Pagkalkula ng init exchanger: isang halimbawa. Pagkalkula ng lugar, kapangyarihan ng init exchanger

Ang pagkalkula ng init exchanger ay kasalukuyang tumatagal ng hindi hihigit sa limang minuto. Ang anumang organisasyon na gumagawa at nagbebenta ng naturang kagamitan, bilang panuntunan, ay nagbibigay ng lahat ng may sariling programa ng pagpili. Maaaring ma-download ito nang libre mula sa website ng kumpanya, o ang kanilang teknikal na espesyalista ay darating sa iyong opisina at i-install ito nang libre. Gayunpaman, kung gaano kahusay ang resulta ng naturang mga kalkulasyon, posible bang magtiwala sa kanya at huwag lokohin ang producer, nakikipaglaban sa isang malambot sa kanyang mga kakumpitensya? Ang pagsuri sa elektronikong calculator ay nangangailangan ng kaalaman o hindi bababa sa pag-unawa sa pamamaraan para sa pagkalkula ng mga modernong exchangers ng init. Subukan nating maunawaan ang mga detalye.

Ano ang isang init exchanger

Bago kalkulahin ang exchanger ng init, tandaan natin, ngunit anong uri ng aparato ito? Ang init at mass transfer equipment (isang init exchanger, isang exchanger ng init, o TOA) ay isang aparato para sa paglilipat ng init mula sa isang coolant papunta sa isa pa. Sa proseso ng pagpapalit ng mga temperatura ng mga carrier ng init, ang kanilang mga densidad at, gayundin, ang mga index ng masa ng mga sangkap ay nagbabago rin. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga prosesong ito ay tinatawag na init at mass exchange.

Mga uri ng paglipat ng init

Ngayon makipag-usap tayo tungkol sa mga uri ng heat exchange - mayroon lamang tatlong. Radiation - ang paglipat ng init dahil sa radiation. Bilang halimbawa, maaari mong matandaan ang pagkuha ng mga sun bath sa beach sa isang mainit na araw ng tag-araw. At ang mga naturang heat exchangers ay maaaring matagpuan sa merkado (lampara heaters). Gayunpaman, kadalasan para sa pagpainit ng mga silid na may buhay, mga kuwarto sa apartment, bumili kami ng langis o de-kuryenteng radiator. Ito ay isang halimbawa ng isa pang uri ng heat exchange - kombeksyon. Ang convection ay natural, sapilitang (ubusin, at sa kahon ay recuperator) o may mekanikal na salpok (na may isang tagahanga, halimbawa). Ang huli ay mas epektibo.

Gayunpaman, ang pinaka-epektibong paraan ng paglilipat ng init ay ang pagpapadaloy ng init, o, dahil ito ay tinatawag ding, pagpapadaloy (mula sa pagpapadaloy ng Ingles - "kondaktibiti"). Anumang engineer na nagnanais na magsagawa ng pagkalkula ng init ng isang exchanger ng init una sa lahat ay tungkol sa pagpili ng mahusay na kagamitan sa pinakamababang dimensyon. At upang makamit ito, ito ay dahil sa pagpapadaloy ng init. Ang isang halimbawa ng mga ito ay ang pinaka-epektibo sa petsa TOA - plate init exchanger. Ang plate TOA, ayon sa kahulugan, ay isang heat exchanger na naglilipat ng init mula sa isang coolant papunta sa isa pa sa pamamagitan ng dingding na naghihiwalay sa kanila. Ang pinakamataas na posibleng lugar ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng dalawang media na may kumbinasyon na may wastong napiling mga materyales, ang profile ng plate at ang kanilang kapal ay ginagawang posible upang mabawasan ang laki ng napiling kagamitan habang pinapanatili ang mga paunang teknikal na katangian na kinakailangan sa proseso ng teknolohiko.

