karena itu insinyur yang kompeten, perhitungan penukar panas "air-air", memberikan perhatian khusus untuk cadangan tambahan permukaan pertukaran panas. Memeriksa perhitungan dan menghabiskan untuk melihat bagaimana peralatan yang dipilih akan bekerja pada, mode sekunder lainnya. Misalnya, dalam pendingin udara sentral (instalasi udara-supply) pemanas untuk pertama dan kedua pemanas yang digunakan di musim dingin, dan sering melibatkan musim panas untuk pendinginan pasokan makan udara air dingin ke dalam tabung penukar panas udara. Bagaimana mereka berfungsi dan apa yang akan memberikan parameter untuk mengevaluasi perhitungan span.

perkiraan penelitian

perhitungan TOA Penelitian yang dilakukan atas dasar hasil perhitungan termal dan verifikasi. Mereka perlu, sebagai suatu peraturan, untuk membuat perubahan terbaru untuk struktur perangkat yang dirancang. Mereka juga dilakukan untuk memperbaiki persamaan diletakkan dalam model perhitungan dilaksanakan TOA diperoleh secara empiris (untuk data percobaan). Melakukan penelitian melibatkan perhitungan puluhan dan bahkan ratusan perhitungan dengan rencana khusus, dikembangkan dan diimplementasikan dalam produksi sesuai dengan teori matematika desain eksperimen. Menurut hasil mengungkapkan pengaruh kondisi yang berbeda dan jumlah fisik pada indikator kinerja TOA.

perhitungan lainnya

Perhitungan daerah penukar panas, jangan lupa tentang ketahanan bahan. perhitungan kekuatan TOA termasuk memeriksa unit diproyeksikan untuk tegangan, lampiran torsi dengan maksimal saat bekerja diijinkan terhadap detail dan node dari masa depan penukar panas. Dengan dimensi minimal produk harus kuat, stabil dan memastikan operasi yang aman di berbagai, bahkan kondisi yang paling berat.

Perhitungan dinamis dilakukan untuk mengetahui berbagai karakteristik penukar panas pada mode operasi variabel.

Jenis desain penukar panas

TOA penyembuhan dalam desain dapat dibagi menjadi sejumlah cukup besar dari kelompok. Yang paling dikenal dan banyak digunakan - sebuah pelat penukar panas, udara (bersirip tabung), shell dan tube heat exchanger "pipa dalam pipa", shell-dan-piring, dan lain-lain. Ada lebih tinggi jenis khusus dan eksotis, misalnya, spiral (koklea-exchanger) atau pengikis, yang bekerja dengan cairan kental atau non-Newtonian, dan banyak jenis lainnya.

Penukar panas "tabung dalam tabung"

Pertimbangkan perhitungan sederhana dari penukar panas "tabung dalam tabung". Secara struktural, jenis TOA adalah maksimal disederhanakan. Selama start up aparat ban dalam, biasanya panas fluida perpindahan panas untuk meminimalkan kerugian, dan menjadi perumahan atau ke tabung luar, pendingin pendingin dijalankan. Insinyur Tugas dalam hal ini untuk mengurangi penentuan panjang penukar panas atas dasar luas permukaan pertukaran dihitung panas dan diameter yang telah ditentukan.

Perlu menambahkan bahwa dalam termodinamika memperkenalkan konsep penukar panas yang ideal, yaitu dari satuan panjang yang tak terbatas, di mana pendingin bekerja di counter, dan antara perbedaan suhu sepenuhnya dipicu. Desain "pipa dalam pipa" terdekat memenuhi persyaratan ini. Dan jika menjalankan cairan perpindahan panas lawan, itu akan menjadi apa yang disebut "kontra-nyata" (sebagai lawan lintas seperti di piring TOA). tekanan suhu yang paling efektif dipicu ketika sebuah organisasi lalu lintas. Namun, melakukan "pipa dalam pipa" perhitungan penukar panas harus realistis dan tidak melupakan komponen logistik, serta kemudahan instalasi. panjang evrofury - 13,5 m, dan tidak semua fasilitas teknis disesuaikan dengan selip dan instalasi peralatan panjang tersebut.

Shell dan tabung penukar panas

Oleh karena itu, bagian dari perhitungan alat tersebut lancar mengalir ke perhitungan shell dan tube penukar panas. peralatan ini, dimana tabung bundel dalam kasus tunggal (casing), dicuci dengan pendingin yang berbeda, tergantung pada peralatan tujuan. Dalam kapasitor, misalnya, berjalan di jaket pendingin, dan air - dalam sebuah tabung. Dengan metode ini lalu lintas lingkungan lebih mudah dan lebih efisien untuk mengendalikan operasi unit. Dalam evaporator, sebaliknya, refrigeran mendidih dalam tabung dan mereka dicuci dengan cairan didinginkan (air, air asin, glikol, dll). Oleh karena itu, perhitungan-tabung penukar panas berkurang untuk memperkecil ukuran peralatan. Bermain dengan diameter casing, diameter dan jumlah dan panjang dalam insinyur aparat pipa memasuki nilai yang dihitung dari luas permukaan pertukaran panas.

