حساب المبادلات الحرارية: مثال. حساب المنطقة، وقوة مبادل حراري

حساب مبادل حراري يأخذ الآن أقل من خمس دقائق. أي المنظمة التي تنتج وتبيع هذه المعدات عادة يعطي الجميع برنامج التوظيف الخاصة بهم. ويمكن تحميلها مجانا من موقع الشركة أو سوف فني من يأتي إلى مكتبك وتثبيته مجانا. ومع ذلك، ونتيجة لهذه الحسابات صحيحة، يمكننا أن نثق به وعدم ذكي إذا كانت الشركة المصنعة من خلال القتال في العطاء مع منافسيها؟ فحص آلة حاسبة الالكترونية يتطلب معرفة أو على الأقل فهم الأساليب الحديثة في حساب المبادلات الحرارية. دعونا نحاول فرز التفاصيل.

ما هو مبادل حراري

قبل تنفيذ حساب مبادل حراري، دعونا نتذكر، ونوع من مثل هذا الجهاز؟ Teplomassoobmennyh جهاز (ويعرف أيضا باسم مبادل حراري، المعروف أيضا باسم جهاز التبادل الحراري أو TOA) - جهاز لنقل الحرارة من المبرد واحد إلى آخر. في عملية أيضا تغيير التغيرات في درجات الحرارة المبرد كثافتها، وبالتالي كتلة مؤشرات المواد. وهذا هو السبب ويشار إلى هذه العمليات على أنها الحرارة ونقل الجماعي.

أنواع نقل الحرارة

الآن دعونا نتحدث عن أنواع نقل الحرارة - هناك ثلاثة فقط. الإشعاع - نقل الحرارة عن طريق الإشعاع. وكمثال على ذلك، فإننا نستذكر حمامات الشمس على الشاطئ في يوم صيفي حار. وحتى هذه المبادلات الحرارية ويمكن العثور عليها في (سخانات أنبوب الهواء) في السوق. ومع ذلك، في معظم الأحيان في التدفئة المنزلية، الغرف في الشقة نشتري النفط أو التدفئة الكهربائية. وهذا مثال من نوع آخر من نقل الحرارة - الحراري. الحمل غير الطبيعية، وغير الطوعي (استخراج، وفي المربع يجب أن المبادلات) أو مع حملة الميكانيكية (مع مروحة، على سبيل المثال). هذا النوع الأخير هو أكثر فعالية بكثير.

ومع ذلك، فإن الطريقة الأكثر فعالية لنقل الحرارة - هو التوصيل الحراري، أو كما يطلق عليه، التوصيل (التوصيل اللغة الإنجليزية - "الموصلية"). أي مهندس من هو ذاهب لعقد التصميم الحراري للمبادل حراري، أولا وقبل كل التفكير في كيفية اختيار المعدات ذات الكفاءة في الحد الأدنى من الفضاء. ويدير لتحقيق ذلك هي عن طريق التوصيل. مثال على ذلك هو الأكثر فعالية حتى الآن TOA - مبادلات حرارية لوحة. TOA لوحة بحكم تعريفها - مبادل حراري يقوم بنقل الحرارة من سائل التبريد لبعضها البعض من خلال جدار تفصل بينها. أقصى قدر ممكن من منطقة الاتصال بين وسائل اثنين جنبا إلى جنب مع مواد مختارة الحقيقية، ولوحات ملفهم الشخصي أبعاد سمك المحدد إلى تقليل الأجهزة مع الحفاظ على الخصائص التقنية الأصلية المطلوبة في هذه العملية.