Mga uri ng mga exchanger ng init

Bago ang pagkalkula ng init exchanger, tinutukoy ito sa uri nito. Ang lahat ng TOA ay maaaring nahahati sa dalawang malalaking grupo: mapagpahusay at nagbabagong nagbago ng init. Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay ang mga sumusunod: sa recuperative TOA, ang init exchange ay nangyayari sa pamamagitan ng pader na naghihiwalay sa dalawang media ng paglipat ng init, at sa nagbabagong dalawang kapaligiran na mayroon silang direktang pakikipag-ugnayan sa isa't isa, madalas na paghahalo at nangangailangan ng kasunod na paghihiwalay sa mga espesyal na separator. Ang mga nagbabagong init ng nagbabagong init ay nahahati sa paghahalo at mga exchanger ng init na may isang nozzle (walang galaw, bumabagsak o intermediate). Magaspang na pagsasalita, isang timba ng mainit na tubig, nakalantad sa hamog na nagyelo, o isang baso ng maiinit na tsaa, na itinakda upang palamig sa refrigerator (huwag gawin ito!) - ito ay isang halimbawa ng isang paghahalo ng TOA. At sa pamamagitan ng pagbuhos ng tsaa sa isang platito at pagpapakain ito sa ganitong paraan, nakakakuha tayo ng isang halimbawa ng isang nagbabagong init ng init na may isang nguso ng gripo (ang platito sa halimbawang ito ay naglalaro ng isang nozzle), na unang nakikipag-ugnay sa nakapaligid na hangin at tumatagal ng temperatura nito, at pagkatapos ay tumatagal ng ilang init mula sa mainit na tsaa na ibinuhos dito , Paghahanap upang dalhin ang parehong mga kapaligiran sa isang thermal rehimyento balanse. Gayunpaman, tulad ng ipinaliwanag na namin, mas mahusay na gamitin ang thermal kondaktibiti upang maglipat ng init mula sa isang kapaligiran patungo sa isa pa, kaya mas kapaki-pakinabang sa mga tuntunin ng paglipat ng init (at malawakang ginagamit) TOA ngayon - siyempre, nakapagpapasigla.

Thermal and constructive calculation

Ang anumang pagkalkula ng isang recuperative heat exchanger ay maaaring isinasagawa batay sa mga resulta ng thermal, hydraulic at kalkulasyon ng lakas. Ang mga ito ay pangunahing, sapilitan para sa disenyo ng mga bagong kagamitan at bumubuo ng batayan para sa pagkalkula ng mga kasunod na mga modelo ng linya ng parehong uri ng patakaran ng pamahalaan. Ang pangunahing gawain ng thermal pagkalkula ng TOA ay upang matukoy ang kinakailangang lugar ng ibabaw ng palitan ng init para sa matatag na operasyon ng exchanger ng init at upang mapanatili ang mga kinakailangang mga parameter ng media sa labasan. Kadalasan, sa mga naturang kalkulasyon, ang mga inhinyero ay bibigyan ng di-makatwirang mga halaga ng mga katangian ng mass-dimensional ng hinaharap na kagamitan (materyal, diameter ng tubo, mga sukat ng plato, geometry ng beam, uri ng fin at materyal, atbp.), Kaya pagkatapos ng thermal analysis. Matapos ang lahat, kung sa unang yugto ang engineer ay kinakalkula ang kinakailangang ibabaw na lugar para sa isang diameter ng tubo, halimbawa, 60 mm, at ang haba ng exchanger ng init ay halos animnapung metro, mas makatuwirang ipalagay ang paglipat sa isang multi-pass heat exchanger, alinman sa isang uri ng shell at tubo.

Haydroliko pagkalkula

Ang hydraulic o hydromechanical, pati na rin ang mga kalkulasyon ng aerodynamic, ay isinasagawa upang matukoy at ma-optimize ang hydraulic (aerodynamic) na pagkawala ng presyon sa heat exchanger, at upang makalkula ang mga gastos sa enerhiya para sa overcoming them. Ang pagkalkula ng anumang tract, channel o pipe para sa pagpasa ng coolant ay nagtatakda ng pangunahing gawain para sa tao na patindihin ang proseso ng init exchange sa lugar na ito. Iyon ay, dapat dalhin ang isang daluyan, at ang iba ay dapat tumanggap ng mas maraming init hangga't maaari sa pinakamababang agwat ng daloy nito. Upang gawin ito, ang isang karagdagang ibabaw ng palitan ng init ay kadalasang ginagamit, sa anyo ng isang binuo na finning na ibabaw (para sa pagputol sa hangganan ng sublayer na laminar at pagpapalakas ng daloy ng pag-agos). Ang pinakamainam na ratio ng balanse ng haydroliko na pagkalugi, ang mga lugar ng ibabaw ng init ng palitan, ang mga katangian ng mass-dimension at ang inalis na output ng init ay ang resulta ng isang kombinasyon ng thermal, haydroliko at estruktural na kalkulasyon ng TOA.