penukar panas udara

Salah satu yang paling umum dengan penukar panas jauh - sebuah bersirip penukar panas tabung. Mereka disebut kumparan. Di mana mereka tidak hanya disesuaikan mulai dari fancoils (dari bahasa Inggris. Fan + coil, yaitu, "penggemar" + "coil") di blok internal yang sistem untuk raksasa recuperator gas buang (pemilihan panas berpisah dari gas buang panas dan perpindahan untuk pemanasan) di boiler di CHP. Itulah sebabnya perhitungan penukar coil tergantung pada aplikasi, di mana panas pergi ke dalam operasi. pendingin udara industri (VOPy) dipasang di ruang daging shock-beku, di freezer pada suhu rendah dan benda-benda lain dari pendingin makanan, memerlukan fitur struktural tertentu dalam desain mereka. Jarak antara lamella (fin) harus dimaksimalkan untuk meningkatkan waktu operasi terus-menerus antara siklus defrost. Alat penguap untuk DC (data center), sebaliknya, membuat kemungkinan menjepit mezhlamelnye jarak lebih kompak untuk minimum. penukar panas tersebut beroperasi di "zona murni", dikelilingi oleh saringan halus (sampai dengan HEPA grade), namun, perhitungan ini dilakukan dari penukar panas tubular dengan penekanan pada meminimalkan dimensi keseluruhan.

pelat penukar panas

permintaan saat ini stabil untuk pelat penukar panas. Menurut desain konstruktif, mereka sepenuhnya gasketed dan semi-dilas, dan mednopayanymi nikelpayanymi, dilas dan metode difusi brazing (tanpa solder). desain termal dari pelat penukar panas cukup fleksibel dan tidak terlalu sulit untuk insinyur. Proses seleksi dapat memainkan jenis piring, saluran dalam membentuk, jenis fin, ketebalan baja, bahan yang berbeda dan, yang paling penting - banyak model ukuran standar dari perangkat yang berbeda ukuran. penukar panas tersebut rendah dan lebar (untuk pemanasan uap air) atau tinggi dan sempit (pemisahan penukar panas untuk sistem AC). Mereka sering digunakan, dan media dengan fase transisi, yaitu sebagai kondensor, evaporator, pendingin uap, predkondensatorov dan sebagainya. D. Melakukan desain termal penukar panas beroperasi pada pola biphasic, sedikit lebih sulit daripada penukar panas dari "cair-cair", tapi untuk berpengalaman insinyur masalah ini dipecahkan dan tidak terlalu sulit. Untuk memudahkan perhitungan ini desainer teknik modern menggunakan database komputer, di mana Anda dapat menemukan banyak informasi yang diperlukan, termasuk diagram fase dari setiap refrigeran dalam modus beruntun, misalnya, program CoolPack.

Perhitungan Contoh exchanger

Tujuan utama dari perhitungan adalah perhitungan luas permukaan pertukaran panas yang diperlukan. Panas (pendinginan) listrik biasanya ditentukan dalam kerangka acuan, tetapi dalam contoh kita akan menghitung dan dia, untuk, katakanlah, cek persyaratan spesifikasi. Kadang-kadang juga terjadi bahwa data asli dapat merayap kesalahan. Salah satu tugas dari seorang insinyur yang kompeten - kesalahan ini untuk menemukan dan memperbaiki. Sebagai contoh, melakukan perhitungan pelat penukar panas dari "cair - cair". Biarkan menjadi sirkuit pemisah (pemutus tekanan) di gedung bertingkat tinggi. Dalam rangka untuk meringankan tekanan pada peralatan, pembangunan gedung pencakar langit yang sangat sering digunakan pendekatan ini. Di satu sisi penukar panas memiliki air di pintu masuk Tvh1 = 14 ᵒS dan keluar Tvyh1 = 9 ᵒS, dan G1 laju aliran = 14 500 kg / jam, dan di sisi lain - juga air, tapi di sini dengan parameter berikut: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / jam.

daya yang diperlukan (Q0) menghitung rumus keseimbangan termal (lihat gambar di atas, rumus 7.1 ..), Dimana Cp - kapasitas termal tertentu (nilai tabel). Untuk kesederhanaan perhitungan nilai-nilai ini mengambil kapasitas panas EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Kami menganggap:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4,187 = 303.557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - di sisi pertama dan

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4,187 = 303.557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84.321,53 kW - di sisi kedua.

Perhatikan bahwa, menurut rumus (7.1), Q0 = Q1 = Q2, terlepas dari sisi mana perhitungan dilakukan.

Selanjutnya, dalam persamaan perpindahan panas utama (7.2), kita menemukan daerah yang diperlukan permukaan (7.2.1), di mana k - koefisien perpindahan panas (diasumsikan sama dengan 6350 [W / ^m2]), dan ΔTsr.log. - Perbedaan rata-suhu, dihitung dengan rumus (7.3):

? T sr.log. = (2 - 1) / ln (2/1) = 1 / LN2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F adalah = 84321/6350 * 1,4428 = 9,2 m ^2.

Dalam kasus di mana koefisien perpindahan panas tidak diketahui, perhitungan sedikit lebih rumit pelat penukar panas. Formula (7,4) dianggap bilangan Reynolds di mana ρ - densitas [kg / ^m3], η - viskositas dinamis, [N * s / m ^2], v - kecepatan medium di saluran [m / s], d cm - diameter bore dibasahi [m].

Dari tabel kita mencari nilai yang diperlukan Prandtl [Pr], dan rumus (7.5), kita memperoleh jumlah Nusselt, di mana n = 0,4 - kondisi pemanasan cair, dan n = 0,3 - pendinginan dalam kondisi cair.

Selanjutnya, rumus (7.6) dihitung koefisien perpindahan panas dari pendingin ke setiap dinding, dan rumus (7.7) diasumsikan koefisien perpindahan panas, yang disubstitusi dalam rumus (7.2.1) untuk menghitung luas permukaan pertukaran panas.

Dalam rumus di atas, λ - koefisien konduksi termal, ϭ - ketebalan dinding saluran, α1 dan α2 - perpindahan panas koefisien dari masing-masing dinding perpindahan panas.