أنواع المبادلات الحرارية

قبل تنفيذ حساب المبادلات الحرارية هي التي تحدد نوعه. ويمكن تقسيم كل TOA إلى مجموعتين رئيسيتين: متعافي والتجدد والمبادلات الحرارية. الفرق therebetween الرئيسية هي على النحو التالي: في TOA التبادل الحراري متعافي يحدث من خلال الجدار الفاصل بين متوسطة اثنين من الحرارة، وتأتي في اتصال مع بعضها البعض في اثنين من وسائل الإعلام على التجدد، وغالبا ما تتطلب الاختلاط لاحق والانفصال في فصل خاص. وتنقسم المبادلات الحرارية التجدد في المبادلات الحرارية والاختلاط مع فوهة (الحادث ثابتة أو وسيطة). تحدث تقريبا، دلو من الماء الساخن، وطرح في البرد، أو كوب من الشاي الساخن، وطرح تبريد في الثلاجة (أبدا لا تفعل!) - وهذا هو مثال على هذه TOA الاختلاط. A صب الصحن الشاي وتبريد بحيث نحصل على مثال مبادل حراري التجديدي مع فوهة (الصحن، في هذا المثال يلعب الجزء فوهة)، الذي يتم الاتصال الأول مع الهواء المحيط، ويأخذ درجة حرارته، ثم يختار جزءا من حرارة تدفقت عليه من الشاي الساخن تسعى كل من الرصاص وسائل الإعلام إلى وضع التوازن الحراري. ومع ذلك، ونحن قد وجدت بالفعل زيادة كفاءة استخدام الموصلية الحرارية لنقل الحرارة من وسط إلى آخر، وبالتالي، أكثر فائدة من حيث نقل الحرارة (وتستخدم على نطاق واسع) TOA اليوم - بالطبع، متعافي.

حساب الحرارية والهيكلي

ويمكن إجراء أي حساب مبادل حراري التجديدي على أساس نتائج الحرارية الحسابات الهيدروليكية والقوة. هم أساسي، لا غنى عنه لتصميم معدات جديدة وتقنيات هي أساسا لحساب النماذج اللاحقة من نفس نوع الخط الأجهزة. المهمة الرئيسية لحساب TOA الحراري هي تحديد حرارة مساحة الصرف المطلوبة لتشغيل مستقرة من المبادل الحراري والحفاظ على المعايير المطلوبة من وسائل الإعلام. في كثير من الأحيان في مثل هذه الحسابات يتم منح المهندسين القيم التعسفية للوزن وحجم خصائص معدات المستقبلية (المواد، وأنابيب قطرها، لوحات، والأبعاد، والهندسة شعاع ونوع وزعانف المواد وآخرون)، ولكن بعد وعادة ما تتم الحرارة بناء المبادلات حساب. بعد كل شيء، إذا نظرت في أول مهندس خطوة مساحة اللازمة لأنابيب قطرها معينة، على سبيل المثال، 60 ملم، وطول المبادل الحراري وبالتالي تحول نحو ستين مترا، فمن المنطقي أن نفترض الانتقال متعدد المراحل مبادل حراري أو إلى أنبوب نوع حزمة، أو لزيادة قطر الأنابيب.

الحساب الهيدروليكي

الحسابات الهيدروليكية أو المائية والميكانيكية والهوائية أداء لتحديد وتحسين الهيدروليكية (الهوائية) فقدان الضغط في مبادل حراري، ولحساب استهلاك الطاقة للتغلب عليها. حساب أي مسار، قناة أو أنبوب لمرور التدفئة المتوسطة يواجه المهمة الأساسية الإنسان - إلى تكثيف عملية التبادل الحراري في الموقع. وهذا هو، يجب متوسطة واحدة تمر، والآخر للحصول على أكبر قدر من الحرارة في الحد الأدنى للفترة من مسارها. هذا في كثير من الأحيان تطبيق سطح إضافي التبادل الحراري في شكل السطوح زعنفة المتقدمة (لفصل الطبقة الفرعية الصفحي الحدود وتعزيز تدفق الاضطراب). الأمثل بالنسبة التوازن في خسائر الهيدروليكية، ومناطق من سطح الحرارة الصرف، والوزن والحجم الخصائص، وإنتاج الحرارة سحبت هي نتيجة الحراري، الهيدروليكية وبناء حساب TOA الكلي.