Pagkalkula ng pagpapatunay

Ang pagkalkula ng pagpapatunay ng exchanger ng init ay isinasagawa sa kaso kung kinakailangan upang maglagay ng reserba para sa kapasidad o para sa lugar ng ibabaw ng init ng palitan. Ang ibabaw ay nakareserba para sa iba't ibang mga kadahilanan at sa iba't ibang sitwasyon: kung kinakailangan ng pagtutukoy, kung ang tagagawa ay nagpasiya na gumawa ng karagdagang stock upang matiyak na ang naturang init exchanger ay papasok sa mode, at upang i-minimize ang mga error sa mga kalkulasyon. Sa ilang mga kaso, ang kalabisan ay kinakailangan upang i-round off ang mga resulta ng mga sukat ng istruktura, habang sa iba (evaporators, economizers), ang pagkalkula ng kapangyarihan ng init exchanger partikular introduces isang margin sa ibabaw, sa kontaminasyon sa compressor langis sa kasalukuyang refrigeration circuit. Oo, at ang mahinang kalidad ng tubig ay dapat isaalang-alang. Matapos ang ilang oras ng tuluy-tuloy na operasyon ng mga exchanger ng init, lalo na sa mataas na temperatura, ang kahihiyan ay nanirahan sa ibabaw ng init ng palitan ng patakaran, binabawasan ang heat transfer coefficient at hindi maaaring hindi humahantong sa isang parasitiko pagbabawas sa pagwawaldas ng init. Samakatuwid, ang isang karampatang engineer, kapag kinakalkula ang exchanger ng init ng tubig-sa-tubig, ay nagbabayad ng espesyal na atensiyon sa karagdagang reservation ng ibabaw ng init ng palitan. Ang pagkalkula ng pagpapatunay ay isinasagawa din upang makita kung paano gumagana ang mga napiling kagamitan sa iba pang, pangalawang mga mode. Halimbawa, sa central air-conditioners (air-handling units), ang unang at pangalawang calorifiers sa heating sa panahon ng malamig na panahon ng taon ay kadalasang ginagamit sa tag-init upang palamig ang papasok na hangin sa pamamagitan ng pagbibigay ng malamig na tubig sa mga tubo ng exchanger ng init ng hangin. Kung paano sila gagana at kung ano ang ibibigay ng mga parameter, pinahihintulutan mong suriin ang pagkalkula ng pag-verify.

Mga kalkulasyon ng pananaliksik

Ang mga kalkulasyon ng TOA na pananaliksik ay batay sa mga resulta ng mga kalkulasyon ng thermal at verification. Kinakailangan ang mga ito, bilang panuntunan, upang gawin ang pinakabagong mga susog sa disenyo ng inaasahang patakaran ng pamahalaan. Isinasagawa rin ang mga ito na may layunin na iwasto ang anumang mga equation na inilatag sa posible na modelo ng TOA, na nakuha empirically (ayon sa pang-eksperimentong data). Ang pagpapatupad ng mga kalkulasyon ng pananaliksik ay nagsasangkot ng pagdadala ng sampu, at kung minsan ay daan-daang mga kalkulasyon ayon sa isang espesyal na plano, na binuo at ipinatupad sa produksyon ayon sa matematika teorya ng pang- eksperimentong pagpaplano. Batay sa mga resulta, ang impluwensiya ng iba't ibang mga kondisyon at mga pisikal na dami ng TOA na tagapagpahiwatig ng kahusayan ay ipinahayag.

Iba pang mga kalkulasyon

Kapag kinakalkula ang lugar ng init exchanger, huwag kalimutan ang tungkol sa paglaban ng mga materyales. Ang mga kalkulasyon ng lakas ng TOA ay kinabibilangan ng pagsuri sa dinisenyo na yunit para sa pagkapagod, pamamaluktot, paglalapat ng pinakamataas na pinahihintulutang mga sandali ng pagpapatakbo sa mga bahagi at mga pagtitipon ng hinaharap na tagapagpalabas ng init. Sa pinakamababang dimensyon, ang produkto ay dapat na malakas, matatag at ginagarantiyahan ang ligtas na operasyon sa iba't-ibang, kahit na ang pinaka-mabigat na kondisyon ng operating.

Isinasagawa ang dinamikong pagkalkula gamit ang layunin ng kahulugan ng iba't ibang mga katangian ng init Exchanger sa mga variable na mode ng operasyon nito.

Mga uri ng mga exchanger ng init

Ang mapagpahusay na TOA sa pamamagitan ng disenyo ay maaaring nahahati sa isang sapat na malaking bilang ng mga grupo. Ang pinakasikat at malawakang ginagamit ay mga plate heat exchangers, air (tubular finned), shell-and-tube heat exchangers, "tube-in-pipe" heat exchangers, shell-plate heat exchangers at iba pa. Mayroon ding mga kakaibang at makitid na pinasadyang mga uri, halimbawa, spiral (heat exchanger-snail) o scraper, na nagtatrabaho sa mga viscous o hindi-Newtonian fluid, pati na rin ang maraming iba pang mga uri.

Pipe-to-pipe heat exchangers

Isaalang-alang natin ang pinakasimpleng pagkalkula ng "tube-in-pipe" heat exchanger. Ang istrukturang ito ng uri ng TOA ay pinasimple hangga't maaari. Bilang isang patakaran, ang isang mainit na carrier ng init ay pinapayagan na dumaloy sa panloob na tubo ng patakaran ng pamahalaan, upang mabawasan ang pagkalugi, ang isang coolant ay nagsisimula sa casing o sa panlabas na tubo. Ang gawain ng engineer sa kasong ito ay nabawasan sa pagtukoy sa haba ng naturang isang exchanger ng init batay sa kinakalkula na lugar ng ibabaw ng init ng palitan at ng tinukoy na mga diameters.

Narito ito ay nagkakahalaga ng pagdaragdag na sa thermodynamics ang konsepto ng isang perpektong init exchanger ay ipinakilala, iyon ay, isang kasangkapan ng walang katapusang haba, kung saan ang init transfer media gumagana sa countercurrent, at isang temperatura ulo ay ganap na aktibo sa pagitan ng mga ito. Ang pipeline-in-pipe design na pinakamalapit sa mga kinakailangang ito. At kung sinimulan mo ang coolant sa isang countercurrent, ito ay ang tinatawag na "real countercurrent" (at hindi cross, tulad ng sa plato TOA). Ang temperatura ng ulo ay nakakuha ng pinakamataas na kahusayan sa naturang isang samahan ng trapiko. Gayunpaman, kapag gumaganap ang pagkalkula ng "pipe-in-pipe" init exchanger, ang isa ay dapat maging makatotohanan at hindi makalimutan ang tungkol sa bahagi ng logistik, pati na rin ang kaginhawaan ng pag-install. Ang haba ng eurofury ay 13.5 metro, at hindi lahat ng mga teknikal na kuwarto ay inangkop sa pag-skidding at assembling equipment ng haba na ito.