التحقق من الحساب

ويتم التحقق من المبادلات الحرارية في الحالة التي يكون فيها من الضروري لوضع احتياطي الطاقة من أي مساحة التبادل الحراري. سطح الاحتياطي لأسباب مختلفة وفي أوضاع مختلفة، إذا دعت إلى ذلك ضرورة الاختصاصات، إذا قرر مصنع لجعل هامش إضافي للتأكد تماما أن هذه الحرارة سوف يتم الافراج عن النظام، وتقليل الأخطاء في العمليات الحسابية. في بعض الحالات، يتم الحجز المسبق مطلوب في التقريب أبعاد النتائج الهيكلية في الأخرى (تبخر، المقتصدون) في حساب القدرة للمبادل حراري وقدم خصيصا سطح هامش على التلوث النفطي ضاغط الحالي في الدائرة التبريد. نعم، ويجب أن تؤخذ سوء نوعية المياه في الاعتبار. بعد فترة من الوقت، وحسن سير المبادلات الحرارية، وخاصة في درجات حرارة عالية، وحثالة يستقر على سطح الجهاز التبادل الحراري، والحد من نقل معامل الحرارة، ومما يؤدي حتما إلى انخفاض في الحرارة الاقلاع الطفيلية. لذلك مهندس المختص، وهو حساب مبادل حراري "الماء إلى الماء"، اهتماما خاصا لاحتياطي إضافي من سطح التبادل الحراري. التحقق من الحساب وتنفق من أجل أن نرى كيف المعدات المختارة ستعمل على طرق ثانوية أخرى. على سبيل المثال، في مكيفات الهواء المركزية (المنشآت إمدادات الهواء) سخانات للتدفئة الأولى والثانية تستخدم في موسم البرد، وغالبا ما تنطوي الصيف لتبريد الهواء تغذية المياه الباردة في أنبوب مبادل حراري الهواء. كيف ستعمل وماذا سيعطي المعلمات لتقييم مدى حساب.

تقديرات بحوث

حسابات TOA الأبحاث التي أجريت على أساس نتائج حساب الحراري والتحقق. كانت ضرورية، وكقاعدة عامة، لجعل أحدث التعديلات على هيكل جهاز مصمم. أدوا أيضا لتصحيح وضعت أي معادلات في نموذج حساب تنفيذها TOA التي تم الحصول عليها تجريبيا (للبيانات التجريبية). إجراء البحوث ينطوي على حساب عشرات وأحيانا مئات الحسابات التي كتبها خطة خاصة وتطويرها وتنفيذها في الإنتاج وفقا لنظرية رياضية من تصميم التجارب. ووفقا لنتائج الكشف عن تأثير الظروف المختلفة والكميات الفيزيائية على مؤشرات الأداء TOA.

حسابات أخرى

حساب منطقة مبادل حراري، لا ننسى المقاومة للمواد. حسابات القوة TOA تشمل التحقق من وحدة المتوقعة للجهد، والتعلق التوائية إلى أقصى لحظات العمل المسموح بها بالتفاصيل والعقد لمستقبل مبادل حراري. مع الحد الأدنى من أبعاد المنتج يجب أن تكون قوية ومستقرة وضمان التشغيل الآمن في شتى، حتى أشد الظروف الشاقة.

يتم تنفيذ الحساب الديناميكي لتحديد الخصائص المختلفة للمبادل حراري على أوضاع التشغيل المتغيرة.

أنواع من تصميم مبادل حراري

TOA متعافي في التصميم يمكن تقسيمها إلى عدد كبير بما فيه الكفاية من المجموعات. الأكثر شهرة والمستخدمة على نطاق واسع - مبادل الحرارة لوحة والهواء (مضروب أنبوب)، وقذيفة والحرارة بأنابيب "الأنابيب في أنبوب"، وشركة شل ولوحة، وغيرها. هناك أكثر أنواع عالية المتخصصة وغريبة، على سبيل المثال، دوامة (القوقعة مبادل) أو مكشطة، والتي تعمل مع سوائل لزجة أو غير النيوتونية، وأنواع أخرى عديدة.

مبادل حراري "أنبوب في أنبوب"

النظر في أبسط حساب "أنبوب في أنبوب" مبادل حراري. هيكليا، وتبسيط الحد الأقصى هذا النوع من TOA. أثناء بدء التشغيل الجهاز الانبوب الداخلي، عادة الساخنة نقل الحرارة السائل للحد من الخسائر، وفي السكن أو في أنبوب الخارجي، والمبرد تبريد التشغيل. مهندس العمل في هذه الحالة يقلل إلى تحديد طول المبادل الحراري على أساس مساحة التبادل الحراري المحسوبة وأقطار محددة سلفا.

وتجدر الإشارة إلى أنه في الديناميكا الحرارية يدخل مفهوم المبادلات الحرارية مثالية، وهذا هو وحدة طول لانهائي، حيث تعمل المبردات في العداد، وبين الفرق في درجة الحرارة الناجمة بشكل كامل. في "الأنابيب في أنبوب" تصميم الأقرب يلبي هذه المتطلبات. وإذا تشغيل معاكسة التيار سوائل نقل الحرارة، وسوف تكون ما يسمى ب "مكافحة حقيقية" (في مقابل عبر كما هو الحال في لوحة TOA). الضغط درجة الحرارة تسببت بأكبر قدر من الفعالية عندما تنظيم حركة المرور. ومع ذلك، وأداء "الأنابيب في أنبوب" حساب المبادلات الحرارية يجب أن نكون واقعيين وألا ننسى عنصر الخدمات اللوجستية، فضلا عن سهولة التركيب. طول evrofury - 13.5 م، وليس كل التسهيلات التقنية تتكيف مع زلق وتركيب معدات مثل هذا الطول.