Shell at tube heat exchangers

Samakatuwid, kadalasan ang pagkalkula ng naturang aparato ay maayos na dumadaloy sa pagkalkula ng shell-and-tube heat exchanger. Ang aparatong ito, kung saan ang bundle ng mga tubo ay nasa isang solong shell (pambalot), na hinugasan ng iba't ibang mga carrier ng init, depende sa layunin ng kagamitan. Sa mga condenser, halimbawa, ang coolant ay inilunsad sa pambalot, at ang tubig sa tubo. Sa ganitong paraan ng daluyan ng paggalaw, ito ay mas maginhawa at mas mahusay na kontrolin ang pagpapatakbo ng patakaran ng pamahalaan. Sa mga evaporator, sa kabaligtaran, ang nagpapalamig sa mga tubo, habang ang mga ito ay hinugasan na may pinalamig na likido (tubig, mga brine, glycols, atbp.). Samakatuwid, ang pagkalkula ng shell-and-tube heat exchanger ay binabawasan upang mabawasan ang mga sukat ng kagamitan. Habang naglalaro na may lapad ng pambalot, ang lapad at bilang ng mga panloob na tubo at ang haba ng kagamitan, ang engineer ay pumasok sa kinakalkula na halaga ng lugar ng ibabaw ng init ng palitan.

Mga exchanger ng init ng hangin

Ang isa sa mga pinaka-karaniwang mga exchanger ng init para sa ngayon ay ang tubular finned heat exchangers. Ang mga ito ay tinatawag ding mga coils. Kung saan sila ay hindi naka-install, nagsisimula sa mga coils ng tagahanga (mula sa fan + coil, ie "fan + coil") sa panloob na mga yunit ng mga sistema ng split at nagtatapos sa higanteng gas recuperators ng gas (init na pag-aalis mula sa mainit na tambutso gas at transmission Para sa mga layunin ng pag-init) sa mga halaman ng boiler sa CHPP. Iyon ang dahilan kung bakit ang pagkalkula ng coil heat exchanger ay depende sa aplikasyon kung saan ang init exchanger na ito ay magpapatakbo. Ang Industrial air coolers (VOPs), na naka-install sa mga kamara ng shock freezing ng karne, sa freezing chambers ng mababang temperatura at sa iba pang mga bagay ng pagkain malamig na supply, nangangailangan ng ilang mga tampok na disenyo sa kanilang pagganap. Ang distansya sa pagitan ng lamellae (finning) ay dapat na maximum, upang madagdagan ang oras ng tuluy-tuloy na trabaho sa pagitan ng mga ikot ng pagkasira. Ang mga evaporator para sa mga sentro ng datos (mga sentro ng data), sa kabaligtaran, gawin itong masikip hangga't maaari, clamping ang distansya ng interlam sa pinakamaliit. Ang naturang mga exchanger ng init ay nagpapatakbo sa "malinis na mga zone", na napapalibutan ng magagandang filter (hanggang sa klase HEPA), kaya ang pagkalkula ng tubular heat exchanger ay isinasagawa na may diin sa pagliit ng laki.

Plate Heat Exchangers

Sa kasalukuyan, ang mga plate heat exchangers ay nasa matatag na demand. Sa pamamagitan ng kanilang disenyo, ang mga ito ay ganap na collapsible at semi-welded, tanso-soldered at nikelado, welded at welded sa pamamagitan ng paraan ng pagsasabog (walang solder). Ang thermal pagkalkula ng plate heat exchanger ay sapat na kakayahang umangkop at hindi nagpapakita ng isang partikular na kahirapan para sa mga engineer. Sa proseso ng pagpili maaari mong i-play ang uri ng mga plato, ang lalim ng pagsuntok ng mga channel, ang uri ng mga fins, ang kapal ng bakal, iba't ibang mga materyales, at pinaka-mahalaga - maraming karaniwang mga modelo ng mga aparato ng iba't ibang laki. Ang mga naturang heat exchangers ay mababa at lapad (para sa steam heating ng tubig) o mataas at makitid (paghihiwalay ng init exchanger para sa mga air conditioning system). Ang mga ito ay madalas na ginagamit para sa mga daluyan na may isang paglipat ng bahagi, iyon ay, bilang mga condenser, evaporator, desuperheater, precondensor, atbp. Ang paggawa ng pagkalkula ng init ng isang exchanger ng init na tumatakbo sa isang dalawang yugtong pamamaraan ay bahagyang mas kumplikado kaysa sa likido-likido na init exchanger; Isang karanasan na engineer, ang problemang ito ay nalulusaw at hindi kumakatawan sa isang partikular na kumplikado. Upang mapadali ang mga naturang kalkulasyon, ang mga modernong designer ay gumagamit ng mga database ng engineering computer, kung saan maaari kang makahanap ng maraming kinakailangang impormasyon, kabilang ang mga diagram ng anumang nagpapalamig sa anumang pag-scan, halimbawa, ang program na CoolPack.