شل وأنبوب المبادلات الحرارية

لذلك، بل هو جزء من حساب مثل هذا الجهاز تدفقات بسلاسة في حساب شل وأنبوب مبادل حراري. هذا الجهاز، حيث حزمة الأنبوب في حالة واحدة (غلاف)، وغسلها من قبل المبردات مختلفة، اعتمادا على المعدات الوجهة. في المكثفات، على سبيل المثال، تعمل في سترة التبريد، والمياه - في أنبوب. مع هذا الأسلوب من حركة المرور بيئات أسهل وأكثر كفاءة للسيطرة على تشغيل الوحدة. في المبخرات، على العكس، يغلي المبردات في الأنابيب ويتم غسلها بسائل تبريد (الماء والمحاليل الملحية، الجليكول، وما إلى ذلك). لذلك، يتم تقليل مبادل حراري حساب أنبوب لتقليل حجم المعدات. اللعب مع قطر للغلاف، وقطر، وعدد وطول الداخلي مهندس جهاز أنابيب يدخل القيمة المحسوبة من مساحة التبادل الحراري.

المبادلات الحرارية الهواء

واحدة من الاكثر شيوعا من المبادلات الحرارية بكثير - من الزعانف المبادلات الحرارية أنبوب. فهي تسمى لفائف. حيث لا تعدل إلا أنها تتراوح بين فنكل (من الإنجليزية. مروحة + لفائف، أي "مروحة" + "لفائف") في كتل الداخلية نظم العملاقة المنقه غاز المداخن (اختيار من الحرارة تقسيم من غاز المداخن الساخنة ونقل كان للتدفئة) في المراجل في حزب الشعب الجمهوري. هذا هو السبب في حساب المبادلات الملف يعتمد على التطبيق، حيث يذهب الحرارة في العملية. مبردات الهواء الصناعية (VOPy) مثبتة في غرف اللحوم المجمدة صدمة، في المجمدات في درجات الحرارة المنخفضة وغيرها من الأشياء لتبريد الطعام، تتطلب بعض السمات الهيكلية في تصميمها. يجب أن يكون الحد الأقصى المسافة بين الصفيحة (فنلندا) لزيادة وقت التشغيل المستمر بين دورات تذويب. المبخر بالنسبة للبلدان النامية (مركز البيانات)، على العكس من ذلك، يجعل المحتملة على مسافة لقط mezhlamelnye أكثر إحكاما إلى أدنى حد ممكن. هذه المبادلات الحرارية تعمل في "المنطقة النقية"، وتحيط بها مرشح جيد (حتى HEPA الصف)، ومع ذلك، ويتم هذا الحساب من مبادل حراري أنبوبي مع التركيز على تقليل الأبعاد الكلية.

مبادلات حرارية لوحة

استقرار الطلب حاليا للمبادلات حرارية لوحة. وفقا لتصميمها بناء، فهي gasketed تماما وشبه الملحومة، وmednopayanymi nikelpayanymi، ملحومة ويلحم طريقة نشر (بدون لحام). التصميم الحراري للمبادل حرارة لوحة مرنة بما فيه الكفاية وليس من الصعب بشكل خاص للمهندس. عملية الاختيار يمكن أن تقوم به لوحات نوع، قنوات عميقة وتشكيل، ونوع الزعنفة، سمك الصلب ومواد مختلفة، والأهم من ذلك - نماذج كثيرة الحجم القياسي من الأجهزة من مختلف الأحجام. هذه المبادلات الحرارية منخفضة واسعة (للتدفئة بخار الماء) أو العالية والضيقة (المبادلات الحرارية الفصل لأنظمة تكييف الهواء). وهي كثيرا ما تستخدم، والمتوسطة مع مرحلة انتقالية، أي كما المكثفات، تبخر، مبردات البخار، predkondensatorov وهلم جرا. D. نفذ التصميم الحراري للمبادل حراري يعمل في نمط ثنائي الطور، أصعب قليلا من مبادل حراري من "السائل السائل"، ولكن ل مهندس من ذوي الخبرة هذه المشكلة قابلة للحل وليس من الصعب بشكل خاص. لتسهيل هذه الحسابات مصممي الهندسة الحديثة استخدام قاعدة بيانات الكمبيوتر، حيث يمكنك العثور على الكثير من المعلومات الضرورية، بما في ذلك مرحلة الرسم من أي التبريد في أي وضع متتالية، على سبيل المثال، برنامج CoolPack.

حساب مثال مبادل

والغرض الرئيسي من الحساب هو حساب مساحة سطح التبادل الحراري اللازمة. عادة ما يتم تحديد الحرارة (التبريد) السلطة في الاختصاصات، ولكن في مثالنا سوف نقوم بحساب ولها، ل، ويقول، والتحقق من مواصفات المتطلبات. أحيانا يحدث أيضا أن البيانات الأصلية يمكن أن يتسلل الخطأ. واحدة من مهام المهندس المختص - وهذا خطأ لإيجاد وإصلاح. وكمثال على ذلك، نفذ حساب المبادلات الحرارية لوحة من "السائل - السائل". فليكن دائرة فاصل (ضغط الكسارة) في بناية شاهقة. من أجل تخفيف الضغط على المعدات، وبناء ناطحات السحاب في كثير من الأحيان استخدام هذا النهج. على جانب واحد من المبادلات الحرارية لديهم مياه عند مدخل Tvh1 = 14 ᵒS والخروج Tvyh1 = 9 ᵒS، وG1 معدل التدفق = 14 500 كجم / ساعة، ومن ناحية أخرى - هو أيضا الماء، ولكن هنا مع المعلمات التالية: Tvh2 = 8 ᵒS، Tvyh2 ᵒS = 12، G2 = 18 125 كجم / ساعة.

القوة اللازمة (Q0) حساب الصيغة التوازن الحراري (انظر الشكل أعلاه، الصيغة 7.1 ..)، أين حزب المحافظين - سعة حرارية محددة (قيمة الجدول). لبساطة حسابات هذه القيم تأخذ السعة الحرارية EOT = 4،187 [كج / كجم * ᵒS]. ونحن نعتبر:

Q1 = 14 500 * (14-9) * 4.187 = 303557.5 [كج / ساعة] = W = 84.3 84321.53 كيلو واط - على الجانب الأول و

Q2 = 18 125 * (12-8) * 4.187 = 303557.5 [كج / ساعة] = W = 84.3 84321.53 كيلو واط - على الجانب الثاني.

علما أنه وفقا لصيغة (7.1)، Q0 = Q1 = Q2، بغض النظر عن أي جانب من حساب تنفيذها.

وعلاوة على ذلك، في المعادلة نقل الحرارة الرئيسية (7،2)، نجد أن منطقة اللازمة السطحية (7.2.1)، حيث ك - (يفترض يساوي 6350 [W / ^M2]) معامل نقل ^{الحرارة،} وΔTsr.log. - الفرق متوسط درجات الحرارة، ويحسب من الصيغة (7.3):

؟ T sr.log. = (2-1) / من قانون الجنسية (2/1) = 1 / LN2 = 1 / 0.6931 = 1.4428.

F هو = 84321/6350 * 1.4428 = 9.2 م ^2.

في الحالة التي يكون فيها معامل انتقال الحرارة غير معروف، على حساب قليلا أكثر تعقيدا المبادلات الحرارية لوحة. تعتبر صيغة (7.4) عدد رينولدز حيث ρ - كثافة [كغ / ^M3]، η - اللزوجة الديناميكية، [N * ق / م ^{2]، والخامس} - سرعة متوسطة في القناة [م / ث]، د سم - قابل للبلل قطر تتحمل [م].

من الجدول نسعى القيمة المطلوبة Prandtl [العلاقات العامة]، وصيغة (7.5)، نحصل على عدد نسلت، حيث n = 0،4 - ظروف التدفئة السائلة، و n = 0،3 - التبريد في ظروف السائلة.

وعلاوة على ذلك، يتم حساب الصيغة (7.6) معامل انتقال الحرارة من المبرد إلى كل جدار، ويفترض الصيغة (7.7) معامل نقل الحرارة، والتي يتم استبدال في صيغة (7.2.1) لحساب مساحة سطح التبادل الحراري.

في الصيغ أعلاه، λ - الحراري معامل التوصيل، ϭ - سمك الجدار قناة، α1 α2 و- نقل الحرارة معاملات كل من جدار نقل الحرارة.