Halimbawa ng pagkalkula ng init exchanger

Ang pangunahing layunin ng pagkalkula ay isang pagkalkula ng mga kinakailangang ibabaw na lugar heat exchange. Heat (pagpapalamig) kapangyarihan ay karaniwang tinukoy sa mga tuntunin ng reference, ngunit sa aming halimbawa kakalkulahin namin at sa kanya, para sa, sabihin nating, ng isang tseke sa mga kinakailangan pagtutukoy. Minsan ito rin ang mangyayari na ang orihinal na data ay maaaring kilabutan error. Isa sa mga gawain ng isang karampatang mga engineer - ang error na ito upang mahanap at ayusin. Bilang halimbawa, magsagawa ng pagkalkula plate init Exchanger ng "liquid - liquid". Hayaan ang mga ito maging isang separator circuit (presyon breaker) sa mataas na gusali gusali. Upang mapawi ang presyon sa kagamitan, ang konstruksiyon ng skyscraper napakadalas gamitin ito diskarte. Sa isang gilid ng init Exchanger ay may tubig sa pasukan Tvh1 = 14 ᵒS at lumabas Tvyh1 = 9 ᵒS, at isang daloy rate G1 = 14 500 kg / h, at sa kabilang - ay din tubig, ngunit dito na may mga sumusunod na parameter: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

Kinakailangang power (Q0) kalkulahin ang thermal balanse formula (tingnan ang mga figure sa itaas, ang formula 7.1 ..), Saan Cp - tiyak na thermal kapasidad (table na halaga). Para sa pagiging simple ng mga kalkulasyon Ang mga halaga tumagal ang init kapasidad EOT = 4.187 [kJ / kg * ᵒS]. Isinasaalang-alang namin:

Q1 = 14 500 * (14 - 9) * 4.187 = 303557.5 [kJ / h] = W = 84.3 84,321.53 kW - sa unang bahagi at

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * 4.187 = 303557.5 [kJ / h] = W = 84.3 84,321.53 kW - sa ikalawang bahagi.

Tandaan na, ayon sa formula (7.1), Q0 = Q1 = Q2, hindi alintana kung aling bahagi ng pagkalkula natupad.

Dagdag dito, sa pangunahing heat transfer equation (7.2), nakita namin ang mga kinakailangang ibabaw na lugar (7.2.1), kung saan k - init transfer koepisyent (ipinapalagay na katumbas ng 6350 [W / ^m2]), at ΔTsr.log. - ibig sabihin na temperatura pagkakaiba, ay kinakalkula sa pamamagitan ng formula (7.3):

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

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

Sa kaso kung saan ang init transfer koepisyent ay hindi kilala, ang pagkalkula ay bahagyang mas kumplikado plate init Exchanger. Formula (7.4) ay isinasaalang-alang Reynolds number kung saan ρ - density [kg / ^m3], η - dynamic lapot, [N * s / m ^2], v - bilis ng medium sa duct [m / s], d cm - WP bore diameter [m].

Mula sa talahanayan nating hanapin ang mga kinakailangang mga halaga Prandtl [Pr], at ang formula (7.5), makuha namin ang bilang Nusselt, kung saan n = 0,4 - isang likidong heating kundisyon, at n = 0,3 - paglamig likido kondisyon.

Dagdag dito, ang formula (7.6) ay kinakalkula sa init transfer koepisyent mula sa coolant sa bawat pader, at ang formula (7.7) ay ipinapalagay na init transfer koepisyent, na kung saan ay ipinalit sa formula (7.2.1) upang makalkula ang init na lugar exchange surface.

Sa mga formula sa itaas, λ - thermal pagpapadaloy koepisyent, ϭ - ang kapal ng channel pader, α1 at α2 - init transfer koepisyent ng bawat isa sa heat transfer wall.